DE10002572A1 - Ruderrad - Google Patents

Description

Einleitung

Die Erfindung betrifft ein Ruderrad als komplette Trainingseinheit, bei dem der Nutzer vor altem zu Trainingszwecken das Rad mit einer genau definierten Ruderbewegung antreibt.

Maschinen, die ein Training in der Art der Ruderbewegung ermöglichen, werden verwendet beispielsweise in Fitnesstudios und Ruderclubs. Die ausgereifteste Form dieser Maschinen stellt eine Maschine dar, bei der man wie beim Rudern auf einem beweglichen Sitz sitzt. Über einen Seilzugmechanismus mit Freilauf mit einer sehr großen Übersetzung wird ein Schwungrad angetrieben, das durch einen einstellbaren Widerstand abgebremst wird.

Vorteil dieser Maschinen ist, daß sie meist sehr nahe am Bewegungsablauf eines Ruderboots sind. Nachteil ist, daß sie meist sehr laut, aufwendig und groß sind.

Vom Bewegungsablauf ähnlich ist ein Ruderrad, das von der Sitzposition ähnlich dem in Fig. 1 beschrieben Ruderrad ist, der Antriebsmechanismus ist jedoch auch mit einem Seilzug und Freilauf ausgeführt. Ein solches Rad wird schon seit Jahren von Derk Thijs aus Middelburg Niederlande hergestellt.

Ein Antrieb mit Freilauf ist jedoch sehr laut und auch aufwendiger gegenüber dem in dieser Erfindung beschriebenen Ruderrad.

Beschreibung

Bei dem erfindungsgemäßen Ruderrad (siehe Fig. 1) sitzt der Benutzer auf einem Sitz 15, hat die Hände 1 am Lenker 2. Die Füße sind über Systempedale ("Klickpedale") 22 und dazu passenden Schuhe mit der Schwinge des Beinantriebs verbunden. Der Fahrer zieht nun zunächst am Lenker 2 und drückt mit den Beinen. Der Hebelarm der Schwinge des Beinantriebs 23 hat ungefähr die doppelte Länge des Hebelarms einer üblichen Fahrradtretkurbel, entsprechend tief sitzt der Drehpunkt 24. Die Beinbewegung entspricht so angenähert einer Linearbewegung. Über eine Pleuelstange 26 wird die Kraft auf den Kurbelantrieb 10 übertragen. Hierbei gilt zu beachten, daß der Drehpunkt des Lagers für die Pleuelstange 25 so angebracht wird, daß sich insgesamt eine optimale Phasenlage ergibt. In Fig. 1 ist deutlich zu sehen, daß der Drehpunkt 25 einen Versatz zur Schwinge 23 hat, er ist über einen Abstandshalter an ihr angebracht. Analog wirkt der Handantrieb über die Pleuelstange für den Handantrieb 9 auf den Kurbeltrieb 10. Auch hierbei muß wieder beachtet werden, für das Lager der Handantriebsschwinge 6, den Ansatzpunkt des Lagers der Pleuelstange 8 und die Kurbellänge eine optimale Gesamtabstimmung zu erzielen.

Für den Bewegungsablauf ist wichtig, daß der Kurbeltrieb über den Totpunkt kommt. Hierfür könnte man technische Hilfsmittel vorsehen. Möglich ist ein elektromotorischer Antrieb, der hilft über den Totpunkt zu kommen. Möglich ist auch die Einbindung eines Schwungrads zur Überwindung des Totpunkts. Möglich ist auch eine starre Ankopplung des Hinterrads ohne Freilauf, dann ist jedoch eine Schaltung schlecht möglich.

Bei dem Ruderrad nach Fig. 1 sind solche Zusatzvorrichtungen jedoch nicht notwendig. Die Eigengewichte der Pleuelstangen und Kurbeln sind so abgestimmt, daß in Zusammenhang mit einem geringen Rest-Phasenversatz (ca 5 bis 10°) von Arm- und Beinbewegung flüssig gerudert werden kann. Es muß zwar gelernt werden, so zu rudern, daß sich die Kurbeln nicht rückwärts drehen, aber ein absolut flüssiger Ablauf der Bewegung ist schnell erlernt.

Als Kurbeltrieb 10 kann ein normales Fahrradtretlager oder ein sehr ähnliches Teil verwendet werden. Es kann also auf konventionelle Produkte zurückgegriffen werden. Gleiches gilt für den Antriebsstrang mit dem Kettenrad 11 und der Kette 12. Es kann fast jede übliche Gangschaltung eingebaut werden.

Lenkung

Im Gegensatz zum Thijs-Ruderrad ist beim Ruderrad nach Fig. 1 das Lager der Handantriebsschwinge 6 fest mit dem Hauptrahmen 16 verbunden. Dies macht eine Lenkverbindung 5 erforderlich.

Das Ruderrad aus Fig. 1 wird über eine Gelenkwelle mit Längenausgleich 5 gelenkt (in Fig. 1 verdeckt durch die Schwinge 4). In Fig. 2 ist schematisch dargestellt, wie diese Gelenkwelle 5 das Lenkmoment vom Lenker 2 über 2 Kardangelenke auf die Gabel überträgt (eingezeichnet ist nur 18, die Achse des Lenklagers der Gabel). Ein Längenausgleich der Gelenkwelle 5 ist erforderlich, weil das untere Kardangelenk nicht in der Achse der Handantriebsschwinge 6 liegt.

Eine Variante für die Übertragung des Lenkmoments ist in Fig. 3 dargestellt. Die Gelenkwelle 5 aus Fig. 2 ist in Fig. 3 durch eine Lenkverbindung 30 ersetzt, die aus einer Kette von Ringen besteht. Da die einzelnen Ringe verformbar sind, kann diese Kette den Längenausgleich durchführen und trotzdem das Lenkmoment übertragen. Vorzugsweise ist diese Kette von Ringen als Kunststoffspritzteil ausgeführt.

Eine weitere alternative Lenkung ist in Fig. 4 dargestellt. Hier wird zur Übertragung des Lenkmoments ein Faltenbalg 32 verwendet. Er ermöglicht Drehmomentübertragung bei gleichzeitigem Längenausgleich.

Eine weitere Variante der Lenkung ist das Drehmoment über Seilzüge zu übertragen, diese müßten entweder in Bowdenzügen geführt werden, oder über Umlenkrollen durch die Achse 6 bzw. nahe an der Achse 6 geführt werden.

Auch eine elektromotorische oder hydraulische Lenkung ist denkbar.

Beschreibung der Bewegung

Beide Beine arbeiten gleichphasig und beide Arme arbeiten gleichphasig. Die Phasen von Armen und Beinen sind gegeneinander jedoch um ca 180° versetzt. Wenn die Beine drücken müssen die Arme ziehen und umgekehrt. Der große Vorteil (bzw. Unterschied) des Pleuelantriebs gegenüber einer Umsetzung der Linearbewegung mittels Freilauf ist, daß die Bewegung in den Totpunkten durch die Mechanik abgebremst wird. Die Kraftverläufe und die Bewegungsabläufe werden sinusförmig. Dies wäre auch schon bei einer reinen Ausnutzung des Rudertaktes (Beine drücken, Arme ziehen) gegeben. Die Bewegung wird gleichmäßiger, bzw. runder. Zusätzlich wird in der Erfindung auch der Liegestütz-Takt ausgenutzt (Arme drücken, Beine ziehen). Dies macht die Bewegung insgesamt noch harmonischer. gegenüber der Ruderbewegung wird die Bewegung so insgesamt flüssiger ausgeführt. Die "Schlagzahl" ist etwa größer als beim Rudern, jedoch immer noch langsamer als die Trittfrequenz beim Radfahren. Dies ist natürlich abhängig von der Abstimmung der Hebelverhältnisse. Ohne weiteres können die Hebelverhältnisse jedoch so abgestimmt werden, daß der Rhythmus einem natürlichen Gehen entspricht. Die nötige Kraft und Leistung kann dabei auch über Veränderung der Übersetzung nach dem Kurbelantrieb (z. B. Ketten oder Nabenschaltung) fast beliebig eingestellt werden, von ganz leicht bis sehr schweres Krafttraining für die Muskulatur. Zu beachten gilt hierbei, daß durch die vorgegebene Mechanik der Bewegungsablauf unabhängig von der Übersetzung immer schön rund (sinusförmig) und flüssig bleibt. Wegen diesem harmonischen Bewegungsablauf sind auch kraftaufwendige Bergauffahrten möglich. Bei Bergauffahrten macht sich deutlich bemerkbar, daß nicht nur der Rudertakt ausgenutzt wird, sondern auch der Liegestütztakt, mit einer Totphase wäre eine Bergauffahrt viel schlechter möglich.

Modifikationen des Antriebs

Der oben genannte Bewegungsablauf kann natürlich auch durch Modifikation der Mechanik erreicht werden. Eine Variante ist bei dem Ruderrad aus Fig. 1 den Beinantrieb durch eine Linearführung (z. B. mit Rollen zu ersetzen/ähnlich Thijs-Ruderrad). Dies bringt jedoch den Nachteil mit sich, daß bei direkter Ankopplung der Pleuelstange, diese sehr große Wege zurücklegt und der Kurbelarm dadurch sehr groß werden muß.

Eine weitere Variante ist die Möglichkeit einen reinen Beinantrieb zu gestalten ähnlich Fig. 1 und nur den Armantrieb wegzulassen. Weil es sich um eine sehr harmonische Bewegung handelt, ist eine Unterstützung durch den Armantrieb nicht zwingend notwendig. Der Effekt des Ganzkörpertrainings geht dann zwar verloren, aber eine solche Variante ist durchaus denkbar, wenn eventuell die Lenkung dadurch vereinfacht wird. Zusätzlich ist auch eine Kombination mit einem Seilzug-Antrieb wie beim Thijs-Ruderrad denkbar.

Analoges wie für den Beinantrieb gilt auch für den Armantrieb. Beim Rad aus Fig. 1 kann der Beinantrieb komplett weggelassen werden. Interessant ist diese Variante eventuell als Rollstuhlantrieb. Es ist aber auch denkbar die Schwinge für den Armantrieb 4 ohne Lenkung 3 (bzw 2) zu bauen und 2 mit 4 starr zu verbinden. Die Lenkung können dann die Beine übernehmen.

Es sind auch Modifikationen der beiden Schwingen 4 und 23 denkbar. So kann die Schwinge für den Beinantrieb statt in stehender Ausführung (Lager 24 unten) auch in hängender Ausführung (Lager 24 oberhalb der Pedale) ausgeführt werden. Viel mehr Sinn ergibt eine Variation der Lagerung der Schwinge jedoch für den Armantrieb. Wird diese Lagerung etwas höher angebracht kann die Lenkung so gestaltet werden, daß kein Längenausgleich für die Lenkverbindung erforderlich ist. Das Lager 6 würde in Fig. 1 von 6 nach 8 wandern und das Lager der Pleuelstange von 8 nach 6. Die Bewegungsrichtung der Pleuelstange 9 würde dadurch umgekehrt, entsprechend müßte der Kurbeltrieb angepaßt werden.

Es sind auch weitere grundsätzliche Varianten denkbar, denn es muß nicht der Sitz fest sein, wie in Fig. 1. Im wesentlichen kommen hier nochmals 2 Varianten in Betracht. Zum einen, mechanischer Aufbau wie bei der Rudermaschine mit Rollsitz, also Füße ortsfest, Hauptbewegung von Körper und Armen. Oder weitere Variante "Lenker ortsfest", wie in Fig. 1, jedoch, daß der Fahrer tiefer sitzt. Der Lenker kann nun ähnlich einem normalen Fahrradlenker ausgestaltet sein, d. h. direkt in die Gabel 17 montiert, keine Schwinge 4. Das Drehmoment des Lenkers wird direkt in die Gabel übertragen ohne Umlenkungen. Sitz und Beine führen bei dieser Variante eine Linearbewegung aus. Die Hände bleiben ortsfest außer Lenkbewegungen. Sitzhaltung ähnlich wie in Fig. 1.

Diesen beiden Varianten ist gemeinsam, daß die Sitzhaltung ähnlich wie in Fig. 1 ist. Auch der Bewegungsablauf ist ähnlich, nur der "ortsfeste" Punkt ändert sich jeweils. Allen Varianten gemeinsam und Eigenheit der Erfindung ist, daß der Antrieb über Pleuelstangen erfolgt und jeweils beide Arme gleichphasig sind und beide Beine gleichphasig sind.

Eine weitere Modifikation wäre ein Aufbau ohne den Zwischenkurbeltrieb 10. Bei einem Fahrrad könnte der Kurbeltrieb in die Achse des Hinterrads integriert sein, bzw. in Kombination mit einer Spezial- Nabenschaltung. Interessant wäre eine solche Variante eventuell für ein stationäres Trimmgerät, wenn z. B. der Kubeltrieb direkt auf das Schwungrad des Trimmgeräts wirkt.

Meßtechnische Erfassung der Trainingsdaten

Das Ruderrad nach Fig. 1 wird mit Sensoren zur Meßwerterfassung der in den Bewegungszyklen auftretenden Kräfte und Bewegungen ausgestattet. Dies bietet sich insbesondere an, da zum einen, Arm und Beinschwinge keine volle Rototionsbewegung ausführen, sondern nur eine zyklische Winkelbewegung, angebrachte Sensoren also über ganz normale Kabelverbindungen angeschlossen werden können, ohne komplizierte Schleifkontakte oder Funkverbindungen. Andererseits sind Arm- und Beinantrieb ja durch einen festen Phasenversatz gekoppelt, so ist zur Erfassung des Winkelausschlags nur ein einziger Sensor erforderlich.

Die beiden Schwingen 23 und 4 können so ausgestaltet werden, daß gut Dehnmeßstreifen oder andere Sensoren, zur Messung der Kräfte von Beinen bzw. Armen, angebracht werden können. Ebenso einfach ist eine Anbringung der Sensoren an den Pleuelstangen 9 und 26. Auch die Lagerstellen 25 und 8 sind geradezu prädestiniert für eine Anbringung von Sensoren. Ein weiterer Vorteil ist, daß nur jeweils 1 Sensor für den Arm-, bzw. -Beinantrieb erforderlich sind, also insgesamt 2 Stück.

Die Anzeige dieser Meßwerte erfolgt auf einem Trainingsmonitor, der übliche Werte wie Pulsfrequenz, Trainingszeit, momentane Leistung etc. anzeigt.

Es erfolgt jedoch auch eine spezielle Art der Darstellung nach einem Monitorbild ähnlich wie in Fig. 5 dargestellt. Für den Beinantrieb und den Armantrieb getrennt werden jeweils die Kraft in Abhängigkeit vom Winkelausschlag dargestellt. Bei absolut gleichmäßigem Bewegungsablauf wären diese beiden Diagramme Kreise, bzw. Ellipsen. Je nach zu trainierender Sportart bzw. Muskelpartien können nun Zielvorgaben ähnlich diesen Ellipsen erstellt werden. Der Sportler kann sich dann auf dem Monitor jeweils genau ansehen in welcher Phase des Bewegungsablaufs er ist, und eine bestimmte Phase des Bewegungsablaufs bzw. Muskelpartie ganz gezielt trainieren. Die momentanen Abweichungen von der Zielvorgabe können auch durch akustische Signale durch Änderung der Lautstärke oder Tonhöhe jeweils in Echtzeit mitgeteilt werden. Auf dem Monitor wäre auch denkbar als Zielvorgabe immer einen Kreis zu haben und durch entsprechende Maßstabsverzerrungen unterschiedliche Kraftverläufe vorzugeben. Weitere Ausgabewerte sind die Leistung in den einzelnen Bewegungsphasen, und die Summe der Abweichungen von der Vorgabe als Leistungswert und Kraft.

Eine weitere Option ist hierbei bestimmte Hebelarme ganz gezielt für bestimmte Trainingsarten abzuändern bzw. einzustellen. Diese Verstellung kann auch elektromechanisch programmgesteuert erfolgen.

Beschreibung der Zeichnung

1

Hände

2

Lenker ähnlich herkömmlichen Fahrradlenker

3

Lager der Lenkung

4

Schwinge des Handantriebs

5

Lenkverbindung: Gelenkwelle mit Längenausgleich (nur sichtbar in

Fig.

2

, in

Fig.

1

verdeckt)

6

Lager (bzw Drehpunkt/Achse) der Handantriebsschwinge

7

Verbindung Lager der Handantriebsschwinge mit Hauptrahmen

8

Lager Pleuelstange

9

Pleuelstange für den Handantrieb

10

Kurbelantrieb ähnlich wie bei konventionellem Fahrrad

11

Kettenrad

12

Kette

13

Hinterrad

14

Vorderrad

15

Sitz

16

Hauptrahmen

17

Gabel

18

Lenklager für Gabel

19

Kardangelenk

21

Schuhe mit Systempedalbefestigung

22

Systempedal "Klickpedal"

23

Schwinge Beinantrieb

24

Lager (bzw Drehpunkt/Achse) der Beinantriebsschwinge

25

Lager Pleuelstange

26

Pleuelstange für den Beinantrieb

30

Lenkverbindung: Längenausgleich durch Verformung von Ringen

31

einzelner Ring (vorzugsweise aus Kunststoff)

32

Lenkverbindung als Faltenbalg

Claims (3)

1. Ruderrad als komplette Trainingseinheit, gekennzeichnet dadurch, daß das Fahrrad durch eine dem Rudern ähnliche Bewegung angetrieben wird, im Unterschied zum Rudern jedoch nicht nur Zugbewegung der Arme und Druckbewegung der Beine ausgenutzt wird, sondern auch gegenphasig also Druck-Bewegung der Arme und Zug-Bewegung der Beine. Dies wird erreicht durch die Verwendung eines Kurbeltriebs mit Pleuelstangen. Es findet kein Leertakt wie beim Rudern statt.

2. Ruderrad nach 1 gekennzeichnet dadurch, daß ein normales (oder diesem sehr ähnlichen) Fahrrad­ tretlager als Zwischengetriebe, zur Umsetzung der Linearbewegung in die Drehbewegung für den normalen Fahrrad-Antriebsstrang, verwendet wird.

3. Ruderrad nach 1 gekennzeichnet dadurch, daß Kraftaufnehmer im Antriebsstrang angebracht sind. Außerdem wird über Elektronik bzw. computergesteurt diese Meßwerte so aufbereitet, daß in Echtzeit die Bewegungs und Kraft- bzw. Leistungs-verläufe auf einem Monitor in so optimierter Form dargestellt werden, daß der Bewegungsablauf an sich geschult wird.