DE102013006690A1

DE102013006690A1 - Rad zum Befahren von Treppen und Verfahren zum Betreiben des Rades

Info

Publication number: DE102013006690A1
Application number: DE102013006690.5A
Authority: DE
Inventors: Matthias Wiesner; Frank Dittmann
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2033-04-17
Also published as: DE102013006690B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rad, welches aus mindestens zwei kreisförmigen Segmenten aufgebaut ist. Jedes dieser zwei Segmente weist mindestens zwei Aussparungen auf. Diese Aussparungen befähigen das Rad, Treppen zu befahren. Durch Verdrehen der Segmente zueinander kann jede Treppe befahren werden, unabhängig von Treppensteigung und Treppenauftritt. Durch erfindungsgemäße Erweiterungsmittel kann das Rad, ohne zu stoppen, jede Treppe befahren, weil die Ausrichtung der Segmente zueinander während des Abrollens auf dem Untergrund erfolgt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Befahren von Treppen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rad zum Befahren von Treppen und ein dieses Rad benutzendes Verfahren zum Befahren von Treppen.
Die Erfindung des Rades in der Vorzeit war ein wichtiger Schritt in der technischen Entwicklung der Menschen. Der wesentliche Vorteil des Rades ist das Abrollen seines Umfangs auf einer Oberfläche bzw. dem Untergrund. Der Rollwiderstand ist dabei wesentlich von der Ebenheit der Oberfläche abhängig. Je unebener eine Oberfläche ist, desto größer muss das Rad gebaut sein, damit ein Rollen möglich ist. Der Durchmesser eines Rades hängt aber noch von weiteren Faktoren ab. So ist die Übersetzungsfunktion eines angetriebenen Rades einer dieser Faktoren. Je größer der Durchmesser, desto größer der zurückgelegte Weg pro Umdrehung. Moderne Räder, z. B. von Kraftfahrzeugen, werden mit zunehmender Größe kostenintensiver, weshalb ein Kompromiss aus genannten und weiteren Faktoren bei der Wahl des Durchmessers gefunden werden muss.
Wenn Lasten über einen Höhenunterschied verbracht werden müssen, kann eine Rampe zum Befahren mit Rädern nützlich sein. Der Anstiegswinkel derartiger Rampen ist jedoch, je nach zu transportierender Last, relativ gering, weil die Hangabtriebskraft mit zunehmendem Anstiegswinkel zunimmt und damit die Gewichtskraft der Last in zunehmendem Maße geschoben bzw. gehalten werden muss. Da bei geringem Winkel der Rampe deren Länge im Verhältnis relativ zu dem zu überwindenden Höhenunterschied groß wird, ist sie im heutigen Alltag nur bei geringen Höhenunterschieden vorzufinden. Beispielhaft für eine Rampe sei eine Auffahrt für Rollstuhlfahrer genannt. Diese Auffahrten sind in Deutschland genormt mit maximal 6% Steigung, was einem Anstiegswinkel von unter 3,5° entspricht. Dies bedeutet für die Überwindung eines Höhenunterschieds von 1 m eine Auffahrtslänge von 1 m/6·100 = 16,6 m. Wenn die Auffahrt nicht mäanderförmig ausgeführt wird, ist diese Steigung in der Praxis eher selten vorzufinden.
Das ungünstige Verhältnis von überwundenem Höhenunterschied zu Rampenlänge ist der Grund, weshalb diese innerhalb von Gebäuden selten Anwendung finden. Für Treppen, die von Menschen bestiegen werden können, sind, je nach gewähltem Verhältnis von Treppensteigung und Treppenauftritt, Anstiegswinkel von bis zu 50° (ca. 116% Steigung) möglich.
Treppen weisen wiederum den Nachteil auf, das Lasten direkt vom Menschen getragen werden müssen und für Rollstuhlfahrer gibt es praktisch keine Möglichkeit, eine Treppe hinauf zu fahren. Lasten oder Rollstuhlfahrer können außerdem über Aufzüge befördert werden. Gebäude ohne Aufzüge oder Gebäudezugänge ohne Auffahrten stellen ein vom Rollstuhlfahrer allein nicht zu bewältigendes Problem dar. Um Treppen direkt befahren zu können, müssten die Räder einen sehr großen Durchmesser aufweisen, was wiederum nicht praktikabel ist. Dieser Problematik ist im Stand der Technik mit treppensteigenden Rädern begegnet worden.
Stand der Technik
Die europäische Patentschrift EP 0 109 927 B1 beschreibt ein Laufrad zur Überwindung von Treppenstufen. Fünf zu einem Drehstern zusammengefasste, auf gleich große Winkelabstände verteilt angeordnete Radialarme tragen drehbar gelagerte Laufrollen, von denen jeweils zwei untere Laufrollen das Laufrad beim Fahren auf der ebenen Fläche abstützen. Das Laufrad wird dabei zur Überwindung der Treppenstufe in ansteigender Richtung in der Steigungsrichtung gezogen und in absteigender Richtung entsprechend entgegengesetzt nachgelassen. Die bevorzugte Anwendung des Laufrades ist in Transportvorrichtungen, wie Handwagen, zu sehen. Auf unebenen Flächen ergibt sich aufgrund des geringen Durchmessers der Laufrollen ein ineffizientes Fortbewegen beim manuellen Ziehen. Schon kleine Unebenheiten, wie ein quer zur Fahrtrichtung liegendes Kabel, stellt ein Hindernis dar und muss beim Transport schwerer Lasten mit sehr hohem Kraftaufwand überwunden werden.
Die europäische Patentschrift EP 0 193 473 B1 offenbart eine motorgetriebene Transporteinrichtung mit einem Fahrgestell zur Aufnahme einer zu transportierenden Person bzw. eines zu transportierenden Gegenstandes. Eine Achse, die am Fahrgestell in dessen unterem Bereich angeordnet ist, trägt an jedem Ende ein Rahmenteil, das wenigstens drei Räder schwenkbar haltert. Die Transporteinrichtung weist weiterhin einen umsteuerbaren Antrieb auf, der die Achse antreibt. Es ist ferner ein zweiter umsteuerbarer Antrieb vorgesehen, der die Räder unabhängig von der Rotation der Achse selektiv antreibt, wobei der erste Antrieb das Rahmenteil über eine mit diesem einteilig verbundene äußere Hohlwelle antreibt und der zweite Antrieb die Räder über innere Wellen antreibt, die mit den äußeren Wellen koaxial schwenkbar und in diesen aufgenommen sind. In weiteren Ausgestaltungen werden Zahnradgetriebe und/oder Planetengetriebe zwischen den Wellen und den Antrieben angeordnet. Zur Überwindung von Treppenstufen mit hohen Treppensteigungen muss diese Transporteinrichtung entsprechend groß ausgeführt werden, was wiederum bei kurzen Treppenauftritten nachteilig ist. Das Fahrgestell weist nur eine Achse auf. Daher müssen zwei Räder auf dem Boden stehen, damit die Transporteinrichtung nicht umkippt. Dies ist wiederum nachteilig bei kurzen Treppenauftritten. Auch bei geeigneten Treppensteigungen und Treppenauftritten besteht das Problem, dass das Gleichgewicht der Transporteinrichtung schwer zu halten ist. Darüber hinaus ist die Vorrichtung aufgrund der zwei zentralen Antriebe und der Verbindung über Hohlwellen und Übersetzungsgetriebe und/oder Planetengetriebe tendenziell schwer und unhandlich. Schließlich ist auch hier die relativ geringe Größe der Räder bei Unebenheiten nachteilig.
Die französische Patentschrift FR 2 843 727 B1 schlägt einen Handwagen zum Treppensteigen vor, der einen Hauptrahmen mit drehbar gelagerten Rädern aufweist. Die Räder weisen über den Umfang verteilte Zähne auf, wobei die Treppenkante zwischen zwei benachbarten Zähnen eingreift. Dieser Handwagen weist nicht kreisförmige Räder auf, weshalb ein Transport auf ebener Oberfläche holprig ist oder weitere Räder vorgesehen werden müssen. Außerdem sind Personen oder empfindliche Lasten auf der Ebene nicht effizient transportierbar. Es ist eine Vielzahl von Zähnen vorgesehen, deren Zahnflanken im Verhältnis zum Durchmesser sehr klein sind. Daraus ergibt sich eine sehr kleine Auflagefläche auf der zu erklimmenden Treppe, was bei einer mit einem Antriebsmoment angetriebenen Achse zu einem von starken Schwingungen begleitetem Durchdrehen des Rades führen würde.
Die US-amerikanische Patentanmeldung US 2011/0127732 A1 offenbart ein treppensteigendes Rad, wobei das treppensteigende Rad aus einem rollenden Rad besteht, dass eine Vielzahl von ausfahrbaren Vorsprüngen aufweist, was es dem Rad erlaubt, Treppen zu steigen. Durch die ausfahrbaren Vorsprünge erhält das Rad zwar einerseits eine Auflagefläche für die nächste Treppenstufe, vergrößert aber dabei den Abstand von der Radachse zum Drehpunkt, weshalb der Kraft- bzw. Antriebsmomentaufwand nachteilig erhöht wird. Eine Positionierung der ausfahrbaren Vorsprünge zur Treppenkante, die bei jeder Treppenstufe erneut stattfinden müsste, ist nicht offenbart.
Die US-amerikanische Patentschrift US 3,499,501 beschreibt treppensteigende Räder mit umfänglichen, in Treppen eingreifenden Einkerbungen und den Untergrund berührenden Riemen. Diese sind am Umfang der Räder zum rollenden und rutschenden Eingriff angeordnet, wobei Mittel zum Verschließen der Einkerbungen, Mittel zum Arretieren der Mittel zum Verschließen der Einkerbungen und Antriebsmittel vorgesehen sind. Vor dem Treppensteigen werden die Arretierungen der Einkerbungsverschlüsse gelöst. Die Verschlüsse bilden einen Teil des Umfanges des Rades und sind an einem Ende drehbar gelagert. Die Verschlüsse sind radial durch eine Federkraft beaufschlagt, was dazu führt, dass die Verschlüsse den kreisförmigen Umfang aufrechterhalten. Beim Annähern an eine Treppe wird die Federkraft überwunden, wodurch die Verschlüsse die Einkerbungen frei geben, welche als Auflagefläche auf der Treppenstufe dienen. Wenn an der Treppenkante gerade keine Einkerbung anliegt, rutscht das Rad solange in dem Riemen, bis eine Einkerbung auf der Treppenkante aufliegt. Die Positionierung der Einkerbungen zur Treppenkante beruht auf einem Gleiten des Rades in dem Riemen. Dies führt zu erhöhtem Verschleiß.
Die Patentschrift GB 2 349 123 beansprucht eine Patiententransportvorrichtung mit zwei oder mehr Rädern, wobei jedes Rad ein nicht-kreisförmiges Element beinhaltet, mit einer Lauffläche oder einem Umfang aus mindestens drei gebogenen konvexen Ausbauchungen, welche durch Kreisbögen beschrieben werden, deren gleichwinklig beabstandete Mittelpunkte zwischen der entsprechenden Lauffläche und dem Radmittelpunkt auf Radien des Rades liegen. Am Umfang des Rades entstehen so nach innen gerichtete Spitzen jeweils an der Stelle, an der sich die Kreisbögen treffen. In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung zwei oder mehrere dieser Elemente mit gleicher Anzahl der konvexen Ausbauchungen auf, welche substantiell identisch sind. Weiterhin sind Mittel beschrieben, durch welche die zwei oder mehreren Elemente wahlweise in zwei relativen Winkelpositionen verriegelbar sind. In einer ersten Position sind die Ausbauchungen beider oder aller Elemente deckungsgleich ausgerichtet, um ein kombiniertes Element mit der Form jedes der einzelnen Elemente zu bilden. In einer zweiten Position sind die Elemente derart ausgerichtet, dass deren Ausbauchungen beabstandet sind, um die Winkel zwischen benachbarten Ausbauchungen jedes der Elemente aufzuteilen. Dadurch entsteht ein Rad, welches sich der Kreisform annähert, diese aber nie erreicht. Daher werden zum gleichmäßigen Rollen auf ebenen Oberflächen zusätzliche Mittel benötigt. Beim Treppensteigen selbst unterstützt das Rad aufgrund seiner konvex geformten Auflageflächen lediglich eine aufwärts gerichtete Zugkraft durch eine geringe Verringerung des Hebels um den Drehpunkt zwischen Rad und Treppe, bietet darüber hinaus aber keinen weiterführenden Nutzen, wie er z. B. durch das mindestens teilweise Ersetzen der menschlichen Kraft gegeben wäre.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Rad zur Verfügung zu stellen, das durch optimale geometrische Gestaltung eine Treppe mit minimalem Energieaufwand hinauf und hinab fahren kann, wobei das auf einer ebenen Fläche als kreisrundes Rad abrollt. Es soll dabei eine Größe aufweisen, welche eine optimale Fortbewegung auch über kleine Unebenheiten hinweg ermöglicht.
Vorteile der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Rad entsprechend dem Hauptanspruch 1 sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Befahren von Treppen gemäß Anspruch 16. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind dabei in den Unteransprüchen sowie dem Ausführungsbeispiel offenbart.
Das erfindungsgemäße Rad zum Befahren von Treppen umfasst mindestens zwei Segmente. Als Fahren wird das in mehrere Richtungen (omnidirektional, also vorwärts und rückwärts unter Einbeziehung von Richtungsänderung, z. B. durch Lenken) erfolgende Abrollen eines oder mehrerer an einer Vorrichtung befestigter Räder auf einem nahezu ebenen Untergrund verstanden. Das Befahren von Treppen ist entsprechend das omnidirektionale Abrollen eines oder mehrerer an einer Vorrichtung befestigter Räder über den unebenen Treppengrund, unterstützt von der Geometrie des Rades, definitionsgemäß sowohl die Treppe hinauf als auch die Treppe hinab. Das erfindungsgemäße Rad wird aber ebenso zum herkömmlichen Fahren eingesetzt. Jedes der mindestens zwei Segmente weist einen kreisförmigen Grundkörper auf. Der kreisförmige Grundkörper ist durch einen Mittelpunkt und einen Radius definiert und weist einen Umfang auf, welcher in Kontakt mit einer Oberfläche steht. Der Umfang ist beispielsweise die Lauffläche des Rades. Der Kontakt mit einer Oberfläche ist eine Berührung des Rades und des Untergrundes zum Abrollen auf einem Untergrund. Der Umfang weist in seinem Verlauf mindestens zwei Aussparungen auf. Die Aussparungen werden durch Einbuchtungen, also radiale Vertiefungen, im Umfang des Rades gebildet und sind in Bezug auf die Winkelstellung gleichmäßig über den Umfang verteilt. Die gleichmäßige Verteilung der Winkelstellung, also die gleichwinklige Verteilung, bedeutet, dass alle Mittelpunkt- bzw. Zentriwinkel benachbarter Aussparungen zueinander gleich groß sind. Die Aussparungen sind dabei vorzugsweise symmetrisch zum Mittelpunkt angeordnet, weisen also bevorzugt einen gleichen Abstand der Schwerpunkte der Aussparungen vom Mittelpunkt auf. Der Umfang weist in seinem Verlauf zwischen den mindestens zwei auf dem Umfang benachbarten Aussparungen genau einen nicht ausgesparten Bogenabschnitt des kreisförmigen Grundkörpers auf. Der nicht ausgesparte Bogenabschnitt als Teil des kreisförmigen Grundkörpers bildet entsprechend einen Teil des Umfangs, also der kreisförmigen Lauffläche, und stellt sich geometrisch als Kreisbogen dar, dessen Mittelpunkt und Radius mit dem des kreisförmigen Grundkörpers identisch ist. Die mindestens zwei nicht ausgesparten Bogenabschnitte sind in Bezug auf die Winkelstellung gleichmäßig über den Umfang verteilt. Die Anzahl und Verteilung der nicht ausgesparten Bogenabschnitte entspricht, aufgrund der Anordnung genau eines nicht ausgesparten Bogenabschnittes zwischen zwei Aussparungen, denen der Aussparungen. Die mindestens zwei Segmente sind reversibel in mindestens zwei zueinander versetzte Stellungen verbringbar. Reversibel heißt, die Segmente sind wiederholbar umkehrbar verbringbar. Mindestens zwei zueinander versetzte Stellungen bedeutet, dass die Segmente relativ zueinander bewegbar sind, z. B. zueinander verdreht werden können, was nicht zwingend gleichbedeutend mit einer gemeinsamen konzentrischen Lagerung ist. Die Segmente können auch durch andere Bewegungsarten als das konzentrische Drehen in gegeneinander versetzte Stellungen verbracht werden, z. B. durch exzentrisches Verlagern und anschließendes Verdrehen. Zumindest in mindestens zwei Stellungen sind die kreisförmigen Grundkörper der mindestens zwei Segmente konzentrisch zueinander festlegbar. Die Segmente weisen vorzugsweise eine gemeinsame konzentrische Lagerung auf, können jedoch alternativ auch nur lediglich in diesen mindestens zwei Stellungen konzentrisch zueinander liegen und festlegbar sein. Die mindestens zwei Segmente sind in einer ersten Stellung derart zueinander ausgerichtet, dass die mindestens zwei Aussparungen jedes Segmentes jeweils zumindest teilweise übereinander liegen, wobei in der ersten Stellung das Rad keinen geschlossenen kreisförmigen Umfang aufweist. Wie oben beschrieben, können die Segmente mehrere Stellungen zueinander einnehmen, was spezifische Vorteile aufweist. Die Anordnung in mindestens zwei Stellungen ist erfindungsgemäß notwendig und weist wiederum den Vorteil der Einfachheit auf. In der ersten Stellung können die Segmente beispielsweise so gegeneinander verdreht ausgerichtet sein, dass das Rad annähernd die gleiche Form mit Umfang, Aussparungen und nicht ausgesparten Bogenabschnitten aufweist wie die einzelnen Segmente. Da diese in ihrem Umfang von der Kreisform abweichende radiale Vertiefungen aufweisen, ergibt sich entsprechend kein geschlossen kreisförmiger Umfang. Die Aussparungen müssen nicht vollständig übereinander liegen. Die Aussparung eines Segmentes kann durch die nicht ausgesparten Bogenabschnitte mindestens eines weiteren Segmentes teilweise überdeckt sein. Das Abrollen des Rades auf einem relativ ebenen Untergrund ist in dieser Stellung bestenfalls holprig möglich und kann im schlechtesten Falle unmöglich sein. Dies ist abhängig von der Größe und der Anzahl der Aussparungen sowie der Anzahl der Segmente und dem Grad der Überdeckung der Aussparungen eines Segmentes von den nicht ausgesparten Bogenabschnitten mindestens eines weiteren Segmentes. Der Vorteil der ersten Stellung ist die Bildung einer Geometrie am Radumfang, die ein sicheres Befahren einer Treppe unter geringem Energieeinsatz ermöglicht. Die mindestens zwei Segmente sind in einer zweiten Stellung derart zueinander ausgerichtet, dass jede Aussparung eines Segmentes im Umfang durch einen Bogenabschnitt mindestens eines weiteren Segmentes mindestens teilweise derart überdeckt wird, dass das Rad in der zweiten Stellung einen geschlossenen kreisförmigen Umfang aufweist. Eine teilweise Überdeckung jeder Aussparung eines Segmentes durch einen Bogenabschnitt mindestens eines weiteren Segmentes ergibt einen geschlossenen kreisförmigen Umfang, wenn mehr als zwei Segmente verwendet werden. Die Bogenabschnitte zweier Segmente können in Summe die Aussparungen des dritten Segmentes überdecken. Vorteilhafterweise ist durch den geschlossenen kreisförmigen Umfang ein Abrollen auf nahezu ebenem Untergrund problemlos möglich. Die erste und zweite Stellung zusammen in einem Rad zu verbinden, hat außerdem den Vorteil, dass das Rad in seinem Durchmesser optimal auf das herkömmliche Fahren ausgelegt werden kann, da die erste Stellung das Treppensteigen ermöglicht und keine die Größe des Rades limitierende Vorrichtung, z. B. ein Drehstern aus Radialarmen entsprechend dem Stand der Technik, erforderlich ist. Dies wird vorteilhafterweise durch die Ausführung der Segmente mit kreisförmigem Grundkörper und gleichwinkliger Verteilung der Aussparungen erreicht.
Erfindungsgemäß nimmt jede der mindestens zwei Aussparungen auf dem Umfang höchstens eine Kreisbogenlänge a_max von
und jeder der mindestens zwei nicht ausgesparten Bogenabschnitte auf dem Umfang mindestens eine Kreisbogenlänge b_min von
ein. Die Kreisbogenlänge ist der Betrag der Länge des Teils der Kreislinie des Umfangs, also des Kreisbogens, der durch einen Winkel, genauer einen Mittelpunkts- oder Zentriwinkel, gebildet wird. Da die Größe des Rades, also der Radius bzw. der Durchmesser, den Umfang bestimmt und aufgabengemäß optimiert werden soll, ist die Berechnung der Kreisbogenlänge angegeben. Die Aussparungen können alternativ über den sie definierenden Mittelpunkts- oder Zentriwinkel, unabhängig vom Radius angegeben werden. Der Aussparungswinkel ist dabei höchstens α_max von
und der Bogenabschnittswinkel muss einen Mindestbetrag β_min von
aufweisen. Diese Aufteilung des Umfanges hat den Vorteil, dass bei gleichwinkliger Verteilung der Aussparungen und der nicht ausgesparten Bogenabschnitte in Abhängigkeit der Anzahl der Segmente und der Aussparungen sichergestellt ist, dass sowohl die erste als auch die zweite erfindungsgemäße Stellung der Segmente zueinander ermöglicht wird. Die Variation der Anzahl der Segmente und der Aussparungen lässt eine Vielzahl möglicher Kombinationen von geschlossenen kreisförmigen Teilumfängen und teilweise überdeckter Aussparungen zu. Im einfachsten Fall ist eine Treppe regelmäßig aufgebaut. Eine regelmäßige Treppe ist durch eine konstante Treppensteigung und einen konstanten Treppenauftritt aller Treppenstufen auf einer Treppe gekennzeichnet. Soll das erfindungsgemäße Rad ausschließlich für das Befahren dieser Treppe verwendet werden, reichen zwei Segmente mit je zwei bis vier Aussparungen, je nach Verhältnis von Treppensteigung zu Treppenauftritt, vorzugsweise drei Aussparungen. Die Gestaltung der Winkel kann ebenfalls auf das Verhältnis von Treppensteigung zu Treppenauftritt abgestimmt sein. Schließlich kann durch Anpassung des Radius das optimale Rad für diese Treppe gestaltet werden. Damit fährt das Rad, ohne die Notwendigkeit, an jeder Treppe die Aussparungen zur Treppenkante ausrichten zu müssen, mit geringem Energieverbrauch die Treppe hinauf oder hinab. Ein komplizierterer Fall wäre eine unregelmäßige Treppe. Diese verlangt zum Befahren mit minimaler Energie eine feinere, unter Umständen unregelmäßige Aufteilung der kreisförmigen Teilumfänge und der teilweise überdeckten Aussparungen über den Umfang des Rades. Die erfindungsgemäße Aufteilung der Winkel kann dann vorteilhaft durch mehr als zwei Segmente und mehr als zwei Aussparungen beeinflusst werden. Dabei kann unter Umständen ein Ausrichten der Aussparungen zur Treppenkannte vor jeder Stufe erfolgen, was vorteilhafterweise durch eine höhere Anzahl an Segmenten und Aussparungen deutlich erleichtert wird. Schließlich kann das Rad auch auf einem sehr unebenen Untergrund, der aber keine Treppe ist, eingesetzt werden. Auch dabei hilft eine Mehrzahl von Segmenten und Aussparungen, ein Abrollen mit minimalem Energieaufwand zu gewährleisten, weil durch die teileweise Überdeckung der Aussparungen durch nicht ausgesparte Bogenabschnitte sehr kleine nicht überdeckte Aussparungen des Umfangs erreicht werden.
Erfindungsgemäß vorteilhaft wird ein Rad vorgeschlagen, bei dem die mindestens zwei Aussparungen eine von dem kreisförmigen Außenumfang abweichende nach innen gerichtete Kontur aufweisen, welche gekrümmt geformt ist, vorzugsweise konkav unregelmäßig gekrümmt und/oder konkav regelmäßig parabelförmig gekrümmt und/oder konkav regelmäßig elliptisch gekrümmt und/oder konkav regelmäßig kreisförmig gekrümmt geformt. Der Außenumfang ist der Teil des Umfanges der kreisförmigen Grundkörper der Segmente, der von den sämtlichen nicht zusammenhängenden nicht ausgesparten Bogenabschnitten gebildet wird. Die von diesem Außenumfang per Definition abweichende nach innen gerichtete Kontur der Aussparungen charakterisiert die Aussparungen wesentlich. Grundsätzlich ist diese nach innen gerichtete Kontur konkav gekrümmt ausgebildet. Eine Krümmung ist dadurch gekennzeichnet, dass drei direkt nebeneinander liegende Punkte nicht Punkte einer Geraden sind. Diese Definition der Krümmung wird hier auf die gesamte nach innen gerichtete Kontur angewendet, und nicht nur auf drei nebeneinander liegende Punkte. Das bedeutet, dass die nach innen gerichtete Kontur jede nach innen gerichtete Krümmung aufweisen kann, die allerdings nicht nur aus einer Gerade besteht. Werden auf einer derart gekrümmten nach innen gerichteten Kontur zwei beliebige Punkte durch eine Gerade miteinander verbunden und liegt diese Gerade immer im ausgesparten Teil der kreisförmigen Grundkörper, handelt es sich um eine konkave nach innen gerichtete Kontur. Ein gerader Abschnitt der nach innen gerichteten Kontur, der nach hier getroffener Definition den Grenzbereich zwischen konvex und konkav beschreibt, wird an dieser Stelle ebenfalls als konkav angesehen, da die erfindungsgemäßen Vorteile mit einem geraden Abschnitt der nach innen gerichteten Kontur erhalten bleiben. An anderer Stelle kann eine Gerade als konvex angesehen werden, da die erfindungsgemäßen Vorteile auch in dem Fall erhalten bleiben. Die konkave Krümmung bezieht sich auf wesentliche Teile der nach innen gerichteten Kontur. Abschnitte der nach innen gerichteten Kontur, die direkt an den Außenumfang angrenzen, können ausführungsbedingt konvex sein oder die gesamte nach innen gerichtete Kontur kann aufgrund der Gestaltung von an den Außenumfang angrenzenden Abschnitten der nach innen gerichteten Kontur nicht geschlossen konkav sein. Ein wesentlicher Teil der nach innen gerichteten Kontur umfasst demnach die nach innen gerichtete Kontur abzüglich der Randbereiche, also der am Außenumfang angrenzenden Abschnitte. Die Krümmung der gesamten nach innen gerichteten Kontur sowie einzelner Abschnitte der nach innen gerichteten Kontur kann unregelmäßig und/oder regelmäßig, z. B. parabelförmig, elliptisch, kreisförmig und/oder evolviert, als Spezialform von parabelförmig, geformt sein. Einzelne Abschnitte können auch durch Geraden gebildet sein. Grund für die zumindest in inneren Abschnitten der nach innen gerichteten Kontur konkave Krümmung ist das Eingreifen der Treppenkante beim Befahren der Treppe in eine der Aussparungen. Dabei beschreibt die Treppenkante eine kreis-, parabel- oder evolvierte Bewegung innerhalb der Aussparung. Eine konvexe Krümmung der inneren Abschnitte der nach innen gerichteten Kontur kann zu Kollisionen mit der Treppenkante führen und damit den minimalen Energieverbrauch gefährden.
Vorteilhafterweise ist mindestens ein am Außenumfang angrenzender Abschnitt der nach innen gerichteten Kontur mindestens einer der mindestens zwei Aussparungen als Gerade oder konvex, vorzugsweise konvex parabelförmig, konvex elliptisch oder konvex kreisförmig ausgebildet. Beim Befahren einer Treppe greift die Treppenkante erfindungsgemäß in eine der Aussparungen ein. Die Gestaltung der Randbereiche, also der am Außenumfang angrenzenden Abschnitte, der nach innen gerichteten Kontur hat einen wesentlichen Einfluss auf die Effizienz des Befahrens der Treppe. So kann ein als Gerade ausgebildeter, an den Außenumfang angrenzender Abschnitt die Stabilität der Auflagefläche erhöhen. Eine konvexe Krümmung des auf die nächste Treppenstufe aufliegenden, am Außenumfang angrenzenden Abschnittes der nach innen gerichteten Kontur erhöht deutlich den Abrollkomfort. Die Ausgestaltung der nach innen gerichteten Kontur ist abhängig von der Verwendung des Rades.
Besonders vorteilhaft sind beide am Außenumfang angrenzende Bereiche der nach innen gerichteten Kontur als Gerade oder konvex ausgebildet und schließen keinen oder mindestens einen weiteren Bereich der nach innen gerichteten Kontur ein, wobei der mindestens eine weitere Bereich der nach innen gerichteten Kontur als Gerade und/oder konkav gekrümmt, vorzugsweise konkav kreisförmig oder konkav elliptisch oder konkav parabelförmig gekrümmt, ausgebildet ist. Damit sind die Vorteile sowohl der geraden oder konvexen, z. B. parabelförmigen, kreisförmigen, elliptischen oder unregelmäßig geformten Randbereiche, also der am Außenumfang angrenzenden Abschnitte der nach innen gerichteten Kontur, als auch der konkaven Innenbereiche, also der nicht am Außenumfang angrenzenden Abschnitte der nach innen gerichteten Kontur, kombiniert.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein erfindungsgemäßes Rad vorgeschlagen, bei dem der axiale Abstand der mindestens zwei Segmente reversibel zueinander veränderbar und die mindestens zwei Segmente in mindestens zwei axial voneinander beabstandeten axialen Positionen festlegbar sind. Axialer Abstand bedeutet, dass der Normalenvektor der Ebene eines kreisförmigen Grundkörpers der mindestens zwei Segmente, angelegt im Mittelpunkt der Ebene, in mindestens einer Richtung eine weitere Ebene eines kreisförmigen Grundkörpers der mindestens zwei Segmente schneidet und der Betrag zwischen dem Mittelpunkt und dem Schnittpunkt größer gleich Null ist. Die Ebenen der kreisförmigen Grundkörper beinhalten sämtliche durch den Mittelpunkt und Radius definierten Kreispunkte, also den Umfang, und schneiden praktisch die Lauffläche in der Hälfte deren axialer Ausdehnung. Ein Abstand von Null bedeutet nicht nur, dass sich die beteiligten zwei Segmente berühren, sondern dass die beteiligten Ebenen der kreisförmigen Grundkörper auf einer Ebene liegen oder sich zumindest in einem der beteiligten Mittelpunkte schneiden. Dieser axiale Abstand ist reversibel veränderbar. Das heißt, die Segmente sind in axialer Richtung, also in Richtung des Normalenvektors, wiederholbar umkehrbar verbringbar. Mindestens zwei axial voneinander beabstandete axiale Positionen bedeutet, dass die Segmente relativ zueinander bewegbar sind, z. B. zueinander verschoben werden können. Vorzugsweise sind die Segmente gemeinsam konzentrisch gelagert. Alternativ können die Segmente auch durch andere Bewegungsarten als das konzentrische Verschieben in gegeneinander verschobene Stellungen verbracht werden. Vorteilhafterweise nehmen die mindestens zwei Segmente in einer ersten axialen Position die erste oder zweite Stellung ein und weisen einen axialen Abstand zueinander auf, so dass die mindestens zwei Ebenen der kreisförmigen Grundkörper der mindestens zwei Segmente annähernd parallele Ebenen mit einem Abstand größer Null sind. In einer zweiten axialen Position nehmen mindestens zwei der mindestens zwei Segmente die zweite Stellung zueinander ein und weisen einen axialen Abstand gleich Null zueinander auf, so dass die mindestens zwei Ebenen der kreisförmigen Grundkörper der wenigstens zwei in der zweiten Stellung zueinander befindlichen Segmente auf einer Ebene liegen. Der Vorteil der ersten axialen Position ist, dass sich mindestens beide Stellungen der Segmente zueinander realisieren lassen. Das heißt, ein Rad ohne geschlossenen kreisförmigen Außenumfang kann genauso gebildet werden, wie ein Rad mit geschlossenem kreisförmigen Außenumfang, auch wenn Außenumfangsabschnitte der nicht ausgesparten Bogenabschnitte bzw. die Ebenen der kreisförmigen Grundkörper der Segmente nicht auf einer Ebene liegen. Letzteres befähigt das Rad zum Abrollen bzw. zum Fahren auf relativ ebenem Untergrund oder zum Befahren einer Unebenheit oder Treppenstufe, ohne die axiale Position zu ändern, was die Umschaltzeit der Stellungen zwischen Fahren und Befahren wesentlich verkürzt. Diese Option ist auch ohne die Fähigkeit der axialen Positionsveränderung der Segmente zueinander vorteilhaft. Die axiale Positionsveränderung ist aber besonders vorteilhaft, da in der zweiten Position nicht nur ein Rad mit geschlossenem kreisförmigen Außenumfang gebildet werden kann, sondern die Außenumfangsabschnitte der nicht ausgesparten Bogenabschnitte bzw. die Ebenen der kreisförmigen Grundkörper der Segmente auf einer Ebene liegen. Damit wird ein Fahren mit minimalem Energieaufwand möglich. Außerdem ist dieser Fahrmodus nicht nur vorübergehender Natur, sondern kann über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden. Schließlich ist die Steuerbarkeit einer das Rad verwendenden Vorrichtung in diesem Fall deutlich verbessert. Weitere axiale Positionen sind möglich. Diese können Zwischenpositionen beim Übergang der ersten in die zweite Position darstellen oder zusätzliche erfindungsgemäße Funktionspositionen sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Rad erfolgt die Festlegung der kreisförmigen Grundkörper der mindestens zwei Segmente in den mindestens zwei zueinander versetzten Stellungen und/oder die Festlegung der kreisförmigen Grundkörper der mindestens zwei Segmente in mindestens zwei axial voneinander beabstandeten axialen Positionen durch mechanische und/oder elektrische und/oder hydraulische und/oder magnetische und/oder magnetorheologische und/oder elektrorheologische Verriegelungsmittel, wobei die Verriegelungsmittel elektrisch und/oder elektronisch und/oder hydraulisch und/oder pneumatisch und/oder mechanisch betätigt werden und in mindestens einem Segment und/oder in mindestens einer den Segmenten direkt und/oder indirekt zugeordneten Vorrichtung unterbringbar sind. Das Festlegen der Segmente mindestens in den zwei Stellungen ist erfindungs- und funktionsgemäß notwendig. Vorteilhafterweise erfolgt dies durch Verriegelungsmittel, die keine dauerhafte Energiezufuhr zum Festlegen erfordern. Verriegelungsmittel können mechanisch, z. B. mittels Bolzen, Pins und/oder Rastvorrichtungen mit Klinken, und/oder elektrisch, z. B. durch Relais, die auch mit mechanischen Elementen, wie Bolzen oder Klinken kombiniert werden können, und/oder fluidisch, z. B. durch Aufbau eines Druckes eines Fluides, vorzugsweise einer Flüssigkeit, in einer Verriegelungskammer, und/oder magnetisch, z. B. durch Verbringen von Magneten zueinander oder in Kombination mit elektrischen Mitteln zu- und abschaltbare Elektromagnete, und/oder elektrorheologisch, z. B. durch Veränderung der Viskosität eines hydraulischen Verriegelungsmittels, und/oder magnetorheologisch, z. B. ebenfalls durch Veränderung der Viskosität eines hydraulischen Verriegelungsmittels oder einer Kombination daraus ausgeführt sein. Die Betätigung bzw. die Ansteuerung der Verriegelungsmittel ergibt sich zum einen aus den Verriegelungsmitteln selbst, wobei vorteilhafterweise die Art der Betätigung der Art der Verriegelung entspricht, kann jedoch auch bauraum- und/oder funktionsbedingt eine andere bekannte Betätigung sein. Vorteilhafterweise ist die Betätigung, wie die Verriegelungsmittel auch, direkt in den Segmenten angeordnet oder die Betätigung ist entfernt in einer den Segmenten direkt zugeordneten Vorrichtung, z. B. einer mit dem Rad versehenen Achse, oder die Betätigung ist entfernt in einer den Segmenten indirekt zugeordneten Vorrichtung, z. B. einer die Achse aufnehmende Achsaufnahme, angeordnet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein erfindungsgemäßes Rad offenbart, wobei den mindestens zwei Segmenten Stellmittel zugeordnet sind, durch die die Veränderungen der axialen Position mindestens eines Segmentes und/oder durch die die Veränderungen der Stellung mindestens eines Segmentes unabhängig von der axialen Position oder der Stellung der übrigen Segmente durchführbar sind. Die Veränderung der Stellung sowie der axialen Position eines Segmentes kann von einem einzigen Stellmittel durchgeführt werden, wird jedoch bevorzugt von je einem Stellmittel durchgeführt. Dies ermöglicht, je nach gewähltem Stellmittel, mehr Freiheitsgrade in der Verstellung. Das bedeutet, dass die Veränderung der axialen Position sowie der Stellung der Segmente gleichzeitig durchgeführt werden kann, was zeitliche Vorteile bringt und damit den Komfort steigert. Vorteilhafterweise sind die Stellmittel mechanische und/oder elektrische und/oder magnetische und/oder pneumatische und/oder hydraulische Stellmittel und in mindestens einem Segment und/oder in mindestens einer den Segmenten direkt und/oder indirekt zugeordneten Vorrichtung untergebracht, wobei die Stellmittel elektrisch und/oder elektronisch und/oder hydraulisch und/oder pneumatisch und/oder mechanisch betätigt werden. Die Ausführung von Stellmitteln zur Verstellung der axialen Position eines Segmentes, beispielsweise zur Ausführung einer translatorischen Bewegung befähigte Stellmittel, sowie Stellmittel zur Verstellung der Stellung eines Segmentes, beispielsweise zur Ausführung einer rotatorischen Bewegung befähigte Stellmittel, sind bekannt. Diese können mechanisch, z. B. durch Zahnrad-, Schnecken- oder Riementriebe, elektrisch, z. B. durch Linear- und Schrittmotoren, magnetisch, z. B. Antriebe durch umlaufend oder linear veränderliche Magnetfelder, pneumatisch oder hydraulisch, z. B. durch variable Druckkammern, sowie in Kombinationen daraus ausgeführt werden. Vorteilhafterweise werden diese Stellmittel direkt im zu verstellenden Segment angeordnet, was dem gesamten benötigten Bauraum zugutekommt. Eine vom Segment entfernte Anordnung der Betätigung in einer den Segmenten direkt zugeordneten Vorrichtung, z. B. einer mit dem Rad versehenen Achse, oder einer den Segmenten indirekt zugeordneten Vorrichtung, z. B. einer die Achse aufnehmende Achsaufnahme, ist ebenfalls möglich und kann abhängig vom verwendeten Stellmittel vorteilhaft sein. Die Betätigung der Stellmittel ist ebenfalls bekannt und kann elektrisch, z. B. durch Schließen eines Stromkreises eines Elektromotors, und/oder elektronisch, z. B. durch einen von einer Recheneinheit ausgesandten Befehl zum Schließen eines Stromkreises eines Elektromotors, und/oder hydraulisch und/oder pneumatisch, z. B. durch Druckaufbau in Betätigungszylindern, und/oder mechanisch, z. B. durch Ver- oder Entriegeln eines Verstellmechanismus, erfolgen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Rad mindestens in den zwei zueinander versetzten Stellungen im Mittelpunkt der mindestens zwei Segmente drehbar gelagert. Gegenüber z. B. einer starren Befestigung der Räder an einer Achse bzw. der Segmente über eine Hohlwelle mit innenliegenden Wellen ergibt sich der Vorteil, dass Übertragungsverluste, z. B. eines Antriebs verringert werden, dass an sich bekannte, optimierte Lagerungen ausgeführt sein können oder die bewegten Massen verringert werden, wodurch wiederum bei einem Antrieb des Rades die Masseträgheitsmomente sowohl beim Beschleunigen als auch beim Verzögern herabgesetzt sind. All dies trägt zur Energieoptimierung beim Fahren auf relativ ebenem Untergrund oder beim Befahren von Treppen bei. Außerhalb der zwei Stellungen können die Segmente ebenfalls drehbar gelagert sein, was wiederum abhängig ist von den Stellmitteln zur Durchführung der Veränderung der Stellung eines Segmentes. Im einfachsten Fall ist das Rad in jeder Stellung im Mittelpunkt der mindestens zwei Segmente drehbar gelagert, jedoch ist dies, z. B. bei Stellmitteln, welche mechanische exzentrische Mittel umfassen, nicht immer gegeben.
Vorteilhafterweise sind in dem Rad Mittel vorgesehen, die eine bidirektionale Drehbewegung des Rades mindestens in den zwei Stellungen ermöglichen, in denen der Mittelpunkt der mindestens zwei Segmente drehbar gelagert ist, wobei die Mittel am Rad und/oder in einer dem Rad direkt und/oder indirekt zugeordneten Vorrichtung unterbringbar sind und wobei die Mittel mechanische und/oder elektrische und/oder magnetische und/oder pneumatische und/oder hydraulische Antriebsmittel sind. Antriebsmittel zum Antreiben von Rädern sind bekannt und können mechanisch, z. B. durch Kraftübertragung über Hebel oder Getriebe, elektrisch, z. B. durch Elektromotoren, magnetisch, z. B. Antriebe durch umlaufend veränderliche Magnetfelder, pneumatisch oder hydraulisch, z. B. durch eine mit einem Volumenstrom beaufschlagte Turbine, sowie aus Kombinationen daraus, ausgeführt sein. Vorteilhafterweise werden diese Antriebsmittel direkt im anzutreibenden Rad angeordnet, was dem gesamten benötigten Bauraum zugutekommt. Eine vom Rad entfernte Anordnung in einer dem Rad direkt zugeordneten Vorrichtung, z. B. einer mit dem Rad versehenen Achse oder in einer dem Rad indirekt zugeordneten Vorrichtung, z. B. einer die Achse aufnehmende Achsaufnahme, ist ebenfalls möglich und kann abhängig vom verwendeten Antriebsmittel vorteilhaft sein. Der Antrieb ist bidirektional, das heißt, dass das Rad in beide Richtungen gedreht werden kann.
In einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Rades weist mindestens eins der mindestens zwei nicht ausgesparten Bogenabschnitte mindestens ein Erweiterungsmittel auf, welches reversibel radial über den Umfang des Rades hinaus verbringbar und sowohl in der radial über den Umfang hinaus verbrachten Lage als auch in der radial nicht über den Umfang hinaus verbrachten Lage festlegbar ist, wobei in der radial über den Umfang hinaus verbrachten Lage der Kontakt des Außenumfangs mindestens eines nicht ausgesparten Bogenabschnitts mindestens eines Segmentes mit der Oberfläche reversibel aufhebbar ist. Die Segmente weisen kreisförmige Grundkörper auf, die durch Mittelpunkt und Radius definiert sind. Dieser gedachte Kreis weist einen Durchmesser auf, dessen Umfang in Kontakt mit der Oberfläche steht, also die Lauffläche des Rades bildet. Dieser Umfang wird im Folgenden zur besseren Unterscheidung als Ursprungsumfang bezeichnet. Der Ursprungsumfang umfasst den nicht geschlossenen oder den geschlossenen kreisförmigen Außenumfang des Rades. Die erfindungsgemäßen Erweiterungsmittel können in radialer Richtung über den Ursprungsumfang hinaus reichen, erhöhen also den Durchmesser des jeweils zugeordneten Segmentes über den Ursprungsdurchmesser hinaus. Genauer gesagt erhöhen die Erweiterungsmittel den Radius mindestens eines Teilbogenabschnittes des jeweils zugeordneten nicht ausgesparten Bogenabschnittes über den Ursprungsradius hinaus. Reversibel bedeutet, dass das mindestens eine Erweiterungsmittel wiederholbar in eine erste Lage über den Ursprungsumfang hinaus und wieder in den Ursprungszustand, also in eine zweite Lage nicht über den Ursprungsumfang hinaus reichend, verbringbar ist. Dabei ist das mindestens eine Erweiterungsmittel in mindestens beiden Lagen festlegbar, z. B. durch oben beschriebene Verriegelungsmittel. Das Verbringen der Erweiterungsmittel weist zum einen den Vorteil auf, durch in die erste Lage verbrachte Erweiterungsmittel mindestens ein weiteres Segment von der Oberfläche abzuheben, um ein effizientes Verbringen dieses mindestens einen weiteren Segmentes in eine andere Stellung und/oder eine andere axiale Position zu ermöglichen. Ein weiterer Vorteil der in die erste Lage verbrachten Erweiterungsmittel ist die Variation des Mittelpunktes des Rades in der Höhe, wodurch unregelmäßige oder besonders hohe Treppenstufen befahren werden können.
Vorteilhafterweise weist das mindestens eine Erweiterungsmittel mindestens ein Erweiterungsstellmittel auf, durch welches das mindestens eine Erweiterungsmittel reversibel radial über den Ursprungsumfang hinaus verbringbar ist, wobei das mindestens eine Erweiterungsstellmittel ein mechanisches und/oder elektrisches und/oder magnetisches und/oder pneumatisches und/oder hydraulisches Erweiterungsstellmittel ist und in mindestens einem Segment und/oder in mindestens einer den Segmenten direkt und/oder indirekt zugeordneten Vorrichtung unterbringbar ist. Das Erweiterungsstellmittel zum Verbringen des Erweiterungsmittels über den Ursprungsumfang hinaus kann mechanisch, z. B. ein Schneckentrieb, elektrisch, z. B. eine Linearmotor, magnetisch, z. B. veränderliche Magnetfelder entlang einer Schiene, und/oder fluidisch, z. B. durch hydraulische oder pneumatische Kolben-Zylinder-Einheiten, ausgelegt sein. Diese Erweiterungsstellmittel können wiederum im entsprechenden Segment selbst, in einer dem Segment bzw. dem Rad direkt zugeordneten Vorrichtung, z. B. einer Achse, und/oder in einer dem Segment bzw. dem Rad indirekt zugeordneten Vorrichtung, z. B. eine die Achse aufnehmende Achsaufnahme, angeordnet sein. Die Verwendung von Erweiterungsstellmitteln ermöglicht vorteilhafterweise eine variable Gestaltung der ersten Lage, d. h., dass der Betrag, um den das Erweiterungsmittel hinaus verbringbar ist, variabel ist. Zum Zwecke des Aufhebens des Kontaktes mindestens eines weiteren Segmentes von der Oberfläche ist ein kleiner Betrag ausreichend, wohingegen beim Befahren besonders hoher Treppenstufen ein größerer Betrag notwendig sein kann.
Besonders vorteilhaft ist ein Rad, bei dem das mindestens eine Erweiterungsmittel mindestens einen Teil des Außenumfanges mindestens eines der mindestens zwei nicht ausgesparten Bogenabschnitte umfasst. Dabei können die Erweiterungsmittel, ausgebildet, z. B. als mechanische Erweiterungen, identisch mit Teilen des Ursprungsumfangs sein. Sie können z. B. stangenförmig radial aus den nicht ausgesparten Bogenabschnitten heraustreten, wobei der radial äußere Teil ein Teil der ursprünglichen Lauffläche sein kann. Vorteilhafterweise kann der gesamte Teil des Außenumfangs eines nicht ausgesparten Bogenabschnittes über den Ursprungsumfang hinaus verbracht werden. Dies ermöglicht ein optimales Abrollen auch bei über den Ursprungsumfang hinaus verbrachten Erweiterungsmitteln.
Besonders vorteilhaft ist eine Betätigung der Antriebsmittel und/oder der Stellmittel und/oder der Verriegelungsmittel und/oder der Erweiterungsstellmittel in Abhängigkeit von Daten aus im Rad und/oder in einer dem Rad direkt und/oder indirekt zugeordneten Vorrichtung angeordneten Umfeldsensoren und/oder anderen Datenbereitstellungsmittel auslösbar und/oder durchführbar. Die Art der möglichen Antriebs-, Stell-, Verriegelungs- und Erweiterungsstellmittel sowie deren mögliche Betätigung wurden bereits beschrieben. Die Auslösung der Betätigung über die Zeit, also die Steuerung, basiert vorteilhafterweise auf Daten aus Umfeldsensoren und/oder anderen Datenbereitstellungsmitteln. Umfeldsensoren sind prinzipiell bekannt und können aus optischen Sensoren, z. B. stereoskopische Kameras oder Lidar, oder aus elektromagnetischen Sensoren, z. B. Radar, und vielen weiteren im Stand der Technik verwendeten Umfeldsensoren bestehen. Diese liefern ein hinreichend detailliertes Bild der Umwelt. Diese Daten werden zu Steuerungsbefehlen verarbeitet, die es einem Objekt ermöglichen, mit dessen Umwelt zu interagieren. Für das erfindungsgemäße Rad ist es vorteilhaft, den Beginn einer Treppe, also die Kante der ersten Treppenstufe, zu kennen, um zwischen Fahr- und Befahr-Aufbau umzuschalten. Diese Information kann von den Umfeldsensoren direkt kommen oder indirekt über eine Recheneinheit, welche die gesamten Umfelddaten umrechnet und als Steuerbefehle weiterleitet. Diese Information kann auch von anderen Datenbereitstellungsmitteln, z. B. externen Sensoren, externen Recheneinheiten oder festgelegten Programmabläufen, oder aber die Vorrichtung selbst überwachende Sensoren, wie Raddrehzahl- oder Segmentstellungssensoren, an die oben genannten Antriebsmittel weitergeleitet werden. Vorteilhafterweise sind die Umfeldsensoren und/oder Datenbereitstellungsmittel direkt am Rad angeordnet, z. B. Beschleunigungssensoren zum Erkennen eines Anschlages des Rades an ein Hindernis, oder Segmentstellungssensoren zum Erkennen der Stellungen der Segmente zueinander sowie relativ zum Untergrund. Weiterhin können die Umfeldsensoren und/oder Datenbereitstellungsmittel indirekt am Rad angeordnet sein, z. B. in einer Achse. Schließlich können die Umfeldsensoren und/oder Datenbereitstellungsmittel vom Rad entfernt angeordnet sein, z. B. eine Kamera oder ein Radarsensor befestigt an einem Aufbau einer Vorrichtung, die das erfindungsgemäße Rad verwendet.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Befahren von Treppen mit einem Rad, welches mindestens ein erstes und ein zweites Segment umfasst, wobei jedes Segment einen kreisförmigen Umfang aufweist, wobei jedes Segment mindestens eine den kreisförmigen Umfang des Segmentes unterbrechende, nach innen gerichtete Kontur aufweist, wobei mindestens das erste Segment über den kreisförmigen Außenumfang auf einer Oberfläche abrollt, wobei mindestens das zweite Segment derart zu dem ersten Segment ausgerichtet wird, dass eine Flanke der mindestens einen nach innen gerichteten Kontur mindestens des zweiten Segmentes durch das Abrollen des ersten Segmentes in Eingriff mit einem Treppenauftritt gebracht wird, wobei das Rad über die Flanke der nach innen gerichteten Kontur des zweiten Segmentes, anschließend über den Übergang zwischen der Flanke der nach innen gerichteten Kontur und dem kreisförmigen Außenumfang des zweiten Segmentes und im weiteren Verlauf weiter über den kreisförmigen Außenumfang abrollt. Dieses Verfahren stellt vorteilhafterweise eine Möglichkeit zum einfachen und effizienten Befahren von Treppen zur Verfügung. Die nach innen gerichtete Kontur ist die Kontur der oben beschriebenen Aussparungen, deren konkrete Gestaltung vom Anwendungsfall, d. h. z. B. von der Treppenform und/oder dem Treppenmaterial abhängig ist. Die Flanke ist der an den Außenumfang angrenzende Bereich der nach innen gerichteten Kontur. Bei der Annäherung an eine Treppenstufe wird das aktuell nicht auf dem Untergrund abrollende Segment in seiner Stellung zum auf dem Untergrund abrollenden Segment verstellt, so dass eine Aussparung mit einer Flanke entsteht, die mit dem Auftritt der Treppenstufe in Eingriff kommt. Über die Flanke, den Übergangsbereich zwischen der Flanke und dem kreisförmigen Außenumfang sowie im weiteren Verlauf über den kreisförmigen Außenumfang selbst rollt das Rad weiter ab. Sobald der kreisförmige Außenumfang in Kontakt mit dem Treppenauftritt steht, kann das zu Beginn mit dem Untergrund in Kontakt gestandene Segment derart zum jetzt in Kontakt stehenden Segment verstellt werden, dass dessen Flanke den nächsten Treppenauftritt, also die nächste Treppenstufe, befahren kann. Vorteilhafterweise kann dies durchgeführt werden, während das Rad weiterrollt.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Verfahren offenbart, wobei mindestens das erste, über den kreisförmigen Außenumfang auf einer Oberfläche abrollende Segment mindestens ein Erweiterungsmittel aufweist, welches über den kreisförmigen Außenumfang hinaus verbracht wird, wobei durch Verbringen des mindestens einen Erweiterungsmittels über den kreisförmigen Außenumfang hinaus mindestens ein zweites Segment den Kontakt mit der Oberfläche verliert, wobei mindestens das zweite Segment ohne Kontakt mit der Oberfläche zu dem ersten Segment derart ausgerichtet wird, dass die eine Flanke der mindestens einen nach innen gerichteten Kontur mindestens des zweiten Segmentes in Eingriff mit dem Treppenauftritt gebracht wird, wobei das Rad über die Flanke der nach innen gerichteten Kontur des zweiten Segmentes, anschließend über den Übergang zwischen der Flanke der nach innen gerichteten Kontur und den kreisförmigen Außenumfang des zweiten Segmentes und im weiteren Verlauf weiter über den kreisförmigen Außenumfang abrollt und wobei während des Abrollens über die Flanke, den Übergang und/oder den kreisförmigen Außenumfang des zweiten Segmentes das mindestens eine Erweiterungsmittel des ersten Segmentes in seine Ursprungslage auf oder unter dem kreisförmigen Außenumfang verbracht wird. Wenn bei einer Annäherung an die nächste Treppenstufe die Segmente derart relativ zum Untergrund angeordnet sind, dass beim Abrollen auf dem kreisförmigen Außenumfang ein nicht ausgesparter Bogenabschnitt des kreisförmigen Außenumfangs an einer Treppenkante anschlagen würde, kann das Erweiterungsmittel, das am aktuell auf dem Untergrund abrollenden Segment angeordnet ist, ausfahren und damit eine Verstellung des nicht mit dem Untergrund in Kontakt stehenden Segmentes ermöglichen. Der kreisförmige Außenumfang dieses Segmentes wird dann derart zum Untergrund positioniert, dass im weiteren Verlauf des Abrollens über diesen kreisförmigen Außenumfang eine Aussparung, also eine nach innen gerichtete Kontur, in Eingriff mit dem Treppenauftritt kommt. Anschließend wird entweder das erste Erweiterungsmittel wieder in die Ursprungslage zurück gefahren oder ein weiteres Erweiterungsmittel, welches dem soeben verstellten Segment zugeordnet ist, wird ausgefahren, um daraufhin das erste Erweiterungsmittel einzufahren und das nun nicht mehr in Kontakt stehende Segment derart zu verstellen, so dass eine Aussparung mit einer Flanke entsteht, die mit dem Auftritt der Treppenstufe in Eingriff kommt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die Verstellung nicht nur während des Rollens des Rades sondern auch unabhängig von der Ausgangsstellung der Segmente durchgeführt werden kann.
Besonders vorteilhaft ist ein Verfahren, bei dem Umfelddaten von Umfeldsensoren und/oder anderen Datenbereitstellungsmitteln erfasst und einer Berechnung zugeführt werden, wobei die Umfelddaten mindestens den Treppenauftritt, die Treppensteigung und die Position mindestens des auf dem kreisförmigen Außenumfang abrollenden ersten Segmentes absolut und/oder relativ zur Treppe umfassen. Bei der Berechnung der Ausrichtung des zweiten Segmentes zu dem ersten Segment werden mindestens sowohl der aktuelle Abstand des Rades zur aktuell zu befahrenden Treppenkante als auch der sich aus dem Abrollen des zweiten Segmentes zu erwartende Abstand des Rades zur darauf folgenden Treppenkante einbezogen. Die Ausrichtung erfolgt mindestens derart, dass eine minimale Anzahl weiterer Ausrichtungen und/oder Betätigungen der Erweiterungsmittel erfolgen und/oder die weiteren Ausrichtungen und/oder Betätigungen der Erweiterungsmittel betragsmäßig minimiert werden. Dadurch lässt sich jedwede Treppengestaltung befahren. Regelmäßige Treppen können mit wenigen Verstellvorgängen der Segmente zueinander sehr effizient befahren werden. Unregelmäßige Treppen können durch ständige Erfassung der Umwelt und durch Anpassung der Verstellung unabhängig von der Ausgangsstellung der Segmente sowie ohne Unterbrechung des Rollvorgangs befahren werden. Insbesondere bei einer mit einem oder mehreren Rädern ausgestatteten Vorrichtung bringt das erfindungsgemäße Verfahren Vorteile. Dadurch ist es unter anderem möglich, Wendeltreppen und unregelmäßige Treppen zu befahren, weil das Verhältnis von Treppenauftritt und Treppensteigung durch Verstellung der Segmente ausgeglichen werden kann.
Ausführungsbeispiel
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in den Zeichnungen anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Segmentes mit Konturbereichen (Außenansicht)
2a eine schematische Darstellung der Kontur einer Aussparung mit konvexen Flanken/an den Außenumfang angrenzende Bereiche der nach innen gerichteten Kontur (Außenansicht)
2b eine schematische Darstellung der Kontur einer Aussparung mit konkaven Flanken/an den Außenumfang angrenzende Bereiche der nach innen gerichteten Kontur (Außenansicht)
3a eine schematische Darstellung eines Segmentes mit drei Aussparungen eines Rades mit drei Segmenten (Innenansicht)
3b eine schematische Darstellung eines Segmentes mit vier Aussparungen eines Rades mit zwei Segmenten (Innenansicht)
4 ein schematisiertes Rad, zusammengesetzt aus zwei Segmenten (Außenansicht)
5 ein Segment (Außenansicht) mit Erweiterungsmitteln
6a–d ein Rad (Außenansicht) mit deckungsgleichen Segmenten beim Befahren einer Treppe
7a–d ein Rad (Außenansicht) mit versetzten Segmenten beim Befahren einer Treppe
8a–d ein Rad (Außenansicht) mit versetzten Segmenten und Erweiterungsmitteln beim Befahren einer Treppe
In 1 ist eine schematische Darstellung eines Segmentes 1 des erfindungsgemäßen Rades mit Konturbereichen einer nach innen gerichteten Kontur 5 zu sehen. Das Segment 1 weist einen kreisförmigen Grundkörper auf, welcher durch einen Mittelpunkt 9 und einen Radius 10 definiert ist. Der dadurch gebildete kreisförmige Außenumfang ist durch nach innen gerichtete Aussparungen 4 unterbrochen. Die Teile des kreisförmigen Außenumfangs der nicht ausgesparten Bogenabschnitte 3 bilden die Lauffläche 2 des Rades. Die Aussparungen 4 weisen die nach innen gerichtete Kontur 5 auf. Diese ist in mehrere Bereiche unterteilbar. In 1 sind an den Außenumfang angrenzende Bereiche 6, auch als Flanken bezeichnet, zu erkennen. Es ist weiterhin ein zwischen den zwei Flanken je Aussparung liegender Innenbereich 7 zu sehen. Der Übergangsbereich zwischen den Flanken und der Lauffläche 2 weicht vom Außenumfang nach innen ab, zählt jedoch nicht zur Kontur 5, da der Übergangsbereich 8 unabhängig von der Gestaltung der Kontur 5 immer vorhanden ist. Die gesamte Kontur 5 als solche ist konkav, d. h. sie ist nach innen gerichtet und beim Verbinden von zwei beliebigen Punkten auf der Kontur 5 wird kein Material des Segmentes 1 geschnitten. Dies dient der Tatsache, dass die Aussparung 4 in eine Treppenstufe bzw. eine Treppenkante eingreift und nicht konkaves bzw. hervorstehendes Material des Segmentes 1 nachteilig wäre. Abweichend von der konkaven Gesamtstruktur können die Flanken 6 ausgebildet sein. In 1 sind diese als Geraden ausgebildet, was funktionsgemäß als konkav definiert wird (siehe oben). In weiteren Ausgestaltungen können diese auch konvex sein, was anhand folgender Figuren erläutert wird. Der Innenbereich 7 ist zwingend konkav geformt. Dieser kann, wie hier dargestellt, kreisförmig oder parabelförmig oder elliptisch oder aus zwei Geraden zusammengesetzt sein. Vorteilhafterweise ist der Innenbereich 7 parabelförmig, im Speziellen evolventenförmig gestaltet.
In 2 sind mögliche Ausgestaltungen der Flanken 6 zu erkennen. 2a stellt evolventenförmige, konvexe Flanken 11 dar. Diese weisen ein besonders günstiges Abrollverhalten auf Treppenstufen auf und gehen derart in den Übergangsbereich 8 über, dass eine gleichmäßige Gesamtbewegung des Rades beim Befahren von Treppen zu Stande kommt. In 2b sind konkave Flanken 12 zu erkennen. Abhängig von der Gestaltung der Treppe und deren Treppenkante können derartig gestaltete Flanken besser in die Treppe bzw. Treppenkante eingreifen und damit zu weiterer Energieeffizienz beitragen.
3 zeigt mögliche Ausgestaltungen der Segmente 1. In 3a ist ein Segment 1 dargestellt, das gegenüber dem nicht ausgesparten Bogenabschnitt 3 doppelt so große Aussparungen 4 aufweist. Zur Bildung eines vollen Rades mit geschlossenem kreisförmigen Außenumfang sind in diesem Beispiel mindestens 3 Segmente je Rad notwendig. Der Vorteil derartig großer Aussparungen ist die Flexibilität beim Befahren der Treppe. Die einzelnen Segmente müssen in wesentlich geringerem Maße zueinander und zur Treppenstufe positioniert werden. Außerdem können größere Treppensteigungen befahren werden. Die Variante des Segmentes 1 in 3b weist vier Aussparungen 4 mit entsprechend vier nicht ausgesparten Bogenabschnitten 3 auf. Die Aussparungen und die nicht ausgesparten Bogenabschnitte weisen die gleichen Zentriwinkel auf, weshalb in dieser Ausführung zwei Segmente 1 zur Bildung eines geschlossenen kreisförmigen Außenumfangs ausreichen. Vorteil dieser Ausführung ist die Anpassung des Durchmessers an Treppenbedingungen derart, dass gleich- bzw. regelmäßige Treppen ohne erneutes Ausrichten der Segmente vor jeder Treppe befahren werden können. Dies wird durch den zusätzlichen Freiheitsgrad der vierten Aussparung erzielt.
4 zeigt ein Rad 16 aus zwei Segmenten mit geschlossenem kreisförmigen Außenumfang, welcher die Lauffläche 2 des Rades 16 bildet. Dabei ist zu erkennen, wie die nicht ausgesparten Bogenabschnitte 13 eines in dieser Ansicht hinteren Segmentes in den Aussparungen des vorderen Segmentes angeordnet sind.
5 zeigt ein Segment 1 mit einem beispielhaften Erweiterungsmittel. In diesem Ausführungsfall ist das Erweiterungsmittel ein abgetrennter Teil 19 des nicht ausgesparten Bogenabschnittes 3, welcher von Führungen 18, z. B. in Form radial ein- und ausfahrbarer Führungsstangen, gehalten wird. Eine weitere Möglichkeit zur Gestaltung der Erweiterungsmittel kann im einfachsten Fall ein dem Segment zugeordneter Bolzen sein, der ein- und ausfahrbar gestaltet ist. Allerdings ist die gezeigte Variante vorteilhafterweise zum weiteren Abrollen in der Lage, während das Erweiterungsmittel ausgefahren ist/wird und kann somit im Fahren die Stellungen der Segmente 1 zueinander und zur Treppe variieren.
In 6 ist das Befahren einer Treppe vereinfacht durch nur ein Segment 1 dargestellt. Die Treppe wird dabei von einem vordersten Teil der Treppenstufe, der Treppenkante 17, sowie vom Treppenauftritt 14 und der Treppensteigung 15 charakterisiert. In 6a nähert sich das Segment 1 an die Treppe an. Durch weiteres Abrollen auf der Lauffläche 2 kommt die Flanke 6 des Segmentes 1 in Berührung mit dem Treppenauftritt 14 der ersten Treppenstufe (6b). Durch weiteres Drehen des Segmentes 1 um den Mittelpunkt des Segmentes 1 befährt es die Treppenstufen, wie in 6c zu erkennen ist. Schließlich rollt das Rad weiter über die Flanke 6, den Übergang der Flanke 6 zur Lauffläche 2 und endlich über die Lauffläche 2 ab und nähert sich der nächsten Treppenstufe an (6d).
7 stellt das Befahren einer Treppe dar, bei dem das Rad aus einem vorderen Segment 20 und einem hinteren Segment 21 gebildet ist. Im Vergleich zu 6 befinden sich in 7a die deckungsgleich zueinander angeordneten Aussparungen 4 beider Segmente (20, 21) bei der Annäherung an die erste Stufe an einer ungünstigen Position, weil nach dem Abrollen über der ersten Stufe die Lauffläche 2 der deckungsgleich zueinander angeordneten nicht ausgesparten Bogenabschnitte beider Segmente gegen die Treppenkante 17 der zweiten Treppenstufe stoßen kann. Bei an die Treppenkante 17 anstoßender Lauffläche 2 ist ein Befahren der Treppe nicht ohne weiteres möglich. Da über nicht dargestellte Sensoreinrichtungen das Umfeld des Rades, speziell der Abstand zur Treppe, die Höhe der Treppe (Treppensteigung 15) sowie die Treppentiefe (Treppenauftritt 14) bekannt ist, kann die Position der Aussparungen 4 zur Treppenkante 17 korrigiert werden. Dies erfolgt wie in 7b dargestellt. Dabei wird vorzugsweise während des Annäherungsvorganges an die erste Treppe oder im Bedarfsfall auch während eines Stopps vor der ersten Treppe das hintere Segment 21 relativ zum vorderen Segment 20 verdreht. Dies geschieht derart, dass die Flanke 6 des hinteren Segmentes 21 in Eingriff mit dem Treppenauftritt gebracht wird, und zwar bevor die Flanke 6 des vorderen Segmentes 20 beim weiteren Abrollen in Eingriff mit dem Treppenauftritt 14 gekommen wäre. Im weiteren Verlauf befährt das Rad analog zu 6c die erste Treppenstufe (7c). Um die vorteilhafte Positionierung der Aussparungen 4 beizubehalten, wird in 7d das vordere, nicht mit der Treppe in Eingriff stehende Segment 20 relativ zum hinteren in Eingriff mit der Treppe stehenden Segment 21 verdreht. Dies geschieht derart, dass das vordere Segment 20 deckungsgleich zum hinteren Segment 21 verdreht wird, bis es wieder in Eingriff mit der Treppe steht. Dadurch ist eine für das weitere Befahren der Treppe günstige Position der Aussparungen 4 hergestellt und das Befahren der Treppe kann unter minimalen weiteren Anpassungen fortgesetzt werden. Vorteilhafterweise ermöglicht die vorliegende Erfindung, dass der gesamte Befahrvorgang ohne Stopps stattfinden kann.
8 zeigt ein Rad 16 aus einem vorderen Segment 20 und einem hinteren Segment 21, wobei das Rad Erweiterungsmittel 19 aufweist. Die Begriffe vorderes und hinteres Segment beziehen sich lediglich auf die Darstellung in den Figuren. Wird in einer realen Ausgestaltung der Erfindung eine Vorrichtung mit einer Achse und zwei erfindungsgemäßen Rädern genutzt, kann das vordere Segment 20 beispielsweise als äußeres Segment bezeichnet werden. In 8a ist ein Erweiterungsmittel 19 bereits ausgefahren. Der Ausfahrvorgang wird initiiert, wenn erkannt wird, dass sich das Rad auf eine Treppe zubewegt. Es wird das Erweiterungsmittel 19 des nicht ausgesparten Bogenabschnittes ausgefahren, dessen Lauffläche 2 als letztes das niedrige alte Untergrundniveau vor der ersten/nächsten Treppe berührt/befährt. Im Laufe des weiteren Abrollens der Lauffläche 2 des Erweiterungsmittels 19, hier eines vorderen Segmentes 20, wird das hintere Segment 21 relativ zum vorderen Segment 20 verdreht. Dies ist aus den 8b und 8c ersichtlich. In 8c sind beide Segmente deckungsgleich zueinander angeordnet und das Rad 16 kann die Treppe befahren. Ist die Position einer Aussparung 4 des den Boden berührenden Segmentes, hier des vorderen Segmentes 20, nicht optimal zum weiteren Befahren der Treppe geeignet, kann auch eine nicht deckungsgleiche Anordnung der beiden Segmente zueinander möglich sein, wie in 7 dargestellt und erläutert. 8c zeigt das Rad 16 mit deckungsgleichem vorderen Segment 20 und hinterem Segment 21 und noch ausgefahrenem Erweiterungsmittel 19. Letzteres kann ausgefahren bleiben, um beispielsweise eine höhere Treppenstufe zu befahren, oder vor, während oder nach dem Aufsetzen der Flanke 6 auf dem Treppenauftritt 14 eingefahren werden. In 8d ist das Rad 16, bestehend aus zwei deckungsgleich angeordneten Segmenten (20, 21) und eingefahrenen Erweiterungsmitteln zu sehen. Das Rad 16 ist derart positioniert, dass die Treppe weiter befahren werden kann. Dies geschieht entweder ohne weitere Positionierungen oder Verdrehungen der Segmente, durch einfache Verdrehungen der Segmente zur optimalen Positionierung oder durch Ausfahren des einen oder der weiteren Erweiterungsmittel und anschließender Verdrehung der Segmente zur optimalen Positionierung. Die Erfindung umfasst ebenfalls das Auffahren der Lauffläche 2 auf eine Treppenkante 17 oder eine Treppensteigung 15 und anschließendes Durchdrehen des Rades 16 bis eine Aussparung 4 in Eingriff mit dem Treppenauftritt steht. Dies ist die einfachste Ausführungsform der Erfindung aber nicht die effizienteste und sicherste. In Abhängigkeit der Vorrichtung, die das erfindungsgemäße Rad nutzt, kann diese Lösung vorteilhaft oder nachteilig sein. Beim Transport von Menschen beispielsweise ist das Durchdrehen nicht prozesssicher und nicht bequem, weshalb in diesem, und in einer Vielzahl weiterer Fälle, die erfindungsgemäße Positionierung des Segmentes, auch unter Nutzung der Erweiterungsmittel, vorteilhafter ist.
Bezugszeichenliste

1: Segment mit kreisförmigem Grundkörper
2: Lauffläche
3: nicht ausgesparte Bogenabschnitte
4: Aussparungen
5: nach innen gerichtete Kontur
6: Flanken/an den Außenumfang angrenzende Bereiche der nach innen gerichteten Kontur
7: zwischen den an den Außenumfang angrenzenden Bereichen eingeschlossener Innenbereich der nach innen gerichteten Kontur
8: Übergangsbereich zwischen den Flanken/an den Außenumfang angrenzenden Bereichen und der Lauffläche/dem Außenumfang
9: Mittelpunkt des kreisförmigen Grundkörpers
10: Radius des kreisförmigen Grundkörpers
11: konvexe Flanken/an den Außenumfang angrenzende Bereiche der nach innen gerichteten Kontur
12: konkave Flanken/an den Außenumfang angrenzende Bereiche der nach innen gerichteten Kontur
13: nicht ausgesparter Bogenabschnitt des hinteren Segmentes, angeordnet in einer Aussparung des vorderen Segmentes
14: Treppenauftritt
15: Treppensteigung
16: Rad aus zwei Segmenten
17: Treppenkante einer Treppenstufe
18: Führungen für Erweiterungsmittel
19: abgetrennter Teil eines nicht ausgesparten Bogenabschnittes (Erweiterungsmittel)
20: vorderes Segment eines Rades
21: hinteres Segment eines Rades

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0109927 B1 [0006]
EP 0193473 B1 [0007]
FR 2843727 B1 [0008]
US 3499501 [0010]
GB 2349123 [0011]

Claims

Rad (16) zum Befahren von Treppen, umfassend mindestens zwei Segmente (1), – wobei jedes der mindestens zwei Segmente (1) einen kreisförmigen Grundkörper aufweist, durch einen Mittelpunkt (9) und einen Radius (10) definiert ist und einen Umfang aufweist, welcher in Kontakt mit einer Oberfläche steht, – wobei der Umfang in seinem Verlauf mindestens zwei Aussparungen (4) aufweist, die in Bezug auf die Winkelstellung gleichmäßig über den Umfang verteilt sind und – wobei der Umfang in seinem Verlauf zwischen den mindestens zwei auf dem Umfang benachbarten Aussparungen (4) genau einen nicht ausgesparten Bogenabschnitt (3) des kreisförmigen Grundkörpers aufweist, wobei die mindestens zwei nicht ausgesparten Bogenabschnitte (3) in Bezug auf die Winkelstellung gleichmäßig über den Umfang verteilt sind, – wobei die mindestens zwei Segmente (1) reversibel in mindestens zwei zueinander versetzte Stellungen verbringbar sind, wobei zumindest in den mindestens zwei Stellungen die kreisförmigen Grundkörper der mindestens zwei Segmente (1) konzentrisch zueinander festlegbar sind, – wobei die mindestens zwei Segmente (1) in einer ersten Stellung derart zueinander ausgerichtet sind, dass die mindestens zwei Aussparungen (4) jedes Segmentes (1) jeweils zumindest teilweise übereinander liegen, wobei in der ersten Stellung das Rad (16) keinen geschlossenen kreisförmigen Umfang aufweist und – wobei die mindestens zwei Segmente (1) in einer zweiten Stellung derart zueinander ausgerichtet sind, dass jede Aussparung (4) eines Segmentes (1) im Umfang durch einen nicht ausgesparten Bogenabschnitt (3) mindestens eines weiteren Segmentes (1) mindestens teilweise überdeckt wird, wobei in der zweiten Stellung das Rad (16) einen geschlossenen kreisförmigen Umfang aufweist.
Rad (16) nach Anspruch 1, – wobei jede der mindestens zwei Aussparungen (4) auf dem Umfang höchstens eine Kreisbogenlänge a_max von
einnimmt und – wobei jeder der mindestens zwei nicht ausgesparten Bogenabschnitte (3) auf dem Umfang mindestens eine Kreisbogenlänge b_min von
einnimmt.
Rad (16) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens zwei Aussparungen (4) eine von einem kreisförmigen Umfang abweichende nach innen gerichtete Kontur (5) aufweisen, welche gekrümmt geformt ist, vorzugsweise konkav unregelmäßig und/oder konkav regelmäßig parabelförmig und/oder konkav regelmäßig elliptisch und/oder konkav regelmäßig kreisförmig gekrümmt geformt.
Rad (16) nach Anspruch 3, wobei mindestens ein am Umfang angrenzender Bereich (6) der nach innen gerichteten Kontur (5) mindestens einer der mindestens zwei Aussparungen (4) als Gerade oder unregelmäßig konvex gekrümmt oder konvex parabelförmig oder konvex elliptisch oder konvex kreisförmig ausgebildet ist.
Rad (16) nach Anspruch 4, wobei beide am Umfang angrenzende Bereiche (6) der nach innen gerichteten Kontur (5) als Gerade oder konvex ausgebildet sind und keinen oder mindestens einen weiteren Bereich (7) der nach innen gerichteten Kontur (5) einschließen, wobei der mindestens eine weitere Bereich (7) der nach innen gerichteten Kontur (5) als Gerade und/oder unregelmäßig konkav gekrümmt oder konkav kreisförmig oder konkav elliptisch oder konkav parabelförmig gekrümmt ausgebildet ist.
Rad (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der axiale Abstand der mindestens zwei Segmente (1) reversibel zueinander veränderbar und die mindestens zwei Segmente (1) in mindestens zwei axial voneinander beabstandeten axialen Positionen festlegbar sind, wobei – in einer ersten axialen Position die mindestens zwei Segmente (1) die erste oder zweite Stellung einnehmen und einen axialen Abstand zueinander aufweisen, so dass die mindestens zwei Ebenen der kreisförmigen Grundkörper der mindestens zwei Segmente (1) annähernd parallele Ebenen mit einem Abstand größer Null sind und – in einer zweiten axialen Position mindestens zwei der mindestens zwei Segmente (1) die zweite Stellung zueinander einnehmen und einen axialen Abstand zueinander aufweisen, so dass die mindestens zwei Ebenen der kreisförmigen Grundkörper der wenigstens zwei in der zweiten Stellung zueinander befindlichen Segmente auf einer Ebene liegen.
Rad (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei – die Festlegung der kreisförmigen Grundkörper der mindestens zwei Segmente (1) in den mindestens zwei Stellungen und/oder die Festlegung der kreisförmigen Grundkörper der mindestens zwei Segmente (1) in mindestens zwei axial voneinander beabstandeten axialen Positionen durch mechanische und/oder elektrische und/oder fluidische und/oder magnetische und/oder magneto-rheologische und/oder elektrorheologische Verriegelungsmittel erfolgt und – die Verriegelungsmittel elektrisch und/oder elektronisch und/oder hydraulisch und/oder pneumatisch und/oder mechanisch betätigt werden und in mindestens einem Segment (1) und/oder in mindestens einer den Segmenten (1) direkt und/oder indirekt zugeordneten Vorrichtung unterbringbar sind.
Rad (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei den mindestens zwei Segmenten (1) Stellmittel zugeordnet sind, durch die die Veränderungen der axialen Position mindestens eines Segmentes (1) und/oder durch die die Veränderungen der Stellung mindestens eines Segmentes (1) unabhängig von der axialen Position oder der Stellung der übrigen Segmente (1) durchführbar sind, wobei – die Stellmittel mechanische und/oder elektrische und/oder magnetische und/oder pneumatische und/oder hydraulische Stellmittel sind und in mindestens einem Segment (1) und/oder in mindestens einer den Segmenten (1) direkt und/oder indirekt zugeordneten Vorrichtung unterbringbar sind, – wobei die Stellmittel elektrisch und/oder elektronisch und/oder hydraulisch und/oder pneumatisch und/oder mechanisch betätigt werden.
Rad (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Rad mindestens in den mindestens zwei zueinander versetzten Stellungen im Mittelpunkt (9) der mindestens zwei Segmente (1) drehbar gelagert ist.
Rad (16) nach Anspruch 9, wobei Mittel vorgesehen sind, die eine bidirektionale Drehbewegung des Rades (16) mindestens in den zwei Stellungen ermöglichen, in denen der Mittelpunkt (9) der mindestens zwei Segmente (1) drehbar gelagert ist, wobei die Mittel am Rad (16) und/oder in einer dem Rad (16) direkt und/oder indirekt zugeordneten Vorrichtung unterbringbar sind und wobei die Mittel mechanische und/oder elektrische und/oder magnetische und/oder pneumatische und/oder hydraulische Antriebsmittel sind.
Rad (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei mindestens eins der mindestens zwei nicht ausgesparten Bogenabschnitte (3) mindestens ein Erweiterungsmittel (19) aufweist, welches reversibel radial über den Umfang des Rades (16) hinaus verbringbar und mindestens sowohl in der radial über den Umfang hinaus verbrachten Lage als auch in der radial nicht über den Umfang hinaus verbrachten Lage festlegbar ist, wobei in der radial über den Umfang hinaus verbrachten Lage der Kontakt des Umfangs mindestens eines nicht ausgesparten Bogenabschnitts (3) mindestens eines Segmentes (1) mit der Oberfläche reversibel aufhebbar ist.
Rad (16) nach Anspruch 11, wobei das mindestens eine Erweiterungsmittel (19) mindestens ein Erweiterungsstellmittel aufweist, durch welches das mindestens eine Erweiterungsmittel (19) reversibel radial über den Umfang hinaus verbringbar ist, wobei das mindestens eine Erweiterungsstellmittel ein mechanisches und/oder elektrisches und/oder magnetisches und/oder pneumatisches und/oder hydraulisches Erweiterungsstellmittel ist und in mindestens einem Segment (1) und/oder in mindestens einer den Segmenten (1) direkt und/oder indirekt zugeordneten Vorrichtung unterbringbar ist.
Rad (16) nach Anspruch 11 oder 12, wobei das mindestens eine Erweiterungsmittel (19) mindestens einen Teil des Umfanges mindestens eines der mindestens zwei nicht ausgesparten Bogenabschnitte (3) umfasst.
Rad (16) nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 10 bis 13, wobei eine Betätigung der Antriebsmittel und/oder der Stellmittel und/oder der Verriegelungsmittel und/oder der Erweiterungsstellmittel in Abhängigkeit von Daten aus im Rad (16) und/oder in einer dem Rad (16) direkt und/oder indirekt zugeordneten Vorrichtung angeordneten Umfeldsensoren und/oder anderen Datenbereitstellungsmittel auslösbar und/oder durchführbar ist.
Verfahren zum Befahren von Treppen mit einem Rad (16), – welches mindestens ein erstes und ein zweites Segment (1) umfasst, – wobei jedes Segment (1) einen kreisförmigen Umfang aufweist, – wobei jedes Segment (1) mindestens zwei den kreisförmigen Umfang des Segmentes (1) unterbrechende, nach innen gerichtete Konturen (5) aufweist, – wobei mindestens das erste Segment (1) über den kreisförmigen Umfang auf einer Oberfläche abrollt, – wobei mindestens das zweite Segment (1) derart zu dem ersten Segment (1) ausgerichtet wird, dass eine Flanke (6) der mindestens einen nach innen gerichteten Kontur (5) mindestens des zweiten Segmentes (1) durch das Abrollen des ersten Segmentes (1) in Eingriff mit einem Treppenauftritt (14) gebracht wird, – wobei das Rad (16) über die Flanke (6) einer nach innen gerichteten Kontur (5) mindestens des zweiten Segmentes (1), anschließend über den Übergang zwischen der Flanke (6) der einen nach innen gerichteten Kontur (5) und den kreisförmigen Umfang des zweiten Segmentes (1) und im weiteren Verlauf weiter über den kreisförmigen Umfang abrollt.
Verfahren nach Anspruch 15, – wobei mindestens das erste, über den kreisförmigen Umfang auf einer Oberfläche abrollende Segment (1) mindestens ein Erweiterungsmittel (19) aufweist, welches über den kreisförmigen Umfang hinaus verbracht wird, – wobei durch Verbringen des mindestens einen Erweiterungsmittels (19) über den kreisförmigen Umfang hinaus mindestens ein zweites Segment (1) den Kontakt mit der Oberfläche verliert, – wobei mindestens das zweite Segment (1) ohne Kontakt mit der Oberfläche zu dem ersten Segment (1) derart ausgerichtet wird, dass die eine Flanke (6) einer der mindestens zwei nach innen gerichteten Konturen (5) mindestens des zweiten Segmentes (1) in Eingriff mit dem Treppenauftritt (14) gebracht wird, – wobei das Rad (16) über die Flanke (6) der einen nach innen gerichteten Kontur (5) des zweiten Segmentes (1), anschließend über den Übergang zwischen der Flanke (6) der einen nach innen gerichteten Kontur (5) und den kreisförmigen Umfang des zweiten Segmentes (1) und im weiteren Verlauf weiter über den kreisförmigen Umfang abrollt und – wobei während des Abrollens über die Flanke (6), den Übergang und/oder den kreisförmigen Umfang des zweiten Segmentes (1) das mindestens eine Erweiterungsmittel (19) des ersten Segmentes (1) in seine Ursprungslage auf oder unter dem kreisförmigen Umfang verbracht wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, – wobei Umfelddaten von Umfeldsensoren und/oder anderen Datenbereitstellungsmitteln erfasst und einer Berechnung zugeführt werden, – wobei die Umfelddaten mindestens den Treppenauftritt (14), die Treppensteigung (15) und die Position mindestens des auf dem kreisförmigen Umfang abrollenden ersten Segmentes (1) absolut und/oder relativ zur Treppe umfassen, – wobei bei der Berechnung der Ausrichtung des zweiten Segmentes (1) zu dem ersten Segment (1) mindestens sowohl der aktuelle Abstand des Rades (16) zur aktuell zu befahrenden Treppenkante (17) als auch der sich aus dem Abrollen des zweiten Segmentes (1) zu erwartende Abstand des Rades (16) zur darauf folgenden Treppenkante (17) einbezogen werden und – wobei die Ausrichtung mindestens derart erfolgt, dass eine minimale Anzahl weiterer Ausrichtungen und/oder Betätigungen der Erweiterungsmittel (19) erfolgt und/oder die weiteren Ausrichtungen und/oder Betätigungen der Erweiterungsmittel (19) betragsmäßig minimiert werden.