DE102009052253A1

DE102009052253A1 - Rollstuhl zum Treppensteigen

Info

Publication number: DE102009052253A1
Application number: DE200910052253
Authority: DE
Inventors: Manfred Hoffmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2011-05-12

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Rollstuhl, mit dem der Fahrer auch Stufen und Treppen in beiden Richtungen sowie andere Fahrbahnhindernisse ohne fremde Hilfe und ohne zusätzliche an den Treppen vorgesehene technische Hilfsmittel überwinden kann. Erfindungsgemäß ist die Lauffläche (14) der Hinterräder (6) zumindest abschnittsweise abweichend von der kreisrunden Umfangsform in radialer Richtung verformbar ausgebildet und ohne Felge direkt über die speichenartig angeordneten Elemente (15) mit der Nabe (5) der Hinterräder (6) verbunden, wobei zum Erreichen der nächstgelegenen Ebene der Stufe bzw. Treppe (18) der radiale Abstand jenes Bogenstücks der Lauffläche (14) zur Nabe (5) verringert wird, das sich an oder in unmittelbarer Nähe zur Stufenkante (21) befindet. Der Umfang und somit auch die Lauffläche der Hinterräder des Rollstuhls sind durchgehend flexibel gestaltet, d.h. die Hinterräder weisen keine starre Felge mehr auf. Das hat den Vorteil, dass die technischen Mittel, die das Treppensteigen ermöglichen, verhältnismäßig einfach aufgebaut, robust und auf einfache Weise herstellbar sind. Gleichzeitig ermöglichen sie ein reibungsarmes, abgefedertes Fahren auf der Ebene und sind sicher gegen ein Abrutschen von der Treppenkante.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Rollstuhl, mit dem der Fahrer auch Stufen und Treppen in beiden Richtungen sowie andere Fahrbahnhindernisse ohne fremde Hilfe und ohne zusätzliche an den Treppen vorgesehene technische Hilfsmittel überwinden kann.
Für Rollstuhlfahrer ist das Überwinden von ausschließlich über Stufen bzw. Treppen verbundene Höhenunterschiede bis auf wenige Ausnahmen nach wie vor nur mit fremder Hilfe möglich. Bekannt ist ein Rollstuhl mit Treppensteigevorrichtung, der an jeder Seite zwei in Fahrtrichtung beabstandete, an parallelen Laufradachsen angeordnete Laufräder aufweist, die auf jeder Seite in einer zweiarmigen Schwinge abgestützt sind. In der Mitte zwischen den Rädern ist die Schwinge drehbar gelagert und um diese Stellachse über eine Antriebseinheit drehbar, die wahlweise auch für den Fahrantrieb des Rollstuhls aktivierbar ist. Zum Treppensteigen ist eine von der Antriebseinheit ausgehende erste Antriebsverbindung vorgesehen, die die beiden Schwingen in Aufsteig- oder Absteigrichtung antreibt, wobei diese um die Stellachse und die Achse der auf der Stufe aufstehenden Laufräder verschwenkt wird bis die anderen beiden Laufräder über die aufstehenden Laufräder oben hinweg auf die Stufenfläche der nächst höheren oder tieferen Stufe bewegt wird. Das Fahren des Rollstuhls erfolgt über eine zweite Antriebsverbindung von der Antriebseinheit auf wenigstens ein Laufrad ( EP 1 186 284 A1 ). Nachteilig bei diesem Rollstuhl ist, dass der Rollstuhlfahrer zum Treppensteigen immer noch einen Rollstuhlführer, also eine Hilfsperson, benötigt. Außerdem ist die Erfindung auf Rollstühle mit verhältnismäßig kleinen Rädern beschränkt, so dass sie für das Gros der Handrollstühle, die manuell über ihre großen Hinterräder bewegt werden, nicht geeignet ist.
Ende der 90er Jahre wurde in den USA von der Fa. Johnson & Johnson der „Ibot”-Rollstuhl entwickelt, mit dem der Rollstuhlfahrer problemlos Stufen und auch längere Treppen überwinden kann. Der Rollstuhl besitzt auf jeder Seite zwei gleich große Räder, von denen jeweils zwei auf einer Achse sitzende Räder auf einer Treppenstufe aufsetzen und arretiert werden. Danach schwenken die beiden anderen Räder um die erstgenannten herum und setzten auf der nächsten Treppenstufe auf, während der Rollstuhl dabei mit angehoben wird, d. h. beim Treppensteigen steht der Rollstuhl nur auf zwei Rädern. Sechs Kreiselsysteme sowie elektronische Sensoren halten ihn dabei in senkrechter Position bzw. die Sitzfläche waagerecht. Zusätzlich dient das Aufrichten des Rollstuhls auf zwei Rädern noch als Lift, um dem Rollstuhlfahrer das Erreichen höher gelegener Einrichtungen und Gegenstände zu ermöglichen (Der Spiegel 34/1999, S. 165 sowie Internet-Link zum iBOT 4000 Mobility System). Nach neuesten Informationen wurde allerdings der Vertrieb dieses Rollstuhls eingestellt, was vermutlich an seinem extrem hohen Preis liegt.
Im Unterschied zu dieser technisch hochkomplexen Lösung hat das Mechatronik-Zentrum der Leibnitz Universität Hannover einen preisgünstigeren stufentauglichen Rollstuhl-Prototyp entwickelt, mit dem dessen Fahrer ohne fremde Hilfe Stufen und kurze Treppen überwinden kann. Er weist ebenfalls auf jeder Seite zwei gleichgroße Räder auf, die mit Kurbeln hoch gedrückt werden, dabei aber immer alle vier Räder auf den Stufen aufsitzen. Ein Kontaktbügel erkennt die Annäherung an eine Stufenkante, einfache taktile Sensoren steuern den Hubvorgang und eine Kombination aus Kontaktschalter und Ultraschallsensor erkennen die Stufenhöhe. Die Sitzfläche des Rollstuhls, die mit einem Schwenkarm an dem Fahrgestell befestigt ist, wird während der Neigung des Fahrwerks in waagerechter Position gehalten (Pressetext.deutschland 21.09.2007). Nach Aussage der Entwickler ist der Rollstuhl vor allem zur Überwindung einzelner Stufen oder Stufengruppen vorgesehen. Für die Überwindung ganzer Stockwerke ist der Mechanismus zu langsam.
Eine andere Gruppe von technischen Lösungen zu Rollstühlen mit Treppensteigfunktion, die beim Treppensteigen ohne fremde Hilfe auskommen, erfordern aber Vorrichtungen oder Anbauten am Rollstuhl normaler Bauart selbst, die die Funktion des Treppensteigens übernehmen und dabei den Rollstuhl die Treppe hinaufziehen oder hinunter gleiten lassen. Meist handelt es sich dabei um ein- und ausfahrbare Nocken ( DE 197 48 887 A1 ), Zahnriemenlaufketten ( DE 38 27 607 A1 ) oder Raupen ( DE 10 2006 049 711 A1 ), die nach dem Ausklappen oder Ausfahren vom Rollstuhl auf den Stufen aufsetzen und durch Formschluss mit der Stufenkante Halt erlangen. Nachteilig ist hierbei, dass diese Vorrichtungen oder Anbauten ständig mit dem Rollstuhl mittransportiert oder an Ort und Stelle erst mit diesem verbunden werden müssen. Ersteres ist mit einem zusätzlichen Kraftaufwand, letzteres mit einem zusätzlichen Montage- und Demontageaufwand verbunden.
Schließlich ist ein Rollstuhl mit Treppensteigfunktion bekannt, bei dem die antreibbaren Hinterräder jeweils an einem aus parallel versetzten Enden bestehenden Hebeln befestigt sind, wobei das tiefer liegende Ende jedes Hebels ausziehbar ist. Die etwa senkrecht verlaufende Verbindung des oberen und unteren Endes jedes Hebels sind über eine Achse miteinander verbunden, die in dem zwischen Sitzfläche und Fußstütze des Rollstuhls ebenfalls etwa senkrecht verlaufenden Rahmenteilen drehbar gelagert ist. Das Rahmenteil stützt sich über kleine Vorderräder auf dem Boden ab. Zum Treppensteigen wird das unsere Ende des Hebels ausgezogen und um ca. 45° relativ zur Sitzfläche nach vorne geneigt. Dadurch nimmt die Sitzfläche eine Treppenfahrposition ein, d. h. die Hinterradbefestigungen nähern sich der Sitzfläche an, die etwa horizontal bleibt. Das ausgezogene Ende des unteren Hebelendes liegt etwa parallel zur Treppenoberkante und stütz sich auf einer Stufenfläche ab. Nun können die Hinterräder zum Treppensteigen manuell oder mittels Motor gedreht werden, wobei sie von Stufenkante zu Stufenkante abrollen. Um dabei ein Abrutschen zu vermeiden, sind an den Hinterrädern ausfahrbare Noppen angeordnet. Der Nachteil dieses Rollstuhls besteht darin, dass hier trotz der Noppen eine hohe Rutschgefahr besteht. Auch wenn das Rutschen beim Auftreffen des ausgezogenen Hebels auf der nächsten unteren Stufe unterbrochen wird, ist das für den Rollstuhlfahrer unangenehm. Günstiger ist es dann wiederum, die Hinterräder als revolvierende Antriebsräder auszubilden, wodurch jedoch der Vorteil der Anwendung für Handrollstühle verloren geht. Außerdem ist die Anordnung von aus- und einfahrbaren Noppen mit einem zusätzlichen Aufwand verbunden.
Im Übrigen ist die Frage der Sicherheit generell, auch bei den o. g. Rollstühlen mit kleineren Rädern, von außerordentlicher Bedeutung. Bei den Hightech-Rollstühlen, wie beispielsweise dem „Ibot”-Rollstuhl, wird die Sicherheit, auch die Sicherheit vor dem Abrutschen, durch ein hohes Maß an zusätzlichen Steuerungen und steuerbaren Geräten versucht zu gewährleisten. Bei anderen technischen Lösungen wird die Sicherheit durch konstruktive Maßnahmen, beispielsweise bei dem Rollstuhl mit Treppensteigfunktion ( DE 101 56 546 A1 ) durch die Verschiebung der Sitzfläche nach hinten zum Umfang der Hinterräder hin und Tieflegen unter die Achse der Hinterräder, erreicht.
Ein wesentlicher Nachteil aller genannten Rollstühle besteht schließlich darin, dass sie nicht oder nur bedingt zum Überwinden von Wendeltreppen und Podesttreppen geeignet sind. Bei den meisten technischen Lösungen erfordert der Hebemechanismus eine über die gesamte Breite der Treppe unveränderte Trittfläche, was bei Wendeltreppen nicht gegeben ist. Mit Raupen ausgerüstete Rollstühle sind zwar kurvengängig, beanspruchen aber insbesondere wegen der in Kurven zu fahrenden unterschiedlichen Geschwindigkeiten beider Raupen die Stufenkanten besonders stark, was zu einem schnellen Verschleiß der Treppen führt.
Die Erfindung und ihre Vorteile
Der erfindungsgemäße Rollstuhl mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die technischen Mittel, die das Treppensteigen ermöglichen, verhältnismäßig einfach aufgebaut, robust und auf einfache Weise herstellbar sind. Gleichzeitig ermöglichen sie ein reibungsarmes, abgefedertes Fahren auf der Ebene und sind sicher gegen ein Abrutschen von der Treppenkante. Darüber hinaus ist der Steuerungsaufwand zur zeitlich und örtlich begrenzten Veränderung der Lauffläche der Hinterräder des Rollstuhls auf technisch einfache Weise zu realisieren, so dass auch von dieser Seite her der erfindungsgemäße Rollstuhl ausreichend robust und wenig störanfällig ist. Vorteilhaft ist auch, dass die erfindungsgemäße Lösung ein Treppensteigen unabhängig von der Gestalt der Stufen bzw. Treppen ermöglicht, also auch Wendel- und Podesttreppen ohne zusätzlichen Aufwand und schonend mit dem Rollstuhl überwunden werden können, wobei dessen Lenkfähigkeit wie bei einem herkömmlichen manuell bedienbaren Rollstuhl erhalten bleibt.
Diese Vorteile werden dadurch erreicht, dass der Umfang und somit auch die Lauffläche der Hinterräder des Rollstuhls durchgehend flexible gestaltet ist, d. h. die Hinterräder weisen keine starre Felge mehr auf. Dadurch ist es möglich, die Lauffläche der Hinterräder der jeweiligen Aufgabe, nämlich Rollen oder Treppen steigen, anpassen zu können. Diese Anpassung erfolgt dadurch, dass das jeweils der Stufenkante oder allgemein der Kante eines Hindernisses gegenüberstehende Bogenstück der Lauffläche des Hinterrades in die Lage versetzt wird, quasi einen Formschluss mit dem Hindernis einzugehen, so dass das der zu erreichenden Ebene nächstliegende speichenartig angeordnete Element auf dieser Ebene aufsetzen kann. Zum Rollen auf der Ebene müssen diese Bogenstücke dann wieder in ihre Ausgangslage bzw. -form zurückgeführt werden, so dass sie in ihrer Gesamtheit wieder eine kreisrunde Lauffläche bilden.
Das Treppensteigen kann mit einem Stelzvorgang verglichen werden, wobei die speichenartig angeordneten Elemente die Funktion einer Stelze ausführen. Der für die Sicherheit des Treppensteigens ausgenutzte Formschluss ist bei der vorliegenden Erfindung deutlich stärker ausgeprägt als bei den im Stand der Technik genannten Veröffentlichungen. Er wird hier nicht mehr allein durch die Oberflächenbeschaffenheit der Lauffläche der Rollstuhlräder bzw. durch zusätzliche am Hinterrad ausfahrbare Formelemente gebildet, sondern entsteht nur zum Zweck und zum Zeitpunkt des Überwindens von Hindernissen, wie Stufen und Treppen, durch eine zeitweise und partielle Verformung des ansonsten kreisrunden Umfangs des Hinterrades in Richtung dessen Nabe, infolge der durch das Antriebsmoment der Hinterräder hervorgerufenen Krafteinwirkung auf das an der Stufenkante anliegende Bogenstück der Lauffläche.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Lauffläche jedes Hinterrades aus einzelnen Bogenstücken gebildet, die jeweils an dem äußeren Ende der speichenartig angeordneten Elemente befestigt sind, d. h. die Lauffläche ist keine geschlossene Umfangsfläche. Die das Bogenstück mit der Nabe des Hinterrades verbindenden speichenartig angeordneten Elemente sind in ihrer radialen Länge veränderbar. Dadurch kann das mit seinem Bogenstück an eine Stufenkante anstoßende Element unter der vom Antriebsmoment hervorgerufenen Kraft ein Stück in Richtung Nabe verkürzt werden, so dass ein in Fahrtrichtung vor diesem Element liegendes speichenartig angeordnetes Element mit dem an ihm befestigten Bogenstück auf der als nächste zu erreichenden Ebene sicher aufsetzen kann. Da die Bogenstücke untereinander nicht verbunden sind, öffnet sich also die Lauffläche des Hinterrades im Bereich der Stufenkante kurzzeitig, so dass es sich hier ausschließlich um einen Stelz- bzw. Schreitvorgang handelt.
Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Lauffläche jedes Hinterrades als geschlossene flexible Bereifung ausgebildet, an deren Innenseite die speichenartig angeordneten Elemente angreifen. Diese ununterbrochene Lauffläche verbessert die Fahreigenschaften des Rollstuhls und ermöglicht einen Formschluss zwischen Bogenstück und Stufenkante unabhängig von der relativen Stellung des Hinterrades, so dass aufwändige und oft störanfällige Sensorik zur Erkennung der jeweiligen Radstellung zur Stufenkante entfallen kann. Außerdem legt sich das Bogenstück flach an die Trittfläche der Stufe an, so dass sich die Auflagefläche zwischen Hinterrad und Trittfläche vergrößert und so eine Verbesserung der Haftreibung und damit auch der Sicherheit beim Treppensteigen bewirkt. Vorteilhaft ist ferner, dass der Aufwand der Verbindung zwischen speichenartig angeordneten Elementen und Lauffläche geringer als bei einzelnen flexiblen Bogenstücken ist.
Der Formschluss der Lauffläche der Hinterräder mit einer Stufe kann grundsätzlich auf zweierlei Weise erzielt werden: Nach der einen diesbezüglich vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Verringerung des Abstands zwischen an der Stufenkante anliegendem Bogenstück und Nabe durch eine Reduzierung der radialen Länge des bzw. der das Bogenstück stützenden speichenartig angeordneten Elemente erreicht. Zum Treppensteigen wird die Länge der sich unmittelbar vor einer Stufenkante befindlichen Elemente so weit verringert, dass sich das zwischen diesen Elementen befindliche flexible Bogenstück beim Heranfahren an die Stufenkante in Richtung Radnabe eindrückt und auf diese Weise ein Formschluss zwischen Stufe und Hinterrädern entsteht. Beim Weiterdrehen der Hinterräder setzt das oberhalb der Stufenkante befindliche Element auf der Trittfläche der Stufe auf, wobei sich das flexible Bogenstück der Lauffläche kontinuierlich an die Trittfläche anlegt und die vom Antrieb der Hinterräder eingeleiteten Kräfte weiter überträgt, bis die Fahrwiderstandskraft und die Hangabtriebskraft vollständig überwunden sind, sich die Gewichtskraft des Rollstuhls über dessen Vorderräder auf die Fahrbahn und über das o. g. flexible Bogenstück auf die nächst höhere Stufe verteilt und mit weiterer Vorwärtsbewegung des Rollstuhls dessen Hinterräder von der Fahrbahn abheben und auf die erste Trittstufe rollen. Sobald der Rollstuhl die Stufe bzw. die Treppe überwunden hat, fahren die Elemente wieder auf ihre ursprüngliche Länge aus und straffen das bzw. die flexiblen Bogenstücke zu der ursprünglichen kreisrunden Lauffläche. Beim Herunterfahren einer Stufe bzw. Treppe läuft der eben beschriebene Vorgang in umgekehrter Reihenfolge ab.
Nach der diesbezüglich anderweitigen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zur Verringerung des Abstands zwischen an der Stufenkante anliegendem Bogenstück und Nabe lediglich die Länge dieses zwischen zwei speichenartig angeordneten Elementen befindlichen Bogenstücks vergrößert, ohne dass die radiale Länge der speichenartig angeordneten Elemente verändert werden muss. Das kann beispielsweise durch die Veränderung der Eigensteifigkeit des betreffenden Bogenstücks erreicht werden, indem bei einer luftbereiften Lauffläche die Luft in dem an der Überwindung der Stufe beteiligten Bereich abgelassen wird. Das setzt natürlich voraus, dass die Bereifung der Hinterräder aus einzelnen Kammern besteht. Es ist aber auch möglich, zum Treppensteigen die Luft vollständig aus dem Reifen abzulassen, da zum Überwinden von größeren Treppen ohnehin mehrere Umdrehungen der Hinterräder erforderlich sind, d. h. die gesamte Lauffläche an dem Vorgang beteiligt ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass starre und in ihrer Länge unveränderbare speichenartig angeordnete Elemente verwendet werden können. Allerdings ist zur Herstellung der Fahrbereitschaft des Rollstuhls nach dem Treppensteigen ein Kompressor zum Aufblasen der Bereifung der Hinterräder erforderlich.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die speichenartig angeordneten Elemente in einem starr mit der Nabe verbundenen Randkranz geführt. Dadurch vereinfacht sich ihre Verbindung mit der Nabe, da die Querkräfte von dem Radkranz aufgenommen werden. Außerdem gewinnt das Hinterrad an Stabilität.
Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Einstellung der Länge der speichenartig angeordneten Elemente automatisch. Hierzu können an dem Rollstuhl angeordnete Sensoren die Annäherung an eine Stufe signalisieren und die radiale Länge der in unmittelbarer Nähe befindlichen Elemente in erforderlichem Maße verringern. Die Längenänderung kann aber auch manuell von dem Rollstuhlfahrer beim Heranfahren an eine Stufe bzw. Treppe ausgelöst werden.
Nach einer anderweitigen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bestehen die speichenartig angeordneten Elemente aus in ihrem Federweg begrenzbaren Federelementen. Beim Heranfahren an eine Stufe bzw. Treppe wird die Begrenzung des Federwegs entfernt bzw. außer Kraft gesetzt, so dass sich die auf dem Boden aufstehenden Federelemente zunächst durch die Gewichtskraft von Rollstuhl und Rollstuhlfahrer zusammendrücken. Beim Gegenfahren gegen die Kante einer Stufe wirkt die Kraft, die die schmale Auflagefläche einer Stufenkante hervorbringt, über die Lauffläche auf die in unmittelbarer Nähe befindlichen Federelemente und drückt diese zusammen, so dass es zur Verformung der Lauffläche des Rades des Rollstuhls und dadurch zum Formschluss mit der Stufenkante kommt. Die Federkraft des Federelements sowie das elastische Potenzial der Lauffläche machen die Verformung wieder rückgängig, sobald das Rad wieder auf eine ebene Fläche, also entweder die Trittstufe oder das Ende der Treppe gelangt. Der Vorgang der Verringerung der radialen Länge und des Einstellens der Ausgangslänge der Federelemente erfolgt bei dieser Variante der Erfindung also automatisch. Das hat den Vorteil, dass Unebenheiten auf Fahrbahnen und stufenförmige Höhenunterschiede ganz oder teilweise kompensiert werden, da sich das Profil des Formschlusses des bzw. der Bogenstücke der Lauffläche in Richtung der Nabe der Hinterräder ausbildet, dadurch infolge der Unebenheiten eingeleitete Belastungen nicht nur durch die Federelemente abgefedert, sondern kompensiert werden können. Folglich wird auch die Relativbewegung der Hinterachse des Rollstuhls zur Fahrbahn verringert, was u. a. bewirkt, dass die Neigungsänderung der Sitzfläche des Rollstuhls beim Treppensteigen in Grenzen gehalten wird. Die Federung verleiht dem Rollstuhl darüber hinaus eine größere Laufruhe und damit eine höhere Fahrsicherheit und einen verbesserten Fahrkomfort.
Eine diesbezüglich besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, als Federelemente Gasdruckfedern zu verwenden. Gasdruckfedern reagieren auf jede Widerstandkraft F_W in Längsrichtung ihrer Kolbenstange automatisch, d. h. sie erfordern keine zusätzliche Steuerung. Darüber hinaus verfügen sie über einen langen Federweg bei vergleichsweise geringer Progression ihrer Federkennlinie, was wiederum die Bildung eines Formschlusses des Bogenstücks der Lauffläche an einer Stufenkante begünstigt. Ein zusätzlicher Vorteil von Gasdruckfedern besteht darin, dass ihre Federkonstante durch die Einstellung des Gasdruckes variiert werden kann. Durch eine derartige Voreinstellung ist eine Anpassung sowohl an die Belastungsverhältnisse des Rollstuhls als auch an die beim Treppensteigen erforderliche Längenänderung jeder Gasdruckfeder möglich. Letzteres ist nicht unbedingt in jedem Fall erforderlich, denn durch die schmale Stufenkante wird pro Fläche eine größere Kraft auf die unmittelbar oberhalb und/oder unterhalb der Stufenkante befindliche Gasdruckfeder ausgeübt, so dass deren Kolbenstange weiter in den Gasraum eingedrückt wird als auf einer ebenen Fläche. Die Federwirkung der Gasdruckfedern wird z. B. auch bei dem Federsystem für Fahrzeuge ausgenutzt, bei dem die Gasdruckfedern die Nabe mit der starren Felge des Rades verbinden ( DE 20 2005 010 968 U1 ). Allerdings wird bei dieser Verwendung der Gasdruckfedern die Felge gegenüber der Radachse verschoben, um auf diese Weise einen Stoß bereits im Rad abzufedern und nicht erst auf Rahmen- bzw. Karosserieteile übertragen zu lassen.
Schließlich besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin, die Haftreibung der Rollstuhlräder auf der Fahrbahn im Moment des Eindrückens der an der Stufenkante befindlichen speichenförmig angeordneten Elemente durch die Vergrößerung der Berührungsfläche zwischen Rad und Fahrbahn zu erhöhen, ähnlich wie bei einem Reifen mit einem zu geringen Reifendruck. Dies geschieht wiederum durch die Verringerung der radialen Länge auch jenes bzw. jener speichenartig angeordneten Elemente, dessen bzw. deren äußeres Ende sich vor einer Stufe auf der Fahrbahn oder kurz oberhalb derselben befindet. Die größere Haftreibung zwischen Rad und Fahrbahn dient als sicheres Widerlager während der radialen Verkürzung der an der Stufenkante befindlichen Elemente unmittelbar vor dem Abheben des Rades.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Rollstuhls,
2 das Hinterrad des Rollstuhls vor einer Treppe,
3 das Hinterrad des Rollstuhls bei der Annäherung an die Treppe,
4 das Hinterrad des Rollstuhls beim Anheben an der Treppe und
5 die einzelnen Phasen des Hinterrades des Rollstuhls beim Überwinden der gesamten Treppe.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Von den zuvor beschriebenen verschiedenen Möglichkeiten des Erzielens eines Formschlusses zwischen einem Rad und einer Stufe zeigen die 1 bis 5 das erfindungsgemäße Prinzip anhand eines konventionellen, über seine Hinterräder antreibbaren Rollstuhls, die eine geschlossene Bereifung aufweisen. 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Rollstuhls, auf einer ebenen Fahrbahn 1 stehend, in der Seitenansicht mit seinen für die Treppensteigfunktion wesentlichen Bauteilen. Er besteht aus zwei kleinen Vorderrädern 2 mit jeweils einer Achse 3, die über ein Fahrgestell 4 mit den Naben 5 der gegenüber den Vorderrädern 2 größeren Hinterräder 6 des Rollstuhls verbunden sind. Über das Fahrgestell 4 können die Vorderräder 2 in vertikalen Richtung 7 und in horizontaler Richtung 8 in ihrem Abstand zu den Hinterrädern 6 verändert werden. Ferner können die Vorderräder 2 angetrieben sein. Auf dem Fahrgestell 4 ist eine Sitzfläche 9 mit einer Rückenlehne 10 angeordnet. Beide sind in horizontaler Richtung 11, vertikaler Richtung 12 sowie in ihrer Neigung 13 zur Fahrbahn 1 verstellbar. Über die vertikale Verstellung 12 ist der Abstand der Sitzfläche 9 zur Nabe 5 der Hinterräder 6 veränderbar.
Die Hinterräder 6 bestehen aus einer endlosen Lauffläche 14 aus einem für Bereifungen üblicherweise verwendeten elastischen Material, die zur übersichtlicheren Darstellung des erfindungsgemäßen Prinzips lediglich über acht speichenartig angeordnete Gasdruckfedern 15 mit der Nabe 5 verbunden sind. Koaxial zur Nabe 5 ist ein doppelwandiger Radkranz 16 über kreuzweise verlaufende Streben 17 mit der Nabe 5 verbunden, in dem die Gasdruckfedern 15 geführt sind. Die Hinterräder 6 des Rollstuhls sind manuell oder durch einen Motor antreibbar.
Der Rollstuhl ist mit einer Gewichtskraft F_G, z. B. der des Rollstuhlfahrers, belastet, die zusammen mit dem Gewicht des Rollstuhls eine Normalkraft F_N auf die Fahrbahn 1 ausübt. Zwischen Fahrbahn 1 und Lauffläche 14 besteht eine Reibkraft F_R.
In den folgenden 2 bis 5 ist zur Veranschaulichung des Vorgangs des Treppensteigens lediglich ein Hinterrad 6 des Rollstuhls und auch nur mit seinen am Treppensteigen aktiv beteiligten, d. h. sich verändernden Bauteilen dargestellt. 2 zeigt die Ausgangssituation des Hinterrades 6 bei Annäherung an eine Treppe 18 mit Setzstufen 19 und Trittstufe 20. Beide Teile der Stufe stoßen an einer Stufenkante 21 aneinander. Zur Verbesserung der Haftreibung F_R wurde der Kolben der auf der Fahrbahn aufsitzenden Gasdruckfeder 15 etwas eingefahren, so dass sich durch die Gewichtskraft F_G die im Wirkungsbereich der Normalkraft F_N vorliegende Berührungsfläche zwischen Fahrbahn 1 und Lauffläche 14 etwas vergrößert, auch unter dem Begriff „Latsch” bekannt, und in den 2 bis 5 mit der Ziff. 22 bezeichnet. Beim Heranrollen an die unterste Stufe der Treppe 18 wird die Länge auch der nachfolgend auf der Lauffläche 1 aufsetzenden Gasdruckfedern 15 verringert, so dass das zwischen den verkürzten Gasdruckfedern 15 liegende Bogenstück der Lauffläche 14 zur Nabe 5 hin eingedrückt werden kann.
3 zeigt nun das Hinterrad 6, nachdem es unter der Wirkung des Antriebsmoments M_D an die Stufenkante 21 der Treppe 18 herangefahren ist. Bei Fortsetzung des Drehmoments M_D setzt die Stufenkante 21 der elastischen Lauffläche 14 des Hinterrades 6 eine Widerstandskraft F_W entgegen, die aufgrund der lediglich linienförmigen Angriffsfläche der Stufenkante 21 ein Eindrücken sowohl des Bogenstücks der elastischen Lauffläche 14 in diesem Bereich als auch der Kolbenstange der bereits oberhalb der Stufenkante 21 befindlichen Gasdruckfeder 15 und somit deren Verkürzung bewirkt. Dadurch kommt es zu der oben bereits beschriebenen zeitlich und örtlich begrenzten Verformung der Lauffläche 14 der Hinterräder 16, die einen sicheren Formschluss zwischen Stufe und Hinterrädern 6 ermöglicht. Auf der Trittstufe 20 beginnt sich ein oberer Latsch 23 auszubilden, wobei nun auch ein Teil der Normakraft F_N auf diese Fläche wirkt.
Aus 4 ist nun zu erkennen, dass bei fortgesetzter Drehbewegung des Hinterrades 6 der Kolben der sich oberhalb der Stufenkante 21 befindlichen Gasdruckfeder 15 auf der Trittstufe 20 aufsetzt, die Verformung des Bogenstücks der Lauffläche 14 entgegengesetzt der Steigrichtung wandert und sich in radialer Richtung vergrößert. Damit vergrößert sich auch die Fläche des oberen Latsches 23 auf der ersten Trittstufe 20 weiter, wodurch auch die durch das Antriebsmoment M_D eingeleiteten Antriebskräfte am Hinterrad 6 weiter vergrößert, abgestützt und übertragen werden können, bis die Fahrwiderstandkraft und die Hangabtriebskraft überwunden werden und sich die Gewichtskraft F_G des Rollstuhls komplett auf dessen Vorderräder 2 und im oberen Latsch 23 auf der ersten Trittstufe 21 abstützt und somit die Normalkraft F_N im Latsch 22 (3) zwischen den Hinterrädern 6 und der Fahrbahn 1 kompensiert wird, so dass sich bei weiterer Vorwärtsbewegung des Rollstuhls dessen Hinterräder 6 von der Fahrbahn abheben. In dem Moment wird die bis dahin auf der Fahrbahn 1 aufstehende Gasdruckfeder 15 entlastet und erlangt automatisch wieder ihre Ausgangslänge, währenddessen sie dieses Bogenstück der Lauffläche 14 wieder in die kreisrunde Form bringt und in dieser fixiert.
Dieser Vorgang wiederholt sich nun so lange, bis die letzte Stufe der Treppe 18 überwunden ist. Die dabei von der Lauffläche 14 des Hinterrades 6 durchlaufenen Phasen sind in 5 jeweils in der aus 3 bekannten Anfangsverformung und der aus 4 bekannten maximalen Verformung dargestellt. Gleiche Teile, die auch schon in den vorhergehenden Figuren dargestellt wurden, wurden mit den in diesen Figuren verwendeten gleichen Bezugszahlen versehen. Aus 5 ist erkennbar, dass sich die Lauffläche 14 des Hinterrades 6, bis es die drei Stufen der dargestellten Treppe 18 überwunden hat, sechsmal verformt, wobei die Anfangsverformung kontinuierlich in die Maximalverformung übergeht und auch letztere auch wieder kontinuierlich abgebaut wird, ähnlich des Kriechgangs einer Schnecke.
Auch die Vorderräder 2 können zur Unterstützung des Treppensteigens die Merkmale der Hinterräder 6 aufweisen.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Fahrbahn
2: Vorderräder
3: Achse Vorderrad
4: Fahrgestell
5: Nabe Hinterrad
6: Hinterräder
7: Verstellung vertikale Richtung
8: Verstellung horizontale Richtung
9: Sitzfläche
10: Rückenlehne
11: Verstellung horizontale Richtung
12: Verstellung vertikale Richtung
13: Verstellung Neigung
14: Lauffläche
15: Gasdruckfeder
16: Radkranz
17: Streben
18: Treppe
19: Setzstufe
20: Trittstufe
21: Stufenkante
22: Latsch
23: Oberer Latsch
FG: Gewichtskraft
FN: Normalkraft
FR: Reibkraft
FW: Widerstandskraft
MD: Drehmoment

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1186284 A1 [0002]
DE 19748887 A1 [0005]
DE 3827607 A1 [0005]
DE 102006049711 A1 [0005]
DE 10156546 A1 [0007]
DE 202005010968 U1 [0019]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Der Spiegel 34/1999, S. 165 [0003]

Claims

Rollstuhl zum Treppensteigen, der mindestens ein Vorderrad (2) und zwei im Verhältnis zur Stufenhöhe der Treppe (18) größere Hinterräder (6) aufweist, deren Lauffläche (14) über speichenartig angeordnete Elemente (15) jeweils mit der Nabe (5) der Hinterräder (6) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche (14) der Hinterräder (6) zumindest abschnittsweise abweichend von der kreisrunden Umfangsform in radialer Richtung verformbar ausgebildet und ohne Felge direkt über die speichenartig angeordneten Elemente (15) mit der Nabe (5) der Hinterräder (6) verbunden ist, wobei zum Erreichen der nächstgelegenen Ebene der Stufe bzw. Treppe (18) der radiale Abstand jenes Bogenstücks der Lauffläche (14) zur Nabe (5) verringert wird, das sich an oder in unmittelbarer Nähe zur Stufenkante (21) befindet, so dass bei Drehung der Hinterräder (6) das mit der Lauffläche (14) verbundene Ende des der zu erreichenden Ebene nächstliegenden speichenartig angeordneten Elements (15) auf dieser Ebene aufsetzt.
Rollstuhl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche (14) jedes Hinterrades (6) durch jeweils nur mit dem freien Ende der speichenartig angeordneten Elemente (15) verbundene Bogenstücke gebildet wird.
Rollstuhl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche (14) jedes Hinterrades (6) als geschlossene flexible Bereifung ausgebildet ist.
Rollstuhl nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verringerung des Abstands des an der Stufenkante (21) anliegenden Bogenstücks der Lauffläche (14) zur Nabe (5) die radiale Länge des bzw. der das Bogenstück stützenden speichenartig angeordneten Elemente (15) verringert wird.
Rollstuhl nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verringerung des Abstands des an der Stufenkante (21) anliegenden Bogenstücks der Lauffläche (14) zur Nabe (5) lediglich die Länge dieses zwischen zwei speichenartig angeordneten Elementen (15) befindlichen Bogenstücks vergrößert wird.
Rollstuhl nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die speichenartig angeordneten Elemente (15) in einem starr mit der Nabe (5) verbundenen Randkranz (16) geführt sind.
Rollstuhl nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Abstands des bzw. der Bogenstücke der Lauffläche (14) zur Nabe (5) automatisch erfolgt.
Rollstuhl nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die speichenartig angeordneten Elemente (15) aus in ihrem Federweg begrenzbaren Federelementen bestehen.
Rollstuhl nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente aus Gasdruckfedern (15) bestehen.
Rollstuhl nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Länge der Gasdruckfedern (15) druckabhängig erfolgt.
Rollstuhl nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Treppensteigen der radiale Abstand auch jenes bzw. jener Bogenstücke der Lauffläche (14) etwas verringert wird, das bzw. die sich vor einer Stufe auf oder unmittelbar über der Fahrbahn (1) bzw. auf oder unmittelbar über der Trittstufe (20) der Treppe (18) befinden.