PL249955B1 - Mechanizm przekładni tarczowej dla wózka inwalidzkiego z napędem ciągowym - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest mechanizm przekładni tarczowej dla wózka inwalidzkiego z napędem ciągowym. Mechanizm składa się z mocowanych do piasty każdego koła napędzanego tarczy wewnętrznej przekładni (6) z otworami tarczy wewnętrznej, która skojarzona jest za pomocą wymiennego sworznia łączącego albo za pomocą łącznika tarcz (9) współpracującego z mechanizmem przesuwnym (8), z tarczą zewnętrzną przekładni (7) i otworami tarczy zewnętrznej w taki sposób, że mogą one współpracować na różnej średnicy, przy czym mechanizm przesuwny (8) ma możliwość suwania się po łączniku tarcz (9), nadto tarcza wewnętrzna przekładni (6) oraz tarcza zewnętrzna przekładni (7) posiadają wspólne łożyskowanie tarcz (10).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mechanizm przekładni tarczowej dla wózka inwalidzkiego z napędem ciągowym.

Wózki inwalidzkie z napędem ręcznym posiadają koła napędowe, w których ciągi są trwale zespolone z obręczą koła napędowego. W efekcie działania jeden obrót ciągów wywołuje jeden obrót koła napędowego - posiadają one taką samą prędkość kątową. Takie rozwiązanie konstrukcyjne koła uniemożliwia zastosowanie przekładni zmieniającej przełożenie momentowe pomiędzy kołami i ciągami poprzez zastosowanie przekładni mechanicznych.

Rozwiązaniem problemu może być wykorzystanie układu według polskiej publikacji P.434936. Postuluje ono wykorzystanie nieruchomej osi na której zamocowane zostają osobno dwa wały - jeden dla kół i jeden dla ciągów w taki sposób, że mogą one obracać się niezależnie względem siebie. Korzyścią takiego rozwiązania jest możliwość zastosowania przekładni wielobiegowych, w omawianym przypadku przekładni cięgnowych, co pozwala na realizację zmiennego przełożenia momentowego pomiędzy kołem i ciągiem wózka inwalidzkiego. Rozwinięciem powyższego rozwiązania jest zespół piasty koła napędowego wózka inwalidzkiego do napędów wielobiegowych przedstawiony w zgłoszeniu wynalazku opisanym w publikacji P.443054. Rozwiązanie to stanowi rozwinięcie idei układu umożliwiającego wzajemny i niezależny obrót kół i ciągów wózka inwalidzkiego bez konieczności stosowania centralnej nieruchomej osi. Piasta koła napędowego wózka inwalidzkiego do napędów wielobiegowych opisana w P.443054 musi współpracować z przekładniami mechanicznymi tak aby realizować funkcję opisaną w P.434936.

Przykładami innych rozwiązań, które dedykowane są temu celowi to mechanizm przekładni cięgnowej dla wózka inwalidzkiego z napędem ciągowym opisany w zgłoszeniu wynalazku P.441264 oraz moduł adaptacyjny napędu rowerowego w wózku inwalidzkim wraz z akcesoriami opisany w publikacji P.443053. Pierwszy z nich wykorzystuje przekładnię pasową, drugi natomiast przekładnię łańcuchową - stosowaną powszechnie w rowerach. Układy te posiadają wady i zalety, które wynikają bezpośrednio ze specyfiki zastosowanych przekładni mechanicznych. Jednak ich wspólną cechą jest to, iż są one dość ciężkie co w przypadku zastosowania w wózku inwalidzkim może wydawać się mało optymalne.

Rozwiązanie według wynalazku realizuje funkcję postulowaną przez wynalazek P.434936 odmiennie niż w przypadku P.441264 czy P.443053 przy wykorzystaniu układu opisanego w P.443054 lub innej piaście spełniającej podobną funkcję. Funkcję tę osiągnięto dzięki temu, że zamiast klasycznych przekładni mechanicznych zastosowano w nim dwie tarcze, które łączone są ze sobą elementem lub zespołem elementów na różnych średnicach. Pozwala to w efekcie uzyskać zmianę przełożenia.

Dodatkowo należy wskazać, że z opisu wynalazku US6047980A w stanie techniki znane jest rozwiązanie przeniesienia napędu w ręcznych wózkach inwalidzkich za pomocą zestawu podwójnych ciągów, które zamontowane są niezależnie dla każdego z kół. Użytkownik napędza wózek inwalidzki tak jak w klasycznej konstrukcji za pomocą ciągów napędowych, które sprzężone są z kołem wózka za pomocą ciągu pośredniego umożliwiającego redukcję obrotów za pomocą zębatki w kształcie krzywki. Rozwiązanie to jednak nie stanowi przekładni mechanicznej umożliwiającej zmia ny w nastawie przełożenia. Dodatkowo konstrukcja ta wymusza niewspółosiowość ciągu napędowego z osią koła wózka.

Innym przykładem rozwiązania, w którym zachodzi niewspółosiowość ciągu napędowego z kołem wózka jest przykład opisany w publikacji WO2017122010A1, który dodatkowo różni się tym, że musi posiadać przekładnię pośrednią. W przeciwnym wypadku, ze względu na wykorzystanie układu pojedynczego, ciągi napędowe będą obracać się w kierunku przeciwnym w stosunku do kół. Kolejnym czynnikiem świadczącym na niekorzyść tego rozwiązania jest relatywnie duża ingerencja w konstrukcję nośną wózka.

Następnymi przykładami rozwiązań przeniesienia napędu stanowią patenty P.434936 oraz P.441264, które w obu przypadkach charakteryzują się możliwością zmiany przełożenia poprzez zastosowanie nastawnych przekładni mechanicznych przy jednoczesnym zachowaniu współosiowości ciągu z kołem wózka. W pierwszym przypadku, to jest P.434936 zmiana przełożenia następuje poprzez zmienną średnicę kół zębatych w przekładni, które są sprzężone z wałkiem ciągu za pomocą cięgna którym jest łańcuch. Należy również zaznaczyć, że w przypadku zastosowania łańcucha należy wyposażyć układ w napinacze do łańcucha celem zapewnienia jego prawidłowej pracy, co dodatkowo zwiększa masę konstrukcji. Z kolei w przypadku patentu P.441264 została zastosowana przekładnia pasowa z użyciem wariatora, która umożliwia zmianę przełożenia poprzez zmianę średnicy koła pasowego przy jednoczesnym napięciu pasa. Zarówno w jednym jak i w drugim przypadku układ przeniesienia napędu wymusza zastosowanie niewspółosiowej przekładni z osią ciągów napędowych i koła. Dodatkowo przekładnie te stanowią procentowo dużą masę całej konstrukcji wózka co z punktu widzenia jego użytkownika wpływa negatywnie na efektywność urządzenia.

Z kolei z publikacji patentu PL231480B1 znana jest konstrukcja pozwalająca na trzystopniową zmianę przełożenia napędu. W tym celu została zastosowana przekładnia planetarna, która została umieszczona w piaście koła wózka. Zmiana przełożenia następuje w skutek napięcia linki manetki, która powoduje ruch pierścienia przesuwnego i sprzęgła w kształcie stożka posiadającego trzy rzędy uzębienia. Wadą tego rozwiązania jest zastosowanie samej przekładni planetarnej, która charakteryzuje się spadkiem sprawności układu ze względu na wzrost strat tarcia, oraz występowania mocy krążącej. Wynalazek realizuje swoją funkcję w inny sposób - nie wykorzystuje bowiem przekładni planetarnej. Jest on więc o wiele prostszy z mechanicznego punktu widzenia, co może w zależności od konstrukcji wpłynąć na redukcję masy całego wózka.

Istotą wynalazku jest mechanizm przekładni tarczowej dla wózka inwalidzkiego z napędem ciągowym. Składa się on z - mocowanych do piasty każdego koła napędzanego - tarczy wewnętrznej przekładni z otworami tarczy wewnętrznej - tarcza wewnętrzna poprzez otwory skojarzona jest na dwojaki sposób: albo za pomocą wymiennego sworznia łączącego albo za pomocą łącznika tarcz współpracującego z mechanizmem przesuwnym, z tarczą zewnętrzną przekładni - jej otworami tarczy zewnętrznej. Tarcze skojarzone są w taki sposób, że mogą one współpracować na różnej średnicy. W przypadku zastosowania mechanizmu przesuwnego ma on możliwość suwania się po łączniku tarcz. Nadto tarcza wewnętrzna przekładni może obracać się względem tarczy zewnętrznej przekładni dzięki temu, że posiadają wspólne łożyskowanie tarcz.

Przedstawiany wynalazek przynosi następujące korzyści użytkowe:

• pozwala na wykorzystanie tarcz współpracujących na różnej średnicy celem zmiany przełożenia w miejsce klasycznych przekładni mechanicznych;

• pozwala na zmianę momentu napędowego wymaganego do wygenerowania przez mięśnie użytkownika wózka inwalidzkiego, jednak względna prędkość kątowa ciągów oraz koła wózka inwalidzkiego pozostaje bez zmian bowiem zmiana przełożenia wynika ze zmiany średnicy na jakiej współpracują elementy mechanizmu;

• wprowadza prostszą konstrukcję i łatwiejsze wykonanie, zdecydowanie mniejsze gabaryty układu zmiany przełożenia;

• stwarza możliwość zastosowania niezmodyfikowanej ramy wózka;

• nie zmienia się sposób generowania napędu oraz wymiary kół i ciągów wózka;

• mniejsza masa rozwiązania z tarczami w stosunku do rozwiązań z klasycznymi przekładniami.

Wynalazek mocowany jest osobno do piast każdego koła - nie ma więc konieczności wzajemnego osiowania elementów przekładni mechanicznych, co rozwiązuje problem niedostatecznej sztywności ramy klasycznego wózka inwalidzkiego.

Ze względu na małe gabaryty wynalazku w wózku można zastosować ramę krzyżową (jak w klasycznym rozwiązaniu wózka inwalidzkiego) co dodatkowo zwiększa sztywność układu.

Mechanizm przekładni tarczowej dla wózka inwalidzkiego z napędem ciągowym w przykładach realizacji pokazano na rysunku na którym fig. 1 przedstawia schematyczną budowę układu napędowego wózka inwalidzkiego, fig. 2 pokazuje schematycznie zasadę działania przekładni z mechanizmem zmiany przełożenia, fig. 3 pokazuje schematyczną zasadę działania przekładni z ręczną zmianą przełożenia a fig. 4 pokazuje ideowy przykład rozwiązania przekładni z ręczną zmianą przełożenia w przekroju.

Na fig. 1 pokazano budowę układu napędowego wózka inwalidzkiego. Składa się on z trzech podstawowych części: układu koła i ciągów 12 układu przekazania napędu 13 oraz układu przekładni 11. Na układ koła i ciągów 12 składają się ciągi 1, które zamocowane są do wału wewnętrznego 4, a także koła wózka inwalidzkiego 2 zamocowanego do wału zewnętrznego 3. Wał zewnętrzny 3 i wał wewnętrzny 4 mają możliwość obracania się względem siebie dzięki łożyskowaniu koła i ciągów 5. Układ przekładni 11 składa się z tarczy wewnętrznej przekładni 6, która skojarzona jest z łącznikiem tarcz 9 współpracującym z mechanizmem przesuwnym 8. Mechanizm przesuwny 8 skojarzony jest z tarczą zewnętrzną przekładni 7 w taki sposób, że mogą one współpracować na różnej średnicy. Jest to możliwe dzięki temu, że mechanizm przesuwny 8 ma możliwość suwania się po łączniku tarcz 9.

Tarcza wewnętrzna przekładni 6 może obracać się względem tarczy zewnętrznej przekładni 7 dzięki łożyskowaniu tarcz 10. Układ przekazania napędu 13 schematycznie oznaczony na fig. 1 przymocowany jest do konstrukcji nośnej za pomocą elementów mocujących 15, łączy ze sobą układ koła i ciągów 12 oraz układ przekładni 11.

Rozwiązanie według wynalazku znajdzie szczególne zastosowanie w konstrukcji wraz z rozwiązaniem opisanym w P.443054. Co do zasady układ, w którym wynalazek będzie znajdował zastosowanie, musi być układem umożliwiającym niezależny wzajemny obrót kół oraz ciągów realizujący tą funkcję w dowolny, w tym również odmienny niż w P.443054 sposób - tak więc przedstawiana w niniejszym opracowaniu przekładnia może współpracować również układami przekazania napędu 13 różnej konstrukcji.

Na fig. 2 pokazano zasadę działania przekładni z mechanizmem zmiany przełożenia. Różne wartości przełożenia w układzie można otrzymać poprzez zmianę wartości średnicy po jakiej współpracuje mechanizm przesuwny 8 z tarczą zewnętrzną przekładni 7. Na fig. 2 zostało to przedstawione jako zmiana wymiaru z mniejszej średnicy współpracy 17 na większą średnicę współpracy 16. Stosunek momentu przekazywanego przez mięśnie użytkownika na ciągi wózka inwalidzkiego 1 oraz momentu napędowego na kołach wózka inwalidzkiego 2 jest równy stosunkowi mniejszej średnicy współpracy 17 lub większej średnicy współpracy 16 oraz średnicy tarczy 18. Dla stałej wartości średnicy tarczy 18 i stałych wymiarów ciągów wózka inwalidzkiego 1 oraz kół wózka inwalidzkiego 2 przełożenie to zależy tylko od wymienionych powyżej średnic. Mechanizm zmiany przełożenia może być zrealizowany na szereg sposobów. W zależności od potrzeb i możliwości wykonania może wykorzystywać do działania napęd mechaniczny, pneumatyczny, elektryczny lub inny.

Na fig. 3 pokazano zasadę działania przekładni z ręczną zmianą przełożenia. W tym wariancie rozwiązania zamiast mechanizmu przesuwnego 8 i łącznika tarcz 9 zastosowany jest sworzeń łączący 14. Spełnia on w zasadzie tożsamą funkcję, a mianowicie łączy tarczę wewnętrzną przekładni 6 na średnicy tarczy 18 z tarczą zewnętrzną przekładni 7 na mniejszej średnicy współpracy 17 lub większej średnicy współpracy 16. W efekcie możliwe jest zrealizowanie różnej wartości przełożenia pomiędzy ciągami wózka inwalidzkiego 1 oraz na kołami wózka inwalidzkiego 2. Celem zmiany przełożenia należy ręcznie wymienić sworzeń łączący 14 na taki o innych wymiarach geometrycznych, tak aby umożliwić współpracę tarczy zewnętrznej przekładni 7 z tarczą wewnętrzną przekładni 6 na średnicy o odmiennej wartości.

Na fig. 4 przedstawiono ideowy przykład rozwiązania przekładni z ręczną zmianą przełożenia w przekroju. Sworzeń łączący 14 jednym końcem współpracuje z otworami tarczy zewnętrznej 21 znajdującymi się na tarczy zewnętrznej przekładni 7, a drugim natomiast z otworami tarczy wewnętrznej 22 znajdującymi się na tarczy z wewnętrznej przekładni 6. W takim rozwiązaniu konstrukcyjnym tego wynalazku zmianę przełożenia można uzyskać poprzez zmianę orientacji przestrzennej sworznia łączącego 14. Po jego wyjęciu i obróceniu o pół obrotu względem czoła tarcz (a więc odbiciu lustrzanym patrząc z perspektywy płaszczyzny głównej - tak jak pokazuje wyrwanie na fig. 4) łączy on tarczę zewnętrzną przekładni 7 z tarczą wewnętrzną przekładni 6 na odmiennej 190 średnicy. Takie rozwiązanie jest optymalne ponieważ nie wymaga wykonania kilku sworzni łączących 14 o różnej geometrii.

Dla osób o doświadczeniu technicznym oczywistym będzie, że możliwa jest do uzyskania większa ilość przełożeń poprzez zwiększenie ilości otworów tarczy zewnętrznej 21 lub otworów tarczy wewnętrznej 22. W takim rozwiązaniu do poprawnego działania konieczne jest zapewnienie możliwości tymczasowego rozsunięcia tarczy zewnętrznej przekładni 7 oraz tarczy wewnętrznej przekładni 6, tak aby można było zdemontować sworzeń łączący 14. Alternatywnie sworzeń łączący 14 może składać się z kilku elementów, które pozwolą na jego zdemontowanie i zmianę orientacji przestrzennej bez konieczności rozsuwania tarcz. Korzystnie może to być zrealizowane poprzez połączenie gwintowe kształtowe lub inne. Tarcza zewnętrzna przekładni 7 może, w zależności od rozwiązania posiadać łączenie tarczy zewnętrznej 19, równocześnie tarcza wewnętrzna przekładni 8 może, w zależności od rozwiązania posiadać łączenie tarczy wewnętrznej 20, celem umożliwienia kształtowego skojarzenia wynalazku z układem przekazania napędu 13, który przymocowany jest do konstrukcji nośnej (na przykład ramy wózka) za pomocą elementów mocujących 15.

Claims (1)

1. Mechanizm przekładni tarczowej dla wózka inwalidzkiego z napędem ciągowym, znamienny tym, że składa się z mocowanych do piasty każdego koła napędzanego tarczy wewnętrznej przekładni (6) z otworami tarczy wewnętrznej (22), która skojarzona jest za pomocą wymiennego sworznia łączącego (14) albo za pomocą łącznika tarcz (9) współpracującego z mechanizmem przesuwnym (8), z tarczą zewnętrzną przekładni (7) i jej otworami tarczy zewnętrznej (21) w taki sposób, że mogą one współpracować na różnej średnicy, przy czym mechanizm przesuwny (8) ma możliwość suwania się po łączniku tarcz (9), nadto tarcza wewnętrzna przekładni (6) oraz tarcza zewnętrzna przekładni (7) posiadają wspólne łożyskowanie tarcz (10).