Die Erfindung betrifft einen Rollstuhl mit einem Rahmen und wenigstens zwei Antriebsrädern, die sowohl manuell durch auf sie in nacheinander abfolgenden An- schubphasen eingeleitete Kräfte als auch mittels eines elektrischen Hilfsantriebes antreibbar sind.

Ein solcher Rollstuhl ist beispielsweise aus der WO 2013/006818 bekannt. Der Hilfsantrieb wird zugeschaltet, wenn der Benutzer die Antriebsräder manuell antreibt. Hierzu wird die lineare Beschleunigung des Rollstuhls oder die Winkelbeschleunigung der Antriebsräder ermittelt. Wird ein definierter Schwellwert für die Beschleunigung überschritten, erkennt das System, dass eine Antriebsbewegung erfolgt. Wird dieser Schwellwert unterschritten erkennt das System, dass der Benutzer den Rollstuhl abbremsen möchte. Entsprechend wird der Hilfsantrieb zugeschaltet bzw. abgeschaltet. Der Hilfsantrieb besteht aus einem Antriebsrad, das mittig unter dem Sitz des Rollstuhls angeordnet ist, sodass ein Antrieb in geradeaus Fahrt erfolgt und eine Drehbewegung ausgeschlossen wird, die der Benutzer ausgleichen müsste. Der Hilfsantrieb kann auch bewusst durch Betätigen eines Schalters zugeschaltet werden.

Aus der DE 10 2014 103 907 A1 ist ein Rollstuhl mit Hilfsantrieb bekannt, bei dem im Sitz Sensoren integriert sind, über die Bewegungen der den Rollstuhl fahrenden Person erkannt werden. Neben den Positions- und Orientierungsdaten des Fahrers werden auch Positions- und Orientierungsdaten des Rollstuhls erfasst. Das Soll-Drehmoment des Antriebsrades wird durch die eingeprägten Kräfte am Greifring erkannt. Aufgrund der Sensorinformationen an den Drehmoment-Sensoren zwischen Greifring und Rad bzw. der Mensch-Maschine-Schnittstelle und der zeitgleich erfassten Bewegung der Arme und/oder des Oberkörpers werden erkennt die Sensorik den Handlungswunsch des Fahrers und es wird die Muskelimpedanz geschätzt. Durch entsprechende Ansteuerung des Hilfsantriebes wird der Fahrer bei der Ausübung seiner Handlung unterstützt, ohne jedoch seine Handlungswirkung zu ersetzen oder zu überstimmen. . .

Die DE 10 2005 048 374 A1 offenbart einen Rollstuhl mit einem Hilfsantrieb, der zur Konstanthaltung der Fahrgeschwindigkeit vorgesehen ist. Hierzu ist eine Einschaltvorrichtung für den Hilfsantrieb vorgesehen.

Die EP 2 740 455 B1 beschreibt einen Rollstuhl mit einer Sensoreinrichtung zur Erfassung der vom Benutzer manuell eingeleiteten Antriebskraft. In Abhängigkeit der Antriebskraft wird das Antriebverhalten des Antriebmotors nach Erreichen einer Grenzdrehzahl, die einer vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit des Rollstuhls entspricht, gehalten.

In der DE 10 2012 103 136 B4 wird ein Rollstuhl mit einem Hilfsantrieb beschrieben, bei dem das von den Antriebseinrichtungen aufgebrachte Drehmoment nicht nur in Abhängigkeit von der in die Greifringe der Antriebsräder eingeleiteten Muskelkraft des Benutzers, sondern auch von der detektierten Neigung des Rollstuhls in Fahrtrichtung und damit von der Steigung des Geländes gewählt wird. Durch diese Ausgestaltung lassen sich Bergfahrten durch den Rollstuhl fahrbar ohne erhöhten Muskeleinsatz bewältigen. Die Unterstützung durch die Antriebseinrichtungen bewirkt, dass der Rollstuhl eine ausreichende Wegstrecke zurücklegt, um dem Rollstuhlfahrer ein Umgreifen an den Greifringen zu ermöglichen, bevor der Rollstuhl zum Stillstand kommt oder gar zurückrollt. Auch bei Bergabfahrten kann die Muskelkraft des Rollstuhlfahrers ausreichend unterstützt werden, um den Rollstuhl nicht zu schnell werden zulassen. Über die Steuereinrichtung kann die Antriebseinrichtung bis zum Erreichen einer Höchstgeschwindigkeit des Rollstuhls abgebremst werden, wobei die Höchstgeschwindigkeit einstellbar sein kann.

Den vorgenannten Rollstühlen gemeinsam ist, dass der Hilfsantrieb zugeschaltet wird, wenn eine Grenzgeschwindigkeit unterschritten oder ein in die Antriebsräder eingeleitetes Grenzmoment überschritten wird. Damit wird erkannt, dass der Fahrer Unterstützung benötigt. Je nachdem wie die Grenzwerte festgelegt sind, ist für die Umwelt des Rollstuhlfahrers dessen Überforderung mehr oder weniger deutlich erkennbar, was nicht unbedingt vom Rollstuhlfahrer gewünscht ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Steuerung des Hilfsantriebes so zu verbessern, dass schon ein geringer Leistungsabfall beim manuellen . .

Antreiben der Antriebsräder über die Greifringe durch den Benutzer dazu führt, dass der Hilfsantrieb zugeschaltet wird, um den Rollstuhlfahrer zu unterstützen, so lange er beim Antrieb des Rollstuhls Unterstützung benötigt.

Zur Problemlösung zeichnet sich der gattungsgemäße Rollstuhl dadurch aus, dass zur Steuerung des Hilfsantriebes eine Mehrzahl aufeinanderfolgender Zeitabstände zwischen zwei Anschubphasen und der Geschwindigkeitsverlauf des Rollstuhls als Funktion der Zeit ausgewertet werden.

Durch diese Ausgestaltung wird es dann möglich, dass während der Anschubphasen die Beschleunigung des Rollstuhls ermittelt wird und der Hilfsantrieb zugeschaltet wird, wenn die Zeitabständen einen vorgegebenen Wert unterschreiten und gleichzeitig die Beschleunigung einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Der Grenzwert der Zeitabstände kann beispielsweise 1 ,5 s und der Grenzwert der Beschleunigung beispielsweise 2,5 ms ^-2 sein. Die Vorgaben sind im Grunde genommen beliebig und hängen in erster Linie von der Konstitution des Fahrers bzw. dessen Wunsch nach Antriebsunterstützung ab.

Vorzugsweise werden in einem Auswerteintervall mindestens zwei Zeitabstände ausgewertet. Insbesondere vorzugsweise drei, wobei die Geschwindigkeit, mit der der Hilfsantrieb zugeschaltet wird, frei konfigurierbar ist und insbesondere die zuletzt gemessene Geschwindigkeit verwendet werden soll. Dabei ist aufgrund des starken Anstiegs des Verhältnisses von Geschwindigkeitsänderung zu Zeitintervall die zuletzt gemessene Geschwindigkeit nicht sofort erreichbar. Die manuell aufzubringende Kraft durch den Benutzer ist jedoch deutlich geringer, woraus schwache Schwankungen bei längeren Rollphasen resultieren.

Vorzugsweise wird die Geschwindigkeit, die maximal während einer An- schubphase im Auswerteintervall gemessen (erreicht) wurde, bei der Zuschaltung des Hilfsantriebes nicht überschritten.

Vorzugsweise wird die Geschwindigkeit des Rollstuhls mittels der Steuerung der Geschwindigkeit des Hilfsantriebes konstant gehalten. . .

An Gefälle- und Steigungsstrecken kann vom Hilfsantrieb die Funktion einer Haltebremse übernommen werden, wenn der Geschwindigkeitsverlauf jedes der Antriebsräder detektiert wird, und dann, wenn alle Antriebsräder eine vorgegebene Geschwindigkeit bis zum Stillstand unterschreiten, der Hilfsantrieb so zugeschaltet wird, dass der Rollstuhl im Stillstand für ein vorgegebenes Zeitintervall verharrt. Dieses Zeitintervall kann wenige Sekunden lang sein oder auch so lange dauern, bis diese Bremsfunktion abgeschaltet wird. Die Geschwindigkeit kann beispielsweise Vmin = 1 km/h sein. Stillstand des Rollstuhls kann bereits dann detektiert werden, wenn die Geschwindigkeit (noch) nicht exakt 0 km/h ist, sondern im Bereich von Messungenauigkeiten und/oder Toleranzen davon abweicht.

Zur Erkennung von Steigungs- bzw. Gefällstrecken ist vorzugsweise ein Neigungssensor vorgesehen.

Der Hilfsantrieb besteht vorzugsweise aus zwei je eine Ausgangswelle aufweisende, zu einer Einheit zusammengefasste Elektromotoren und jede Ausgangswelle ist an ihrem freien Ende mit einer Antriebsachse bzw. einer Radnabe je eines Antriebsrades verbunden.

Vorzugsweise wird die Beschleunigung des Rollstuhls ermittelt, in dem die Drehzahl mindestens eines der permanent mit den Antriebsachsen bzw. den Radnaben verbundenen Elektromotoren gemessen.

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Mit Hilfe einer Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachfolgend näher beschrieben werden:

Es zeigen

Figur 1 - die perspektivische Darstellung eines Rollstuhls;

Figur 2 - die Anordnung eines ersten Hilfsantriebes zwischen den Antriebsrädern in perspektivischer Explosionsdarstellung;

Figur 3 - eine perspektivische Explosionsdarstellung des Hilfsantriebes;

Figur 4 - eine perspektivische Darstellung eines in den Rollstuhlrahmen eingesetzten Hilfsantriebes;

Figur 5 ein erstes Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm;

Figur 6 - ein zweites Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm.

Der Rollstuhl besteht im Wesentlichen aus dem Rahmen 3, an dem der Sitz 5, die Fußstütze 6 und die Antriebsräder 1 , 2 sowie die Lenkräder 7, 8 angebracht sind. Zwischen den Antriebsrädern 1 , 2 ist der Hilfsantrieb 4 angeordnet, der aus mindestens einem Elektromotor 10, 20 besteht. Die Akkumulatoren zur Energieversorgung des bzw. der Elektromotoren 10, 20 sind an geeigneter Stelle im Rahmen 3 vorgesehen. Außen ist jedes der Antriebsräder 1 , 2 mit einem Greifring 1 .1 bzw. 2.1 versehen, über den der Rollstuhlfahrer die Antriebskräfte auf die Antriebsräder 1 , 2 einleitet. Für jedes Antriebsrad 1 , 2 ist ein eigener Elektromotor 10, 20 vorgesehen. Die Steuerung für die Motoren 10, 20 und die dafür benötigte Sensorik kann in dem Motorengehäuse integriert sein.

Bei der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Antriebseinheit sind die Elektromotoren 10, 20 in das Achsrohr 4.1 integriert und von außen nicht sichtbar. Dies hat den Vorteil, dass der Hilfsantrieb 4 für Dritte nicht sofort sichtbar ist und somit auch - - nicht ohne weiteres erkennbar ist, dass der Hilfsantrieb 4 zur Unterstützung zugeschaltet ist. Darüber hinaus hat diese Ausgestaltung auch den Vorteil, dass besonders kleine Elektromotoren Verwendung finden, was zur Gewichtsreduzierung führt.

Die Abtriebswellen 10.1 , 20.1 sind mit einer Außenverzahnung 10.2, 20.2 versehen, die in eine Innenverzahnung 9.1 der Radnabe 9 eingreift. Dadurch sind die Antriebsmotoren 10, 20 permanent mit den Antriebsrädern 1 , 2 verbunden und laufen auch dann mit, wenn der Hilfsantrieb 4 nicht zugeschaltet ist. Über nicht dargestellte Sensoren kann eine ebenfalls nicht dargestellte Steuerung die Drehzahl der Elektromotoren 10, 20 jederzeit ermitteln, was notwendig ist, um den Hilfsantrag 4 zur geeigneten Zeit zuzuschalten, was noch zu erläutern ist.

Der in Figur 4 dargestellte Hilfsantrieb 4 mit den beiden Elektromotoren 10, 20 weist einen Handgriff 30 auf und kann bei Bedarf in den Rollstuhlrahmen 3 eingesetzt werden. Die Steuerung der Motoren 10, 20 kann in deren Gehäuse integriert sein. Um das Einsetzen des Hilfsantriebes 4 zu erleichtern sind am Rahmen 3 nach oben offene Gabeln 3.1 vorgesehen. Das an den Achsrohren 4.1 vorgesehene Kopplungsmittel 4.2 zur Verbindung mit dem Rahmen 3 ist als teilweise umlaufender Vorsprung ausgebildet, der zwei seitliche Anlageflächen aufweist, die mit Anlageflächen 3.2 der Gabeln 3.1 zusammenwirken. Über die Ausgangswellen 10.1 , 20.1 wird der Hilfsantrieb 4 mit der Antriebsachse 1 a bzw. den Radnaben 9 jedes Antriebsrades 1 .2 verbunden. Dieser Hilfsantrieb 4 ist in der deutschen Patentanmeldung 10 2016 1 18 032 ausführlich beschrieben.

Anhand der Figuren 5 und 6 soll nachfolgend erläutert werden, wie das Zuschalten des Hilfsantriebes 4 erfolgt. Die Figuren 5, 6 zeigen ein Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm, in dem die Geschwindigkeit v des Rollstuhls in km/h über der Zeit (t) in Sekunden aufgetragen ist. Der wellenförmige Kurvenverlauf resultiert aus den aufeinanderfolgenden Anschubphasen Si, Si+i , ... in denen der Rollstuhlfahrer manuell auf die Greifringe 1 .1 , 2.1 einwirkt und den Rollstuhl schubweise antreibt. Zur Ermittlung der Geschwindigkeit v des Rollstuhls wird die Geschwindigkeit der permanent mit den Antriebsrädern 1 , 2 verbundenen Elektromotoren 10, 20 bzw. de- ren Abtriebswellen 10.1 , 20.1 ermittelt. Die Beschleunigung des Rollstuhles (— ) - - wird in mehreren Anschubphasen S, ermittelt. Gleichzeitig werden die Zeitabstände Ti zwischen zwei Anschubphasen Si, S ermittelt. In den Figuren 5 und 6 ist erkennbar, dass der erste Zeitabstand Ti zwischen der ersten Anschubphase Si und der zweiten Anschubphase S2 größer ist als der Zeitabstand T2 zwischen der zweiten Anschubphase S2 und der dritten Anschubphase S3. Ti beträgt etwa 1 ,35 s und T2 etwa 1 ,0 s. Wenn die Zeitabstände T, einen vorgegebenen Wert x unterschreiten, beispielsweise kleiner als 1 s werden und die Beschleunigung des

Rollstuhls (— ) einen vorgegebenen Wert γ unterschreitet, beispielsweise 2,5 ms ^-2 , wird der Hilfsantrieb 4 zugeschaltet. Dies ist in den Diagrammen daran zu erkendass die Kurve abflacht. Dadurch dass die Beschleunigung des Rollstuhles e ^rm ' ^tte ' ^t ' ^st > ' ^st das Zuschalten des Hilfsantriebes 4 unabhängig von der Ge ^¬

schwindigkeit v des Rollstuhls. Die maximale Geschwindigkeit v _ma x, mit der der Hilfsantrieb 4 zugeschaltet wird, entspricht der maximalen Geschwindigkeit v, die während einer Anschubphase S, ermittelt wurde. Die Auswerteintervalle betragen mindestens zwei Anschubphasen Si, S ₁ +1. Es können auch drei oder mehr Anschubphasen ausgewertet werden. Aus dem Kurvenverlauf im Diagramm gemäß Figur 5 ist ersichtlich, dass der Hilfsantrieb 4 nur unterstützend eingreift, der Rollstuhlfahrer also weiterhin über die Greifringe 1 .1 , 2.1 Antriebskraft aufbringt. Der flache Kurvenverlauf im Diagramm nach Figur 6 nach der Zeit t = 5 s lässt erkennen, dass keine manuellen Antriebskräfte mehr eingeleitet werden, sondern der Hilfsantrieb 4 allein den Rollstuhl antreibt, wobei die Geschwindigkeit v _ma x von circa 5 km/h der Geschwindigkeit V3 entspricht, die der Rollstuhl am Ende der dritten Anschwungphase S3 erreicht hat. Es ist auch möglich, dass der Rollstuhlfahrer den Hilfsantrieb 4 manuell zuschaltet. In diesem Fall entspricht die Geschwindigkeit V2 des Hilfsantriebs 4 dann der zuletzt gemessenen Geschwindigkeit v des Rollstuhls (der Antriebsräder 1 , 2).

Der Hilfsantrieb 4 kann auch die Funktion einer Haltebremse übernehmen. Hierzu ist am Rollstuhl ein Neigungssensor 15 angeordnet, der mit der Steuerung des Hilfsantriebes 4 verbunden ist und über den erkannt wird, ob der Rollstuhl eine Steigung oder ein Gefälle bewältigt oder sich auf ebener Strecke befindet. Auch der Neigungssensor 15 könnte in die Gehäuse der Motoren 10, 20 integriert sein. Der Geschwindigkeitsverlauf jedes der Antriebsräder 1 , 2 wird über die Drehzahl . . der Motoren 10, 20 ermittelt. In Figur 5, 6 ist ersichtlich, dass zwei Kurven überlagert werden. Da der Rollstuhl in Geradeausfahrt ist, liegen diese Kurven ganz dicht beieinander. Die Geschwindigkeit der Antriebsmotoren 10, 20 entspricht der Geschwindigkeit der beiden Antriebsräder 1 , 2. Wenn beide Antriebsräder 1 , 2 eine vorgegebene Geschwindigkeit (beispielsweise v _m in = 1 km/h oder v _m in = 0,75 km/h) bis zum Stilstand unterschreiten, wird der Hilfsantrieb 4 so zugeschaltet, dass der Rollstuhl für ein vorgegebenes Zeitintervall Z im Stillstand verharrt oder so lange, bis der Hilfsantrieb 4 manuell ausgeschaltet wird. Das Zeitintervall Z kann solange andauern, bis der Rollstuhlfahrer wieder Antriebskräfte in die Greifringe 1 .1 , 2.1 einleitet. Über den Neigungssensor 15 erkennt die Steuerung ob der Rollstuhl bergan oder bergab fährt und damit wird die Drehrichtung der Antriebsmotoren 10, 20 entsprechend gesteuert. Bei Steigungsfahrt und Stillstand des Rollstuhls werden die Antriebsmotoren 10, 20 in Fahrtrichtung angetrieben, bei Bergabfahrt entgegen der Fahrtrichtung.

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Bezugszeichenliste

1 Antriebsrad

1 .1 Greifring

1 a Antriebsachse

2 Antriebsrad

2.1 Greifring

3 Rahmen

3.1 Gabel

3.2 Anlauffläche

4 Hilfsantrieb

4.1 Achsrohr

5 Sitz

6 Fußstütze

7 Lenkrad

8 Lenkrad

9 Radnabe

9.1 Innenverzahnung

10 Antriebsmotor

10.1 Ausgangswelle

10.2 Außenverzahnung

15 Neigungssensor

20 Antriebsmotor

20.1 Ausgangswelle

20.2 Außenverzahnung

30 Handgriff - - t Zeit

Ti Zeitabstand

51 Anschubphase

52 Anschubphase

Si Anschubphase

Si+i Anschubphase

v Geschwindigkeit

V2 Geschwindigkeit

Vmax Geschwindigkeit

Vmin Geschwindigkeit

Z Zeitintervall

— ) Beschleunigung