Könnte besser sein? – Gedanken zu Innovationen bei motorisierten Rollstühlen

Dieser Artikel versucht zu ergründen, warum Innovationen bei motorisierten Rollstühlen nicht so bahnbrechend sind wie vielleicht zu vermuten wäre und warum es immer wieder auf einen Rollstuhl angewiesene Individuen gibt, die selbst für die benötigte Innovation sorgen. Den Abschluß bildet ein Beispiel.

Lauter Verrückte?

Der Fall bei dem ein Österreicher seinen Rollstuhl mit einem benzinbetriebenen Düsentriebwerk (eine „165 Behotec“ Turbine aus dem Modellbau) ausgerüstet hat, ist ebenso bekannt wie die Aufmerksamkeit erheischende Modifikationen eines Briten („Pimp My Wheelchair“) und schließlich das technische Meisterwerk eines Engländers („BM3 POWERCHAIR“) aus der Motorrad- und Autotuningszene. Ein Amerikaner hat das sogar noch übertroffen, indem er bürstenlose Motoren verwendet.

Diesen Rollstuhl mit Düsenantrieb fährt man am besten nicht ohne Helm. Quelle: Youtube / TheMschu23

Die oben genannten Beispiele haben gemeinsam, daß sie soweit wie möglich den Bedürfnissen der Nutzer entsprechen.

Aber es gibt doch etwas?

Gerechterweise muß gesagt werden, daß auch namhafte Unternehmen Sonderkonstruktionen in Kleinserie auf den Markt bringen. Beispielhaft hierfür sind der „SuperFour“ und der „ScoutCrawler“ von Otto Bock. Die Praxistauglichkeit ist suboptimal: Wer einen SuperFour im Außeneinsatz benötigt, wird mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit auch einen (motorisierten) Rollstuhl in geschlossenen Räumen benötigen. Vor diesem Hintergrund scheint es überlegenswert den SuperFour durch ein Quad (elektrisch oder benzingetrieben) zu ersetzen. Diese Variante ist technisch jedenfalls ebenbürtig und kostengünstiger in der Anschaffung und Wartung. Eine Umrüstung auf eine Joysticksteuerung ist möglich, da dies bei Autos schon angeboten wird.

Mit dem ScoutCrawler am Strand. Quelle: ottobock.at

Wer unbedingt einen Rollstuhl für diese Einsatzgebiete haben möchte, sollte sich die Angebote von Sitz-Segway Herstellern (eine kurze Übersicht hat der Autor hier zusammengestellt) genauer ansehen.

Invacare hat mit dem „Alber Adventure“ ebenfalls eine Sonderkonstruktion anzubieten. Bestimmende Merkmale sind die bürstenlosen Motoren und die optisch ansprechende Konstruktion da mit einer Firma für Industriedesign zusammengearbeitet wurde.

Bürstenlose Motoren sind Stand der Technik und effizienter als Motoren mit Kohlebürsten, allerdings sind sie teurer als letztere und benötigen für einen ruhigen Lauf bei niedriger Drehzahl wie sie bei Rollstühlen verwendet werden viele (ein Dutzend oder mehr) Pole. Invacare hat diese Motoren eine Zeit lang auch auf anderen Modellen angeboten, allerdings wollen verschiedene Versicherungen die Mehrkosten nicht bezahlen und das Gehäuse war auch anfällig für Rost, sodaß der Alber Adventure der Einzige seiner Art bleibt.

Der amerikanische Rollstuhlhersteller Pride prüft mit Hilfe eines Steuergeräteherstellers gerade ob sich kostengünstig 36 Volt Steuersysteme (gegenüber den bisher üblichen 24 Volt Steuersystemen) für Einsatz bei Elektrorollstühlen adaptieren lassen. Dies würde eine höhere Effizienz erlauben, da die Effizienz mit höherer Spannung zunimmt.

Große Hersteller bieten unter verschiedenen Markennamen einen Sonderban (z.B. Sunrise mit dem „Für mich gebaut“ (FMG) Programm, etc.) im Sinne einer Einzelanfertigung an, allerdings sind die Möglichkeiten meist auf Sitzschalen, besondere Größen und Materialien beschränkt.

Alle Rollstuhlhersteller hören auf die Mehrzahl ihrer Kunden und bieten demnach als Neuerungen Dinge wie eine größere Farbpalette (auf Basis der RAL-Farben), schwarze statt graue Reifen, Becherhalter, die Möglichkeit den Rollstuhl über ein Apple Iphone zu steuern, Adapter um Smartphones mit der Rollstuhlbatterie aufzuladen sowie den Wegfall einer Geschwindigkeitsbeschränkung bei ausgefahrenem Sitzlift an.

Was sagt und tut die Wissenschaft?

Es gibt einen interessanten akademischen Artikel aus 2002 von dem bekannten Prof. Roy A. Cooper, Professor an der Universität von Pittsburgh und selber Rollstuhlfahrer („Driving Characteristics of Electric-Powered Wheelchair Users:
How Far, Fast, and Often Do People Drive?“). In dem Artikel wird unter anderem argumentiert, daß Elektrorollstuhlfahrer am Tag nie mehr als 8 km zurücklegen (circa. 50% der gesamten Batteriekapazität) und die bestehenden Batteriekapazitäten seien daher mehr als ausreichend. Daß er Ursache und Wirkung vertauscht haben könnte kommt ihm nicht in den Sinn. Da eine leere Batterie für einen Elektrorollstuhlfahrer verständlicherweise eine Katastrophe ist, wird mit Akribie darauf geachtet immer eine ausreichende Energiereserve zu haben um wieder nach Hause zu kommen. Dieses Verhalten wird auch dadurch gefördert, daß die meistens Elektrorollstühle externe Ladegeräte haben und nicht am Elektrorollstuhl montierte Ladegeräte, die es erlauben würden an jeder Steckdose aufzuladen. Technisch wäre es auch ein Leichtes von den immer zahlreicher werdenden Ladestationen für E-Bikes und Elektroautos Gebrauch zu machen.

In technischen Studienrichtungen arbeiten Studenten immer wieder an der Fragestellung wie ein Elektrorollstuhl verbessert werden kann. Die beiden häufigsten Konstruktionslösungen welche die Studenten stolz in einschlägigen Behindertenforen im Internet präsentieren sind Lösungen mit einem nach allen Richtungen drehbaren Rad (das bekannte „Omniwheel“) welches aber anfällig für Verschmutzungen ist und eine Rad und Raupe Kombination mit der mehrere Stufen überwunden werden können. Die Fähigkeit Stufen zu überwinden (was sowieso nur im Schneckentempo funktioniert) beeinflußt aber alle anderen Eigenschaften negativ: Der hohe Energieaufwand geht zulasten der Reichweite, die Breite vergrößert sich ebenso wie die Länge und übrig bleibt ein sehr komplexes, (reparaturanfälliges?) teures Vehikel, daß in jedem Bereich nur durchschnittlich wenn nicht gar unterdurchschnittlich ist.

Diesen Rollstuhl, der in der Schweiz entwickelt wurde, halten auch Stiegen nicht auf. Quelle: Youtube / Scalevo

Die ETH Zürich hat sogar einen eigenen Wettbewerb ins Leben gerufen (www.cybathlon.ethz.ch) um Elektrorollstühle, Prothesen und Exoskelette zu fördern. So haben Studenten der ETH Zürich mit dem „Scalevo“ ein eigens auf den Wettbewerb abgestimmtes Produkt geschaffen. Sowohl der Wettbewerb als auch das Vehikel haben aber gravierende konstruktive Fehler: Die Anforderungen scheinen aus rein technischem Interesse willkürlich festgelegt worden zu sein. So ist kein Hinweis auf relevante ISO Normen oder Gesetze (z.B. betreffend Rollstühle, öffentliche Verkehrsmittel oder den Straßenbau) zu finden und die Wertungskriterien spiegeln in keiner Weise echte und dringende Probleme wider, mit denen Rollstuhlnutzer tagtäglich konfrontiert werden.

Wunsch und Wirklichkeit

Natürlich möchte jede Person mit eingeschränkter Mobilität diese so weit wie möglich wieder zurück gewinnen, aber ein der Praxis bleibt es oft ein frommer Wunsch.

Rollstuhlhersteller sind auf Gewinn ausgerichtet und bieten ein entsprechendes Angebot an: Wesentlich sind hier die Preisvorstellungen der Kostenträger, also in der Regel eine Krankenkasse, (Privatzahler sind eine Minderheit!) und ein Modellangebot mit dem möglichst viele Menschen versorgt werden können.

Rollstuhlnutzer mit erheblich divergierenden Bedürfnissen werden nicht bedient, da der Markt zu klein ist um profitabel bedient zu werden.

Genug der Worte, auf zur Tat!

Sei es aus Unzufriedenheit mit dem bestehenden Angebot, vielleicht sogar unerträglichem Leidensdruck, oder schlichtweg aus Neugier, reift der Gedanke heran, nach Möglichkeit einen für einen selbst geeigneteren Rollstuhl zu entwickeln. Der Autor erlaubt sich als Beispiel seinen Anforderungskatalog und seinen Lösungsansatz zu präsentieren:

• Idealerweise sollte der Rollstuhl eine möglichst hohe Geschwindigkeit haben ohne durch die höhere Übersetzung im Getriebe zu viel an Drehmoment zu verlieren,
• in möglichst jeder Hinsicht ausfallssicher sein,
• eine Federung für Kopfsteinpflaster aufweisen,
• keine Teile haben die seitlich über die Räder hinausragen,
• möglichst viel Gewicht auf der Antriebsachse haben (um einerseits die Energieeffizienz zu erhöhen und andererseits eine Fahrt auf Sand und Schnee zu ermöglichen)
• und schließlich aus möglichst generischen Teilen bestehen um eine schnelle Ersatzteilbeschaffung zu ermöglichen
• und eine kostengünstige Wartung sicherzustellen.
• Selbstverständlich soll der Rollstuhl auch programmierbar sein, um eine präzise und verzögerungsfreie Lenkung zu ermöglichen.
• Folgende Maße sollen nicht überschritten werden: Breite: 65 cm (Türen bleiben durchfahrbar) Länge: 120 cm (Aufzüge bzw. Aufzugkabinen sind noch zu verwenden).
• Erstrebenswert auch eine möglichst geringe Sitzhöhe für einen tiefen Schwerpunkt und um Tische unterfahren zu können.

Die vom Autor entwickelte Lösung beginnt mit der Schwachstelle eines jeden elektrischen Rollstuhls, der Batterie (besser Akkumulator) und das Batteriefach. Kapazitätswerte von Bleiakkumulatoren werden meist als 20h-Werte angegeben, dem Einsatz in einem Rollstuhl entspricht aber eher ein 3h bis 5h Wert. Der Peukert-Effekt ist unvermeidbar, bei den 2,5 mOhm Innenwiderstand einer Odyssey PC 1500 dürfte der beste Kompromiß zwischen Kompaktheit und Leistung erreicht sein. Die Orientierung der Akkumulatoren (hintereinander in Längsrichtung) ist wesentlich um die gewünschte Fahrzeugbreite nicht zu überschreiten, zumal schlauchlose Niederdruckbreitreifen die Anforderungen an Pannensicherheit und Federung erfüllen (für größere Hindernisse Bedarf es freilich einer eigenen Federung, aber der erforderliche Platzbedarf wird zum Problem).

Diesen Elektro-Rollstuhl hat Georg Wessely für sich in Eigenregie entwickelt. Fotocredit: Wessely

Die Suche nach einem geeigneten Rollstuhlrahmen wird bestimmt durch die wichtige Eigenschaft, daß der Rahmen über dem Hinterrad geführt werden muß, um breitere Hinterräder zu ermöglichen ohne die Gesamtbreite erheblich zu erhöhen. Weiters ist ein eigener Flansch zur Aufnahme der Quadfelgen erforderlich, aber das ist ein triviales Problem.

Ein eigenes Distanzstück ermöglicht es, den Sitz dauerhaft circa 2 bis 3 cm weiter nach hinten zu verschieben, um die Gewichtsverteilung der Räder im gewünschten Verhältnis zu verändern. Somit hat der Elektrorollstuhl mit 70:30 bzw. 80:20 zu Gunsten der Hinterräder eine ähnliche Gewichtsverteilung wie ein manueller Rollstuhl und für die Zwecke des Autors optimierte Fahreigenschaften. Dass insbesondere diese Adaption der ISO-Norm für Elektrorollstühle widerspricht ist offensichtlich. Auch die Vorderreifen werden durch schlauchlose Varianten ersetzt und haben ein möglichst glattes Profil. Selbstverständlich werden diese Maßnahmen durch eine ordentliche Lackierung der Metallteile, den Einsatz von Edelstahlschrauben und -muttern, sowie versiegelte Lager abgerundet.

Zur Programmierung wurde ein OEM Dongle für das „R-Net“ System von P & G verwendet.

Die Dimensionen des Endproduktes sind: Länge (inklusive des hochklappbaren Fußbretts): 113 cm, Breite: 65 cm (Die Hinterräder sind insgesamt 30 cm breit!) und Sitzhöhe: 43 cm.

Die breiten Reifen sorgen für hohe Stabilität beim Fahren. Trotzdem wird eine Gesamtbreite von 65cm nicht überschritten. Fotocredit: Wessely

Die Zukunft

Das Batteriefach wurde solcherart dimensioniert, daß die Bleibatterie durch Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePO4) Zellen ersetzt werden kann, mit den bekannten Gewichts-, Kapazitäts-, und Lebensdauervorteilen.

Schlußfolgerung

Dieser Artikel ist kein Aufruf zur Nachahmung, aber der Beweis des Möglichen. Jede betroffene Person muß für sich selbst entscheiden, ob sie diesen Lösungsweg gehen will und kann, da die Gefahr der Selbstüberschätzung sehr groß ist. Man muß für jede Kleinigkeit Verantwortung übernehmen und wird gezwungen sich erhebliches Wissen anzueignen, da man auch für die Wartung verantwortlich ist. Obwohl aus eigener Tasche zu bezahlen, sind die Wartungskosten vergleichsweise gering, da die Verschleißteile aus vielen verschiedenen Quellen zu beziehen sind und dadurch ein preislicher Wettbewerb gegeben ist.

Danksagung

Der Autor dankt an dieser Stelle Herrn Tom Jacques von Nithsdale Wheelchairs (www.nithsdale-wheelchairs.com/) für die großartige Unterstützung gewisse F55 Komponenten zu finden und Herrn Ivanov für den wunderbaren Zusammenbau.

Georg WESSELY, M. Sc. IB
Rückmeldungen und Anregungen an:
georg_wessely@mail.com