Neuentwicklung: Rollstuhl mit Kurbelantrieb

Mitarbeiter der Technischen Universität (TU) Wien haben mit Hilfe biomechanischer Modelle einen Rollstuhl entwickelt, dessen Antrieb durch Kurbeln erfolgt und was diesen effizienter und ergonomischer machen soll. Als K.U.R.T wurde der Prototyp 2021 zusammen mit Schülern weiterentwickelt.

Das Forschungsteam für Biomechanik und Rehabilitationstechnik der TU Wien hat nun ein Antriebssystem entwickelt, bei dem der Rollstuhl nicht durch einen Greifring am Rad bewegt wird, sondern mit Hilfe von Kurbeln. Das ist ergonomischer und entspricht viel besser den natürlichen Bewegungsmustern des Oberkörpers. Der neue Rollstuhltyp wurde nun zum Patent angemeldet, jetzt wird nach Industriepartnern gesucht.

Die Gelenke des Menschen sind nicht für den Rollstuhl gemacht

„Der Bewegungsablauf beim Rollstuhlfahren ist normalerweise recht unnatürlich“, erklärt Prof. Margit Gföhler vom Institut für Konstruktionswissenschaften und Produktentwicklung der TU Wien. „Wenn man den Rollstuhl an einem gewöhnlichen Greifring bewegt, kommt es zu extremen Gelenkstellungen, für die unser Körper einfach nicht gemacht ist.“ Die Folge davon ist, dass viele Menschen Gelenksverletzungen und -schmerzen haben, die durch das Rollstuhlfahren ausgelöst werden. Siehe hierzu: Schulterproblematik bei Querschnittlähmung, Querschnittgelähmte haben drastisch höheres Risiko für Schulterverletzungen und Karpaltunnelsyndrom bei Rollstuhlfahrern.

Um das zu ändern, entwickelte Margit Gföhler und ihr Forschungsteam ein biomechanisches Computermodell, mit dem verschiedene Bewegungsabläufe des Oberkörpers analysiert werden können. „Wir haben überlegt: Was wäre der optimale Bewegungsablauf? Welche Bewegungen kommen der Funktion von Schultern und Armen am ehesten entgegen?“ sagt Gföhler.

Der Bewegungsablauf, der sich in der biomechanischen Simulation als besonders geeignet herausstellte, wurde dann in einen mechanischen Antrieb umgesetzt. Das Ergebnis war ein Rollstuhl, der von zwei Kurbeln angetrieben wird. Während jeder Umdrehung ändert die Kurbel ihre Länge, sodass keine kreisrunde, sondern eine eher eierförmige Bewegung entsteht. Die Kurbeln werden an den Armlehnen des Rollstuhls montiert, sie treiben dann über einen Zahnriemen die Hinterräder an, die dann etwas kleiner gestaltet werden können als normalerweise üblich. Durch die kompakten Abmessungen wird der Rollstuhl weder breiter noch länger, und ist daher auch mit dem neuen Antrieb für die Verwendung im Alltag und auch in Innenräumen geeignet.

Bessere Winkel, weniger Anstrengung

Die neue Rollstuhltechnik wurde in verschiedenen Tests untersucht, auch in Zusammenarbeit mit dem Rehabilitationszentrum „Weißer Hof“ in Klosterneuburg. „Die Rückmeldungen waren sehr positiv, es wird als angenehm empfunden, dass sich die Gelenke nun nur noch im natürlichen Winkelbereich bewegen müssen und eine durchgängige Bewegung ohne Unterbrechungen möglich ist“, sagt Gföhler. Außerdem wurden spirometrische Untersuchungen durchgeführt: Durch Analyse der Atemluft lässt sich messen, wie anstrengend eine bestimmte Tätigkeit ist. Mit Hilfe der neuen Antriebstechnik lässt sich dieselbe Geschwindigkeit wie bisher mit deutlich weniger Anstrengung erreichen.

„Unser neues Rollstuhlkonzept könnte sicher für viele Menschen eine echte Verbesserung der Lebensqualität sein“, ist Gföhler optimistisch. „Wir hoffen, bald einen Industriepartner zu finden, der unsere Entwicklung in einem kommerziellen Produkt umsetzt. Mit Unterstützung des Forschungs- und Transfersupports der TU Wien wurde der Rollstuhlantrieb bereits zum Patent angemeldet.

Update im Oktober 2021: Neuer Rollstuhlantrieb, neue Lebensqualität

Das Projekt wurde weiterentwickelt und heißt jetzt „K.U.R.T.“ Der Handkurbelantrieb macht den Prototypen ergonomisch, gelenkschonend und alltagstauglich.

K.U.R.T. ist hilfsbereit. Er unterstützt seine Benützerinnen dabei, sich im Alltag problemlos fortzubewegen und gibt ihnen ihre Mobilität zurück. Damit nicht nur Schulter- und Handgelenke geschont werden, sondern K.U.R.T. auch alltagstauglich ist, entwarfen Forschende und Schülerinnen gemeinsam ein neues Rollstuhlkonzept. Um den tatsächlichen Anforderungen gerecht zu werden, befragte das Forschungsteam Rollstuhlfahrerinnen zu ihrem Nutzungsverhalten sowie Verbesserungspotenzialen und Wünschen. Den innovativen Rollstuhl, der gemeinsam mit dem Gewinnerteam gebaut wurde, stellten Forschende und Schülerinnen am 15. Oktober in den Räumlichkeiten der TU Wien vor und luden zu einer Probefahrt ein.

K.U.R.T. – von jungen, kreativen Köpfen entwickelt

Rund ein Prozent der Bevölkerung ist auf einen Rollstuhl angewiesen. Dabei treiben 90 Prozent der Benützer_innen ihren Rollstuhl manuell an, was zu Verschleißerscheinungen in Schulter- und Handgelenken führt. „Erhöhte Belastungen der Muskel-Skelettstrukturen sowie extreme Gelenksauslenkungen resultieren häufig in Verletzungen und Schmerzen, vor allem an den Schulter- und Handgelenken. Außerdem wiederholen sich die Bewegungen, die für den Antrieb des Rollstuhls notwendig sind, sehr häufig,“ beschreibt Margit Gföhler, Leiterin des Projekts sowie des Forschungsbereichs Biomechanik und Rehabilitationstechnik an der TU Wien, das Problem. Abhilfe kann ein handkurbelbasierter Antrieb schaffen, der gleichmäßigere Bewegungsabläufe ermöglicht und den Wirkungsgrad erhöht – beim bisher üblichen Antrieb via Greifring liegt dieser gerade einmal bei 10 Prozent. Ein weiteres Problem stellt die stoßartige Belastung dar, berichtet das Forschungsteam.

Wie genau sich ein Standard-Rollstuhl in einen Rollstuhl mit handkurbelbasiertem Antrieb verwandeln kann, der darüber hinaus auch alltagstauglich ist, zeigten 6 Schüler_innenteams von Höheren Technischen Lehranstalten (HTLs) aus ganz Österreich. Innerhalb von 60 Tagen konnten die Teams, basierend auf einem Prototyp des Kurbelantriebs, einen alltagstauglichen, gelenkschonenden Rollstuhlantrieb entwickeln, der später von einer Fachjury bewertet wurde.  

„Keep It Controlled“. Hier ist der Name Programm

Auf Basis des besten Konzepts wurde schließlich, gemeinsam mit Forschenden der TU Wien, ein Prototyp gebaut und umfangreich getestet. Hannes Wiesinger, Mitglied der Jury und Obmann Stellvertreter des Verbandes der Querschnittsgelähmten Österreichs, freut sich über die Leistungen der Schüler_innen: „Alle Teams haben unterschiedliche interessante Lösungen entwickelt – und dies insbesondere in Anbetracht der kurzen Zeit von nur 60 Tagen“. Warum „Keep it Controlled“ gewonnen hat? „Das Modell des Gewinnerteams entspricht am ehesten den praktischen Ansprüchen an einen Rollstuhl, weshalb es sich gegenüber den Konkurrenzmodellen durchgesetzt und nun als Prototyp auch den Beweis dazu angetreten hat,“ erklärt Hannes Wiesinger.

„Keep it Controlled“ von der HTL Mödling wollte mit seinem K.U.R.T. genau das erreichen: K.U.R.T. sollte ein Rollstuhl sein, der den Benützer_innen ein maximales Maß an Kontrolle und Flexibilität bei möglichst einfacher Handhabung im Alltag verspricht. Dies ist den Schülern gelungen, indem Sie den Handkurbelantrieb schwenkbar machen, damit ein Ein- und Aussteigen problemlos möglich ist. Außerdem kann der Antriebsmechanismus mit minimalem Aufwand auf einen individuellen Rollstuhl montiert und auch wieder demontiert werden. Der Greifring bleibt erhalten, um beispielsweise Bordsteinkanten zu überwinden.  

Weniger Verletzungen durch K.U.R.T.

Die Probefahrt bestätigte, was eine mit dem Prototyp durchgeführte Studie bereits zeigte: Durch den Handkurbelantrieb steigt nicht nur der Wirkungsgrad (in diesem Fall um etwa 50 Prozent), auch wird die Belastung auf mehr Muskelgruppen verteilt und die Gelenke bewegen sich in ergonomischen Winkelbereichen ohne extreme Auslenkungen. Dadurch wird die Belastung an Schulter- und Handgelenken verringert, wodurch wiederum die Verletzungsgefahr sinkt. Was bleibt, ist der positive Trainingseffekt, den der manuelle Rollstuhlbetrieb auf das Herz-Kreislauf-System hat. So hoffen Margit Gföhler und ihr Team, dass K.U.R.T. nach der Entwicklungsphase von Rollstuhlfahrern genutzt werden kann.

Weitere Informationen

Mehr zu K.U.R.T.

Für Produkte, die ebenfalls eine alternative Antriebsform unterstützen, siehe: Rowheel Rev1 – Anders am Rad drehen und Hebelbasierte Antriebssysteme für den Rollstuhl

Der-Querschnitt.de betreibt keine Forschung und entwickelt keine Produkte/Prototypen. Wer an der beschriebenen Methode oder den vorgestellten Prototypen Interesse hat, wendet sich bitte an die im Text genannten Einrichtungen.