DE19955199C1 - Treppensteigendes Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Ein Treppensteigendes Fahrzeug für das Überwinden von Stufen, Absätzen und Treppen mit vier Rädern, einem Fahrzeugkörper für die Aufnahme der Räder sowie schwenkbaren Steigarmen, welche seitlich am Fahzeugkörper angesetzt sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein treppensteigendes Fahrzeug anzugeben, welches sich gegenüber dem Stand der Technik individuell an die Treppengeometrie anpassen kann und in der Lage ist, alle vier Räder mit Hilfe von Steigarmen gleichzeitig zur Überwindung von Treppenstufen anzuheben. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass jedes Rad an einen Radarm und die Radarmachse schwenkbar angeordnet ist, um jede Radarmachse ein starrer Steigarm drehbar gelagert ist, die Steigarme linear ausfahrbar sind und ein Rad, ein Radarm und ein Steigarm zusammen ein Treppensteigmodul bilden.

Description

Die Erfindung betrifft ein treppensteigendes Fahrzeug für das Überwinden von Stufen, Absätzen und Treppen, gemäss dem Oberbe­ griff des ersten Patentanspruchs.

Treppen, teilweise auch Stufen und Absätze, stellen für radge­ bundene Fahrzeuge meist unüberwindliche Hindernisse dar. Insbe­ sondere bei Einsätzen von Fahrzeugen für Personen im Rehabilita­ tions- oder Pflegebereich in und außerhalb von Gebäuden bedeutet dies oft eine erhebliche Einschränkung der persönlichen Bewe­ gungsfreiheit der auf diese Fahrzeuge angewiesenen Personen. Die Aufgabenstellung ist daher nicht neu, sodass im Laufe der Jahre zahlreiche Fahrzeugkonzepte zur Überwindung von Treppenstufen entwickelt wurden.

In der US 5 513 716 A ist ein vierrädriger Rollstuhl mit zwei Steigarmen beschrieben, welche den Rollstuhl achsenweise über eine Stufe heben können. Die beschriebenen Steigarme sind auf jeder Seite des Chassis mittig nahe der Schwerpunktsachse zwi­ schen den beiden Achsen befestigt und an diesem Befestigungs­ punkt nach vorne und hinten schwenkbar gelagert. Die Steigarme sind weder aus- noch einziehbar, weisen jedoch in ihrer Mitte ein Gelenk zum Abknicken derselben auf. Der beschriebene Roll­ stuhl wird bei Fahrten in der Ebene über die beiden hinteren Rä­ der angetrieben. Zur Überwindung einer Stufe fährt man zunächst mit den Vorderrädern an die Stufe heran, schwenkt den Steigarm vor das Fahrzeug auf die Stufe, drückt mit dieser auf die Stufe und hebt somit die Vorderachse auf die Stufe. Ist die Vorder­ achse auf der Stufe abgesetzt, wird der Steigarm hinter das Fahrzeug geschwenkt und die zweite Achse auf die Stufe gehoben.

Ferner ist aus der DE 198 16 879 A1 ein treppensteigendes Fahrzeug mit elektrischen Antrieben für das Überwinden von Stufen, Absätzen und Treppen mit vier Rä­ dern, einem Fahrzeugkörper für die Aufnahme der Räder, schwenkbaren Steigarmen, welche seitlich am Fahrzeugkörper angesetzt sind, jedes Rad an einem Radarm um die Radarmachse schwenkbar an­ geordnet ist, und bei dem ein Rad, ein Radarm und ein Steigarm zusammen ein Treppensteigmodul bilden, bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein treppensteigendes Fahrzeug anzugeben, welches sich gegenüber dem genannten Stand der Technik individuell an die Treppengeometrie anpassen kann und in der Lage ist, alle vier Räder mit Hilfe von Steigarmen gleichzeitig zur Überwindung von Treppenstufen anzuheben.

Die Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 beschriebene Vorrich­ tung gelöst. Die weiteren Ansprüche geben bevorzugte Ausgestal­ tungen der Vorrichtung an.

Das erfindungsgemäße treppensteigende Fahrzeug wird im folgenden anhand von Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles erläutert:

Fig. 1 zeigt das treppensteigende Fahrzeug in Seitenschnittan­ sicht (Ansicht D-D gem. Fig. 2 und 3).

Fig. 2 zeigt den Fahrgestellaufbau des treppensteigenden Fahr­ zeuges in Aufsicht (Ansicht E-E gem. Fig. 1).

Fig. 3 zeigt die Achse des treppensteigenden Fahrzeuges als Teilschnitt (Ansicht C-C gem. Fig. 1).

Fig. 4a zeigt in detaillierter Schnittansicht das Getriebege­ häuse 8 (Ansicht A-A gem. Fig. 3).

Fig. 4b zeigt in detaillierter Schnittansicht den Radarm 3 mit dem Radarmschwenkantrieb 10 und dem Radantrieb 9 (Ansicht A-A gem. Fig. 3).

Fig. 4c zeigt in detaillierter Schnittansicht (Ansicht X gem. Fig. 3) den Steigarm 5 mit Antriebeinheit für die Ausfahrbewe­ gung.

Fig. 5a bis f zeigen in Prinzipskizzen einzelne Schritte des Bewegungsablaufes eines Treppensteigmoduls beim Überwinden einer einzelnen Stufe.

Fig. 6a bis c zeigen in Prinzipskizzen verschiedene Positionen des treppensteigendes Fahrzeugs beim Steigvorgang.

Die konstruktiven Baugruppen des treppensteigenden Fahrzeuges in der beschriebenen Ausführungsform sind vier Treppensteigmodule, die beiden jeweils zwei Treppensteigmodule verbindenden Achsen, ein Verbindungselement zwischen den beiden Achsen mit einer Auf­ nahme eines Sitzes sowie der Sitz. Diese Baugruppen lassen sich anhand der Prinzipdarstellungen in Fig. 1 bis 4 erläutern.

Die vier Treppensteigmodule bestehen aus jeweils einem Rad 1, einem um die Radarmachse 2 schwenkbar gelagerten Radarm 3 sowie einer mit der Radarmachse 2 über eine Feder-Nut-Verbindung 4 drehfest verbundenen linear ausfahrbaren Steigarm 5, wobei das Rad 1 im Radarm 3 exzentrisch zur Radarmachse 2 gelagert ist.

Im Ausführungsbeispiel stellt die Radarmachse 2 eine starre Ver­ bindung zwischen zwei Treppensteigmodulen einer Achse dar, wobei die Radarmachse 2 in einem Achsrohr 6 zwischen den beiden Radmo­ dulen drehbar gelagert ist und somit eine gemeinsame Schwenkbewe­ gung beider Treppensteigmodule ermöglicht. Der Antrieb zur Dre­ hung der Radarmachse 2 und damit der beiden Treppensteigmodule im Achsrohr 6, im Folgenden Schwenkantrieb 7 genannt, besteht aus einem Schwenkantriebsmotor 7a, einem Schwenkarmantriebszahn­ riemen 7b sowie einem in einem Getriebegehäuse 8 eingesetzten Schwenkarmgetriebe 7c (vgl. Fig. 3). Getriebegehäuse 8 und Schwenkantriebsmotor 7a sind dabei fest mit dem Achsrohr 6 ver­ bunden.

Der Radarm 3, welcher in Fig. 4b dargestellt ist, enthält je einen selbsthemmenden Radantrieb 9 für die Radbewegung und einen hochübersetzten selbsthemmenden Radarmschwenkantrieb 10 für die Schwenkbewegung des Radarmes um die Radarmachse 2. Radantrieb 9 und Radschwenkantrieb bestehen aus jeweils einem elektrischen Radantriebsmotor 9a bzw. einem elektrischen Radschwenkantriebs­ motor 10a und je einem Radantriebsgetriebe 9b bzw. einem Rad­ schwenkantriebsgetriebe 10b (vgl. Fig. 4b), jeweils als Schnec­ kenrad-Zahnrad-Kombination.

Der langgestreckte, in sich starre und nicht knickbare Steigarm 5 des Treppensteigmoduls, im Detail näher in Fig. 4c darge­ stellt, besteht aus einer starr mit der Radarmachse (2) verbundenen Steigarmaufnahme 11, eine in dieser gehaltenen Steigarm­ hülse 12, den in dieser gelagerten linear ausfahrbaren Steigarm­ bolzen 13 sowie den Steigarmantrieb 14 für das Ausfahren des Steigarmbolzens 13 aus der Steigarmhülse 12. Konstruktiv ist der Steigarmantrieb 14 als selbsthemmenden Linear-Spindelantrieb, bestehend aus dem Steigarmantriebsmotor 14a, welcher die erfor­ derliche Antriebsleistung über einen Steigarmantriebszahnriemen 14b auf den Steigarmantriebsspindeltrieb 14c überträgt. Über die Radarmachse 2 sind die beiden Steigarme 5 einer Achse fest mit­ einander verbunden und können auch nur gemeinsam um diese ge­ schwenkt werden.

Die achsweise, d. h. paarweise angeordneten Treppensteigmodule sind jeweils mit dem Achsrohr 6 fest jeweils über den vorderen und hinteren Steuerkopf 21 bzw. 25 mit dem Fahrzeugkörper ver­ bunden. Dieser besteht in der beschriebenen Ausführungsform aus zwei parallel angeordneten aufrecht stehenden Parallelogrammen 15 sowie einem konstruktiv dahinter angeordneten Linearantrieb 22 für die individuelle Anpassung des Radstandes des treppen­ steigenden Fahrzeuges an die zu überwindende Treppengeometrie. Um während des Fahrbetriebes kleinere Bodenunebenheiten auszu­ gleichen, ist ein Ende des Linearantriebes 22 um seine Längsach­ se drehbar in einer auf dem vorderen Steuerkopf 21 aufgesetzten Lagerhülse 24 gelagert.

Die beiden Parallelogramme 15 setzen sich, wie in Fig. 1 darge­ stellt, aus jeweils einem kürzeren Element 16 und dem hierzu parallel angeordneten hinteren Steuerkopf 25 sowie jeweils mit den zuvor genannten zwei Komponenten gelenkig miteinander ver­ bundenen zwei Parallelogrammarmen 18 zusammen. Ferner sind an den Parallelogrammarmen 18 beider Parallelogramme 15 in separate Gelenkbuchsen 23 je eine Säule 19 für die Aufnahme des Sitzes 20 in der Art gelagert, dass die Säulen 19 sich mit den Parallelo­ gramm 15 stets parallel zu dem kürzeren Element 16 und dem hin­ teren Steuerkopf 25 schwenken lassen. Im Betrieb sorgt einen zwischen den beiden Parallelogrammen 15 angeordneter und diago­ nal zum Parallelogrammgeometrie wirkender elektromotorischer Stellantrieb 17, bestehend aus einem Stellantriebsmotor 17a so­ wie einem Stellantriebsspindelgetriebe 17b (vgl. Fig. 2), stets für eine lotrechte Ausrichtung der Säulen 19.

Alle elektrischen Antriebe werden über eine zentrale Rechnerein­ heit angesteuert und koordiniert. Die Lenkung des treppenstei­ genden Fahrzeuges ist passiv ausgeführt, d. h. sie erfolgt aus­ schließlich über ein individuelles Ansteuern der einzelnen Rad­ antriebe 9. Ein separater Antrieb für eine Lenkbewegung an min­ destens einem der Steuerköpfe 21 oder 25 ist dagegen nicht er­ forderlich. Für einen besseren Geradeauslauf beim Befahren einer ebenen Fläche ist der hintere Steuerkopf 21 in neutraler Stel­ lung arretierbar; die Lenkung erfolgt dann ausschließlich über die Schwenkbarkeit der einen Achse 6 über den hinteren Steuer­ kopf 25.

Mit dem treppensteigenden Fahrzeug können sowohl einzelne Stufen als auch Treppen mit Stufenhöhe von maximal 200 mm bei unter­ schiedlicher Stufentiefe überwunden werden, wobei der auf dem Sitz 20 mitfahrende Passagier sowohl beim Aufstieg als auch beim Abstieg einer Stufe oder Treppe treppenabwärts blickt. Die Funk­ tionsweise des treppensteigenden Fahrzeuges bei der Überwindung von Stufen und Treppen wird im Folgenden anhand der Prinzipskiz­ zen Fig. 5a bis f und 6a bis c beschieben:

Fig. 5a bis f zeigt die einzelnen Teilschritte am Beispiel ei­ nes einzelnen Treppensteigmoduls mit Rad 1, Radarm 3 und Steigarm 5 beim Aufstieg einer Treppenstufe 26. Zunächst fährt das trep­ pensteigende Fahrzeug mit dem Rad 1 gegen die Stufe 26, der Steigarm 5 ist eingezogen und der Radarm befindet sich in lot­ rechter Position (Fig. 5a). Danach wird der Steigarm 5 über die Radarmachse 2 mit Hilfe des Schwenkantriebs 7 vorgeschwenkt (Fig. 5b), wobei der ebenfalls auf der Radarmachse 2 aufge­ setzte Radarm 3 durch eine relative Gegenschwenkbewegung mit Hilfe des Radarmschwenkantriebes 10 in lotrechter Position ge­ halten wird. Anschließend erfolgt ein Ausfahren des Steigarmes mit Hilfe des Steigarmantriebs 14 bis zum Auftreffen des Steigarmbolzens 13 (vgl. Fig. 4c) auf der Stufe 26 (Fig. 5c). Es folgt gemäß der Fig. 5d und e eine gemeinsame Schwenkbewegung mit Hilfe des Schwenkantriebs 7 von Steigarm 5 und Radarm 3 um den Kontaktpunkt zwischen Stufe 26 und ausgefahrenen Steigarm 5 herum auf die Stufe 26, ein vollständiges Ausfahren des Steigar­ mes 5 zu dessen maximaler Länge sowie ein anschließendes Ein­ schwenken von Steigarm 5 und Radarm 3 in die lotrechte Position mit Hilfe des Schwenkantriebes 7 und des Radarmschwenkantriebes 10 (vgl. Fig. 5f). Der Steigvorgang über die Stufe 26 schließt sich mit dem Einfahren des jetzt lotrechten und parallel zum Ra­ darm 3 ausgerechteten Steigarmes 5 ab (Fig. 5f). Die einzelnen Teilschritte während eines Abstieges von einer Stufe verlaufen entsprechend in umgekehrter Reihenfolge.

Fig. 6a bis c zeigen verschiedene Positionen des treppenstei­ gendes Fahrzeugs beim Steigvorgang. Den Standardablauf beim Be­ steigen einer Normtreppe (Stufenhöhe 170 mm, Stufentiefe 280 mm) beschreiben Fig. 6a und b. Zunächst fährt das treppensteigende Fahrzeug rückwärts an die Stufe 26 an (Fig. 6a) und beginnt mit dem Steigvorgang gemäß Fig. 5a bis f. Das Parallelogramm 15 wird während des gesamten Ablaufes so nachgestellt, dass die Säulen 19 stets in der Lotrechten gehalten werden. Erreichen die Räder der zweiten Achse die unterste Stufe wird der Radstand des treppensteigenden Fahrzeuges über den Linearantrieb 22 individu­ ell an die Treppengeometrie angepasst, sodass das treppenstei­ gende Fahrzeug in der Lage ist, alle vier Räder mit Hilfe der Steigarmen 5 simultan über jeweils eine Treppenstufe zu heben (Fig. 6b). Ferner ist die beschriebene Ausführungsform des treppensteigenden Fahrzeuges konstruktiv so ausgelegt, einzelne flache Stufen, beispielsweise Bordsteinkanten, bis zu einer Höhe von ca. 8 cm auch vorwärts besteigen zu können (Fig. 6c).

Bezugszeichenliste

1

Rad

2

Radarmachse

3

Radarm

4

Feder-Nut-Verbindung

5

Steigarm

6

Achsrohr

7

Schwenkantrieb

7

a -motor

7

b -zahnriemen

7

c -getriebe

8

Getriebegehäuse

9

Radantrieb

9

a -motor

9

b -getriebe

10

Radarmschwenkantrieb

10

a -motor

10

b -getriebe

11

Steigarmaufnahme

12

Steigarmhülse

13

Steigarmbolzen

14

Steigarmantrieb

14

a -motor

14

b -zahnriemen

14

c -spindeltrieb

15

Parallelogramm

16

Kürzeres Element

17

Stellantrieb

17

a -motor

17

b -spindelgetriebe

18

Parallelogrammarm

19

Säule

20

Sitz

21

Vorderer Steuerkopf

22

Linearantrieb

23

Gelenkbuchse

24

Lagerhülse

25

Hinterer Steuerkopf

26

Treppenstufe

27

Bordsteinkante

Claims (9)

1. Treppensteigendes Fahrzeug mit elektrischen Antrieben für das Überwinden von Stufen, Absätzen und Treppen mit

• a) vier Rädern (1),
• b) einem Fahrzeugkörper für die Aufnahme der Räder (1),
• c) schwenkbaren Steigarmen (5), welche seitlich am Fahrzeugkörper angesetzt sind
• d) jedes Rad (1) an einem Radarm (3) um die Radarmachse (2) schwenkbar angeordnet ist, und
• e) ein Rad (1), ein Radarm (3) und ein Steigarm (5) zusammen ein Treppensteigmodul bilden,

dadurch gekennzeichnet, dass

• a) um jede Radarmachse (2) ein starrer Steigarm (5) drehbar gelagert ist und
• b) die Steigarme (5) linear ausfahrbar sind.

2. Treppensteigendes Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass jeweils zwei Treppensteigmodule zu einer Achse zusammengefasst und die beiden Achsen gelenkig durch ein Ver­ bindungselement miteinander verbunden sind.

3. Treppensteigendes Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement des treppen­ steigfähigen Fahrzeuges mindestens ein verstellbares Paralle­ logramm (15) enthält.

4. Treppensteigendes Fahrzeug nach Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Verbindungselementes und damit der Radstand des treppensteigfähigen Fahrzeuges über mindestens ein ausfahrbares konstruktives Element veränderbar ist.

5. Treppensteigendes Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an horizontalen Parallelogrammarmen (18) der verstellbaren Parallelogramme mindestens eine vertikal angeordnete Säule (19) gelenkig befestigt und diese über die Verstellung der Parallelogramme (15) schwenkbar ist.

6. Treppensteigendes Fahrzeug nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, dass am oberen Ende der Säulen (19) ei­ ne Vorrichtung zum Auflegen von Nutzlasten befestigt ist.

7. Treppensteigendes Fahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Auflegen von Nutzlasten ein Sitz (20) ist.

8. Treppensteigendes Fahrzeug nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Antriebe des Trep­ pensteigenden Fahrzeuges über eine zentrale Steuerungseinheit ansteuerbar und koordinierbar sind.

9. Treppensteigendes Fahrzeug nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkung des Fahrzeuges während der Fahrt durch individuelles Ansteuern der vier Radantriebe (9) realisierbar ist.