DE19829750A1 - Vorrichtung zur Bewegung des menschlichen Körpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bewegung des menschlichen Körpers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Heimtrainer oder Fahrräder weisen üblicherweise einen Pedalantrieb auf, der von einer Bedienperson betätigt wird. Diese Person sitzt in der Regel auf einem Sattel oberhalb der Pedale, wobei die Hände auf einem Lenker (im Falle eines Fahrrads) oder einer Haltestange (im Falle eines Heimtrainers ruhen.

Während des Fahrens oder während des Trainings werden hierbei im wesentlichen die Beine bewegt. Diese Art der Bewegung ist nicht sehr ausgewogen, d. h. der Haupttrainingseffekt wirkt sich letztendes auf die Beine aus. Verschiedene Studien gehen davon aus, daß durch einseitiges Beintraining die beiden Gehirnhälften unterschiedlich aktiv sind und führen Durchblutungsstörungen an einer Hand hierauf zurück, die sich insbesondere durch ein gewisses Kribbeln und Erkalten einer Hand bei sehr vielen Radfahrern einseitig bemerkbar macht.

Unabhängig von den genannten Studien ist es offensichtlich, daß bei den derzeitigen Fahrrädern und Heimtrainern verstärkt die Beinmuskulatur gegenüber der übrigen Muskulatur beansprucht und trainiert wird.

Mit der DE 11 63 46 wurde ein Hilfs-Handantrieb für Fahrräder vorgeschlagen, bei dem eine Handkurbel mit einer Pedalkurbel mechanisch gekoppelt wurde. Bei dieser Vorrichtung wurde jedoch eine Anpassung an den physiologischen Bewegungsablauf des menschlichen Körpers nicht berücksichtigt. So wird beispielsweise nicht darauf eingegangen, ob der Handantrieb gegenüber dem Fußantrieb über- oder untersetzt ist, was einer dauernden Änderung der Phasenbeziehungen zwischen der Handkurbel und der Fußkurbel entspricht.

Weiterhin wurde mit der FR 597 188 ein Fahrrad mit einem Handantrieb vorgeschlagen, der über ein Stangengetriebe mit der Pedalkurbel gekoppelt ist. Hierdurch ergibt sich eine feste Phasenbeziehung zwischen der Handkurbel und der Fußkurbel, in dieser Druckschrift wurde jedoch dieser Phasenversatz so eingestellt, daß sich eine Bewegung nach Art eines Paßgängers ergibt, wobei jeweils zugleich die Hand und der Fuß einer Körperhälfte betätigt wird.

Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit der eine Ganzkörperbewegung und somit auch ein Ganzkörpertraining unter Berücksichtigung des natürlichen Bewegungsablaufs des Menschen möglich ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Fahrrad der einleitend genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Dementsprechend wird bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die Phase der Handkurbel mit der Phase der Pedalkurbel gekoppelt.

Hierbei wird ein gleichbleibender Phasenversatz zwischen der Handkurbel und der Pedalkurbel vorgesehen, d. h. es darf keine Über- oder Untersetzung zwischen dem Hand- und Fußantrieb vorliegen. Die Drehzahl oder Drehgeschwindigkeit der Handkurbel und der Fußkurbel muß stets zum Erhalt des konstanten Phasenversatzes gleich sein.

Dieser Phasenversatz wird erfindungsgemäß in einem Winkelintervall zwischen 135° und 225°, bevorzugt auf einen Wert von 180°, eingestellt. Hierdurch ergibt sich eine Synchronisation der Hand- bzw. Fußbewegung, die dem gegenläufigen Rhythmus entspricht, wie er beim Laufen oder Gehen natürlicherweise im sogenannten Diagonal- oder Kreuzgang stattfindet.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird das Hebelverhältnis zwischen Hand- und Pedalkurbel variabel ausgebildet. Vorteilhafterweise wird das Verhältnis der Hebel der Handkurbel zur Pedalkurbel körpergerecht eingestellt. Hierdurch lassen sich der Bewegungsradius und die entsprechenden Kraftverhältnisse zwischen Hand- und Fußantrieb anpassen. Bevorzugt wird das Hebelverhältnis zwischen 1 : 1 und 1 : 1,6 gewählt. Innerhalb dieses Intervalls hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemaße Antriebskopplung besonders effektiv ist. Besonders vorteilhaft hat sich hierbei ein Hebelverhältnis von ca. 1 : 1,3 erwiesen.

Die Kopplung der Handkurbel an den Pedalantrieb der Füße wird vorzugsweise so vorgenommen, daß der Drehsinn der Handkurbel mit dem Drehsinn des Pedalantriebs gleich gerichtet ist.

Diese Kopplung der Handkurbel an den Pedalantrieb der Füße kann in einer besonderen Ausführungsform durch ein Kegelradgetriebe mit einer Antriebswelle, über ein Zahnriemen- oder Kettengetriebe oder aber auch über eine Kurbelwelle mit Pleuelstange vorgenommen werden. Diese vier Kopplungsmethoden stellen beispielhafte Ausführungsvarianten dar, die mit vergleichsweise wenig Aufwand realisierbar sind.

Denkbar wäre jedoch auch eine hydraulische oder pneumatische Kopplung der Handkurbel mit der Fußkurbel. Derartige Antriebskopplungen erlauben eine größere Flexibilität der Anordnung von Handkurbel zur Fußkurbel. Insbesondere können verstellbare Vorrichtungen vorgesehen werden, wobei der Antrieb über entsprechende Schlauchleitungen gekoppelt ist.

Insbesondere läßt sich eine hydraulische oder pneumatische Antriebskopplung in ein Trainingsgerät, beispielsweise einen sogenannten Heimtrainer integrieren, da in diesen Antriebskreislauf zugleich ein Regelventil eingebaut werden kann, mittels dem der hydraulische oder pneumatische Widerstand veränderbar ist. Durch Veränderung dieses Widerstands kann der Belastungsgrad des trainierenden Körpers eingestellt werden, wodurch anderweitige Maßnahme zu diesem Zweck entfallen können.

Zu einer besonderen Weiterbildung der Erfindung kann die vom sich bewegenden Körper erbrachte Leistung beispielsweise durch eine Erfassung der Durchflußmenge im Antriebskreislauf pro Zeiteinheit beispielsweise mit einem elektronischen System bestimmt werden, wobei der z. B. mit einer Drossel vorgegebene Strömungswiderstand zu berücksichtigen ist. Diese Leistung kann dann falls erwünscht in einer Anzeige dargestellt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Handantrieb sowie die Kopplung mit dem Pedalantrieb wenigstens teilweise zentral in den Rahmen integriert. Zum einen wird hierdurch die Stabilität des Rahmens erhöht. Zum anderen ergibt sich somit eine ansehnliche äußere Form einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Vorteilhafterweise wird bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eine feste Halterung, die im Rahmen integriert ist, für die Handkurbel vorgesehen. Hierdurch ist es möglich, mit vollem Krafteinsatz die Handkurbel zu betätigen, wodurch sich ein spürbarer Leistungszuwachs ergibt.

Leistungssteigerungen zwischen 20% und 30% gegenüber dem reinen Pedalantrieb sind ohne weiteres möglich.

Um eine derartige feste Halterung für die Handkurbel zu verwirklichen, bedarf es in der Ausführung als Fahrrad einer handunabhängigen Lenkung. Eine solche handunabhängige Lenkung ist in verschiedenen Formen denkbar. Ausführungsformen, bei denen die Lenkung über die Neigung gegenüber der Senkrechten aktiv wird, sind hierbei ebenso vorstellbar, wie Systeme, die eine Verdrehung des Körpers um seine Körperachse für die Lenkung ausnutzen.

In einer bewährten Ausführungsform der Erfindung wird die Lenkung an eine Sattelbewegung, insbesondere an eine Satteldrehung gekoppelt.

Eine Möglichkeit einer solchen Lenkkopplung besteht darin, daß ein Stangen- oder Seilzuggetriebe zwischen dem Vorderrad und einem drehbaren Sattel angeordnet wird. Ein derartiges Stangengetriebe, das je nach Bedarf auch ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Drehbewegung des Sattels und der Lenkbewegung des Vorderrads beinhalten kann, dreht mit dem Verdrehen des Sattels das Vorderrad in die gewünschte Richtung, so daß eine entsprechende Kurvenfahrt eingeleitet wird. Das Fahren mit einem solchen Fahrrad muß zwar insgesamt neu gelernt werden, hat sich jedoch in der Praxis nach einigen Übungsstunden als ohne weiteres durchführbar erwiesen.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Lenkung mit der Handkurbel gekoppelt. Dies ermöglicht eine Fahrweise bei einem Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Antrieb, die der Lenkbewegung bisheriger Fahrräder entspricht.

Zur Realisierung einer solchen Lenkung wird bevorzugt ein drehbares Kurbelgehäuse für die Handkurbel vorgesehen. Dieses Kurbelgehäuse wird dabei so an die lenkenden Räder des Fahrzeugs angekoppelt, daß eine Drehung des Kurbelgehäuses einem Lenkeinschlag des entsprechenden Rades bzw. der Räder entspricht.

In einer einfachen Ausführungsform der Erfindung bei einem Fahrrad wird beispielsweise die Handkurbel starr mit der drehbaren Lenkgabel eines Fahrrads verbunden. Dies setzt jedoch voraus, daß die Drehachse der Lenkgabel und der Handkurbel gleich ist, was beispielsweise mit einem Kettenantrieb zwischen Handkurbel und Pedalkurbel realisierbar ist.

Je nach Kopplung zwischen Handkurbel und Pedalkurbel, beispielsweise mittels einer Welle und entsprechenden Kegelradgetrieben ist es weniger aufwendig, wenn die Handkurbel bzw. deren Kurbelgehäuse und die Lenkgabel um Drehachsen drehbar sind, die unter einem gewissen Winkel zueinander geneigt sind. In diesem Fall kann die Kopplung der Lenkbewegung an die Drehung des Handkurbelgehäuses über eine Verbindung vorgesehen werden, die eine entsprechende Umlenkung der Drehbewegung des Kurbelgehäuses in die Drehbewegung der Lenkgabel bewerkstelligt. Dies kann beispielsweise über gelenkige Verbindungen mit Längenausgleich, einen Seilzug mit Umlenkpunkten oder dergleichen erfolgen.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung wird eine Sattellenkung wie oben angeführt mit einer ebenfalls o. a. Handkurbellenkung kombiniert. Hierdurch kann insbesondere beim Handeinsatz mit hohem Kraftaufwand das Gleichgewicht besser gehalten werden, da unbeabsichtigte Lenkbewegungen der Handkurbel durch diese Sattellenkung zu vermeiden sind. Die beabsichtigte Lenkung durch Handkurbel und Sattel kommt hierbei wiederum der natürlichen Bewegung entgegen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Schaltung und/oder die Bremse so ausgebildet, daß sie von den Handgriffen der Handkurbel aus zu bedienen sind. Dies erhöht den Fahrkomfort, sowie es sich bei herkömmlichen Fahrrädern bereits bewährt hat.

Weiterhin ist es von Vorteil, die Handgriffe der Handkurbel nicht rechtwinklig bezüglich der Längsachse der Vorrichtung, sondern unter einem Winkel < 90°, vorzugsweise nach innen geneigt, anzuordnen. Dies ermöglicht eine bequemere Handhaltung und somit ein ermüdungsfreieres Fahren.

Der Winkel zwischen den Handgriffen und der Längsachse der Vorrichtung wird vorteilhafterweise in einem Intervall zwischen 10° und 80°, beispielsweise mit ca. 30° vorgesehen.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird der Sattel beweglich gelagert. Die bewegliche Sattellagerung ermöglicht eine freiere Bewegung des Beckens und somit einer Wirbelsäulenbewegung, wie sie der natürlichen Gehbewegung nahekommt. Zugleich wird ein derart beweglicher Sattel bequemer, da Relativbewegungen und somit Reibungen zwischen dem Sattel und dem entsprechend aufsitzenden Körperteil vermieden werden.

In einer besonderen Weiterbildung dieser Ausführungsform wird der Sattel über eine elastische Halterung, beispielsweise einen Gummiklotz beweglich gelagert. Eine solche Lagerung ist mit wenig Aufwand zu realisieren und ermöglicht eine Beweglichkeit mit maximaler Anzahl von Freiheitsgraden. Denkbar wären jedoch auch Sattellagerungen, bei denen der Sattel über eine oder mehrere Drehachsen, gegebenenfalls gegen Rückstellelemente beweglich ist.

In einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Abstand zwischen der Handkurbel und der Pedalkurbel variabel vorgesehen. Hierdurch ist die erfindungsgemäße Vorrichtung an unterschiedliche Körperverhältnisse und Körpergrößen anpaßbar. Zum gleichen Zweck empfiehlt es sich, die Neigung und/oder den Abstand der Handkurbel in Bezug zum Sattel variabel zu gestalten.

Für bestimmte Anwendungen, beispielsweise für das Training mit Ergometern, insbesondere auch für therapeutische Zwecke, ist es sinnvoll, eine Rückwärtsbewegung unter Belastung vorzusehen.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird zusätzlich ein Motor für die Vorrichtung vorgesehen. In diesem Fall ist die Vorrichtung als therapeutisches Bewegungsgerät, z. B. für krankengymnastische Zwecke oder zur Therapie von Bewegungsstörungen verwendbar.

Aus den bisherigen Ausführungen geht bereits hervor, daß eine erfindungsgemäße Vorrichtung für viele Anwendungszwecke geeignet ist. Sie eignet sich insbesondere als Antrieb für Spielzeug wie Dreiräder, Kettcars, etc., für sonstige personengetriebenen Fahrzeuge, beispielsweise Fahrräder, auch Tandemfahrräder, Liegeräder, Tretboote, Gleitschirm- oder Drachenantriebe mit Propeller, etc. oder bei feststehenden Trainingsgeräten wie Heimtrainern, etc. sowie als Therapiegerät.

Ein erfindungsgemäßes Fahrrad kann in bekannter Weise mit einer Nabenschaltung und/oder einer Kettenschaltung versehen werden. In Verbindung mit einer Nabenschaltung ist die dabei geläufige Rücktrittbremse von Vorteil. Ein dem Rücktritt des Fußpedals entsprechender Mechanismus in der Handkurbel zum Bremsen wäre ohne weiteres denkbar und von Vorteil.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.

Im einzelnen zeigen

Fig. 1 eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Fahrrads in der Seitenansicht,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Kegelradgetriebe zwischen einer Handkurbel und einer Antriebswelle,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 3,

Fig. 5 einen Querschnitt durch ein Kegelradgetriebe zur Ankopplung einer Antriebswelle an den Pedalantrieb,

Fig. 6 eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Fig. 5,

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Antrieb mit Handkurbel und Pedalen,

Fig. 8 eine Seitenansicht auf ein Stangengetriebe zur Kopplung zwischen Sattel und Lenkung mit Hebelübersetzung,

Fig. 9a eine teilweise geschnittene Darstellung durch ein Stangengetriebe gemäß Fig. 8,

Fig. 9b einen Querschnitt durch eine Anordnung gemäß Fig. 8,

Fig. 10a eine Seitenansicht auf ein Fahrrad mit Sattellenkung ohne Hebelübersetzung,

Fig. 10b eine Detaildarstellung einer Sattellenkung gem. Fig. 9a,

Fig. 11 eine Seitenansicht auf ein Fahrrad mit Handlenkung,

Fig. 12 eine Schnittdarstellung einer drehbar gelagerten Handkurbel

Fig. 13 eine Schnittdarstellung der mechanischen Verbindung zwischen Lenkgabel und Handantrieb,

Fig. 14 eine Draufsicht auf eine Handkurbel mit gewinkelt angeordneten Handgriffen,

Fig. 15 eine schematische Schnittdarstellung der Lagerung der Handgriffe,

Fig. 16a eine schematische Darstellung einer hydraulischen Kopplung zwischen Handantrieb und Fußantrieb mit Hydraulikzylinder,

Fig. 16b eine schematische Kopplung zwischen Handantrieb und Fußantrieb mit Zahnradpumpen,

Fig. 17 eine Seitenansicht eines Heimtrainers mit verstellbarer Position des Handantriebs.

Fig. 18 eine Seitenansicht eines Kinderfahrrads entsprechend einem herkömmlichen Dreirad und

Fig. 19 einen Teilschnitt eines Kinderfahrrads gem. Fig. 18 in der Draufsicht.

Das Fahrrad 1 gemäß Fig. 1 weist die üblichen Bauteile eines Fahrrads auf, d. h. einen Rahmen 2 mit Sattel 3, zwei Laufräder 4, 5 sowie einen durch ein schematisch dargestelltes Kettenrad 6 angedeuteten Pedalantrieb. Anstelle der üblichen Lenkstange ist vorliegend jedoch eine Halterung 7 für einen Handkurbelantrieb vorhanden, der über eine mit gestrichelten Linien dargestellte Antriebskette 8 mit dem Pedalantrieb gekoppelt ist.

In der Darstellung gemäß Fig. 2 ist der Fußantrieb mit dem Kettenrad 6, dem Pedal 9, dem Kettenritzel 10 sowie der Antriebskette 11 näher veranschaulicht. Die Halterung 12 für einen Handkurbelantrieb 13 ist vorliegend durch ein fest in den Rahmen 2 des Fahrrads 1 integriertes Rohr realisiert. Am oberen Ende der Halterung 12 befindet sich ein Kegelradgetriebe 14, das den Handkurbelantrieb über eine in Fig. 2 nicht näher dargestellte Antriebswelle mit einem Kegelradgetriebe 15 im Bereich des Pedalantriebs 16 koppelt.

Ein Lenkmechanismus 17, der im wesentlichen ein Stangengetriebe 18 beinhaltet, ist in Fig. 2 ebenfalls erkennbar. Der Sattel 3 ist drehbar gelagert, wobei zwei Lenkzapfen 19 an der Sattelwelle 20 jeweils einen an einer Drehachse 21 drehbar aufgehängten Lenkhebel 22 betätigen. Im unteren Bereich ist am Lenkhebel 22 jeweils eine Lenkstange 23 gelenkig angebracht, die ebenfalls gelenkig an der Vordergabel 24 des Fahrrads 1 befestigt sind. Die Lenkstangen 23a/b sind mit einer Längenverstellung 25 für eine entsprechende Justierung der Lenkvorrichtung 17 ausgerüstet. Eine Rückholfeder 38 sorgt für die selbsttätige Rückstellung des Lenkhebels 22 und somit für einen Geradeauslauf in Ruhestellung.

Der Handkurbelantrieb 13 umfaßt zwei Kurbeln 26a/b mit Handgriffen 27a/b. Insbesondere in Fig. 3 ist erkennbar, daß die beiden Kurbeln 26a/b im Innern des Kegelradgetriebes 14 miteinander verbunden sind und über verschiedene Kugellager 28a/b, 29a/b drehbar gelagert sind. Zwei Kegelzahnräder 30, 31 stehen miteinander in Eingriff, so daß die Drehbewegung der Handkurbeln 26a/b auf eine Antriebswelle 32, die fest mit dem Kegelzahnrad 31 verbunden ist, übertragen wird. Die Antriebswelle 32 ist über zwei Kugellager 44, 45 am Kegelrad 31 und 33 drehbar gelagert und steht senkrecht zur Drehachse A des Handkurbelantriebs 13.

Diese Antriebswelle 32 ist an ihrem anderen Ende wiederum mit einem Kegelzahnrad 33 versehen, das seinerseits mit einem weiteren Kegelzahnrad 34 in Eingriff steht. Das Kegelzahnrad 34 ist mit einer Tretachse 35 des Pedalantriebs 16 verbunden. Die Tretachse 35 ist an ihren beiden Enden mit den Pedalkurbeln 36a/b verbunden und über Tretlager 37a/b im Rahmen 2 des Fahrrads drehbar gelagert. Die Kegelzahnräder 30, 31 bzw. 33, 34 der Kegelradgetriebe 14, 15 sind so angeordnet, daß der Drehsinn des Handkurbelantriebs 13 des Pedalantriebs 16 gleichgerichtet ist.

Weiterhin werden die Kegelradgetriebe 14, 15 so montiert, daß sich eine um 180° versetzte Bewegung des Handkurbelantriebs 13 im Bezug zum Pedalantrieb 16 ergibt. Dies ist insbesondere in Fig. 7 erkennbar. Anhand dieser Figur ist ohne weiteres ersichtlich, daß zeitgleich mit dem Niederdrücken der linken Handkurbel 26a am Handgriff 27a die rechte Pedalkurbel 36b mit dem Pedal 9b abwärts gedrückt wird. Ebenso werden zugleich die Handkurbel 26b mit Handgriff 27b und die Fußkurbel 36a mit Pedal 9a betätigt. Auf diese Weise ergibt sich eine diagonale Belastung zwischen Hand- und Fußantrieb, die eine dem natürlichen Gehen bzw. Laufen ähnliche Körperbewegung hervorruft. Diese Bewegung entspricht dem physiologischen Diagonal- oder Kreuzgang.

Der Lenkmechanismus 17 ist anhand den Fig. 8, 9a und 9b näher veranschaulicht. Insbesondere in Fig. 9a ist erkennbar, wie die Sattelwelle 20 mit einem Kugellager 39 drehbar in der Sattelbüchse 42 gelagert ist. Am unteren Ende ist die Sattelwelle 20 über ein Gleitlager, z. B. eine Kunststoffbüchse 43, im Rahmenrohr 40 gelagert. Die Drehachsen 21a/b sind ebenfalls am Rahmenrohr 40 fest angebracht, z. B. verschweißt. In den Drehachsen 21a/b sind die Lenkhebel 22a/b drehbar aufgehängt. Sie werden über die Lenkzapfen 19a/b beim Drehen des Sattelwelle 20 ausgelenkt. Hierdurch werden die Lenkstangen 23a, b, die an die Lenkhebel 22a/b angelenkt sind, betätigt. Verschiedene Bohrungen 41 sind für die Befestigung der Lenkstangen 23a/b in jedem Lenkhebel 22a/b vorgesehen. Hierdurch läßt sich je nach Bedarf das Übersetzungsverhältnis zwischen der Auslenkung des Lenkzapfens 19a/b zur Auslenkung der Lenkstange 23a/b variieren und nach den Wünschen des Fahrers einstellen.

In Fig. 9b ist insbesondere erkennbar, daß die Lenkstangen 23a/b sich kreuzen, bevor sie zur Vordergabel 24 geführt werden. Auf diese Weise wird die Drehrichtung der Sattelwelle 20 gleichgerichtet mit der Drehrichtung der Vordergabel 24, d. h. bei einer Drehung der Hüfte nach rechts dreht sich die Vordergabel 24 und somit das Vorderrad 5 ebenfalls nach rechts. Ohne das Kreuzen der Lenkstangen 23a/b würde die Vordergabel 24 genau in die entgegengesetzte Richtung drehen, wie die Sattelwelle 20.

In den Fig. 10a und 10b ist eine andere Variante einer Sattellenkung dargestellt, die ohne das Übersetzungsgetriebe mit Hilfe der Lenkhebel 22 arbeitet. In diesem Fall sind die Lenkstangen 23a und 23b, von denen in der Darstellung gem. Fig. 10a nur die vordere Lenkstange 23a sichtbar ist, unmittelbar an der Sattelwelle 20 angelenkt. Durch den Fortfall der Lenkhebel 22 erübrigt sich hierbei eine Überkreuzung der Lenkstangen 23a/b. In Fig. 10b ist eine Möglichkeit zur Anlenkung der Lenkstangen 23a/b an die Sattelwelle 20 dargestellt. Hierbei sind an den Lenkzapfen 19a, b sogenannte Winkelgelenke 86a, b angebracht, die mit Lenkstangen 23a, b zu verbinden, beispielsweise zu verschrauben, sind. Die Winkelgelenke 86a, b können beispielsweise in Form von Kugelkopfgelenken ausgebildet sein.

Das Fahrrad gemäß Fig. 11 umfaßt ein drehbar gelagertes Kurbelgehäuse 50 für den Handkurbelantrieb 13. Eine nachfolgend näher erläuterte mechanische Kopplung 51 mit der Lenkgabel 52 ermöglicht eine Lenkung des Fahrrads 1 über den Handkurbelantrieb 13. In dieser Darstellung ist weiterhin sehr gut erkennbar, daß die Phase des Pedalantriebs 16 um ca. 180° gegenüber dem Handantrieb 13 versetzt ist.

Die drehbare Ausführung des Kurbelgehäuses 50 der Handkurbel 53 geht insbesondere aus Fig. 12 hervor. Zwei Kugellager 54, 55 ermöglichen die Drehbarkeit des Kurbelgehäuses 50. Im Inneren des Kurbelgehäuses ist das Kegelradgetriebe 14 wie vorbeschrieben angeordnet.

Die Kopplung 51 zwischen Kurbelgehäuse 50 und Lenkgabel 52 ist in Fig. 13 vergrößert dargestellt. Am Kurbelgehäuse 50 ist ein Rohrstutzen 56 befestigt, in den ein Kolben 57 verschiebbar eingelegt ist. Der Kolben 57 ist mit einer Ausnehmung 58 versehen, die teilweise die Form einer Kugeloberfläche aufweist.

In die Ausnehmung 58 ist ein Kugelkopf 59 eines Lenkzapfens 60 eingelegt, der in eine Hülse 61 eingeschraubt ist. Die Hülse 61 ist verschiebbar an einem Ausleger 62 eines Lenkerrohres 63 befestigt. Mit einer Vorrichtung 51 läßt sich eine Drehung des Kurbelgehäuses 50 mit einer Drehung der Lenkgabel 52 koppeln, obwohl die Drehachsen unter einem Winkel γ stehen. Durch die Verschiebbarkeit des Kolbens 57 sowie der Hülse 61 in Verbindung mit der gelenkigen Ausbildung der Ausnehmung 58 mit dem Kugelkopf 59 kann ein entsprechender Längenausgleich in allen notwendigen Richtungen erfolgen.

Eine Kopplung der Lenkdrehung des Handantriebs 13 mit der Lenkgabel 52 kann jedoch auch anderweitig, beispielsweise über Seilzüge oder dergleichen erfolgen.

Die Kombination einer Sattellenkung mit einer Handlenkung wie vorbeschrieben, ist ohne weiteres realisierbar und bewirkt ein verbessertes Gleichgewicht vor allem auch beim Fahren mit kräftigem Handeinsatz.

Fig. 14 zeigt in einer Draufsicht, daß die Handgriffe 64 bezüglich der Längsachse L unter einem Winkel δ geneigt angeordnet sind. Dies ermöglicht eine angenehmere Handhaltung während der Bewegung. Der Handgriff 64 weist an seinem vorderen Bereich Halterungen 65, beispielsweise zur Befestigung einer Schaltung oder eines Bremshebels auf.

Die geneigte Lagerung der Handgriffe der Handkurbel geht weiterhin aus Fig. 15 hervor. Die Handgriffe 64 sind in dieser Ausführungsform fest mit einer Hohlachse 66 verbunden, beispielsweise verschweißt. Im Inneren der Hohlachse 66 ist eine Welle 67 mittels zweier Kugellager 68, 69 drehbar gelagert. Hierfür sind an der Hohlachse 66 entsprechende Lagerschalen 70 integriert. Die Welle 67 wird an ihrem dem Handgriff 64 gegenüberliegenden Ende mittels eines Gewindes 72 an der Handkurbel 53 befestigt.

Die Darstellung gemäß Fig. 16a veranschaulicht die Möglichkeit, den Handantrieb und den Fußantrieb hydraulisch zu koppeln. In diesem Fall verfügen sowohl der Handantrieb als auch der Fußantrieb über jeweils eine Kurbelwelle 73, 74, mittels denen in der Drehung zwei Hydraulikzylinder 75 an den Handantrieb 53 bzw. Pedalantrieb 16 gekoppelt sind. Zwei Leitungen 77, 78 verbinden jeweils die stangenseitigen sowie die kolbenseitigen Hydraulikkammern miteinander. Hierdurch ist eine gegenphasige Kopplung zwischen Handantrieb 53 und Fußantrieb 16 gewährleistet. Auch bei dieser Art der Kopplung ist darauf zu achten, daß keine Übersetzung zwischen Handantrieb 53 und Fußantrieb 16, beispielsweise durch unterschiedliche Kolbenquerschnitte bzw. -längen vorgenommen wird, da hierdurch die Phasenbeziehung zwischen Handantrieb 53 und Fußantrieb 16 gestört werden würde.

Für einen gleichmäßigeren Lauf einer Vorrichtung gem. Fig. 16a können auch mehrere Hydraulikzylinder 75, 76 parallel zueinander vorgesehen werden, die sich in unterschiedlicher Phase befinden, so daß in der Position, in der sich ein Hydraulikzylinder 75, 76 am Umkehrpunkt befindet, sich wenigstens ein weiterer Zylinder zwischen seinen beiden Endstellungen befindet.

Eine Weiterbildung dieser Ausführungsform kann auch mit hydraulischen Pumpen, beispielsweise Zahnradpumpen, Flügelzellen- oder Drehschieberpumpen vorgenommen werden, wobei wiederum darauf zu achten ist, daß keine Über- oder Untersetzung zwischen dem Handantrieb 53 und dem Fußantrieb 16 vorgenommen wird, um den Phasenversatz konstant zu halten.

Fig. 16b zeigt eine schematische Anordnung einer hydraulischen Kopplung zwischen Hand- und Fußantrieb mit Hilfe von Zahnradpumpen 87, 88, von denen jede zwei ineinander greifende Zahnräder 89a/b, 90a/b in einem Pumpengehäuse 91, 92 aufweist. Die Zahnräder 89a/b, 90a/b ragen jeweils in einen Pumpenkanal 93, 94 hinein. Die Pumpenkanäle 93, 94 sind über Hydraulikleitungen 95, 96 miteinander verbunden, wobei in der Hydraulikleitung 96 ein zusätzliches Drosselventil 97 vorgesehen ist. Ein Durchflußmesser 98 mißt den durch die Leitungen 95, 96 fließenden Volumenstrom. Dieser Volumenstrom kann in Verbindung mit dem Strömungswiderstand zur Bestimmung der Leistung herangezogen werden.

In die hydraulischen Leitungen 95, 96 können ein oder mehrere Regelventile eingebaut werden, um den Widerstand zu regeln. Dies ist insbesondere bei einem Trainingsgerät, wie einem Heimtrainer von Vorteil, da hiermit der Belastungsgrad des trainierenden Körpers eingestellt werden kann, ohne daß andere Maßnahmen, beispielsweise Reibräder oder dergleichen notwendig sind. Da der Widerstand durch hydraulische Regelung geschwindigkeitsabhängig ist, ergibt sich hierdurch eine größere Annäherung an die Verhältnisse eines Fahrrads als bei den häufig bei Heimtrainern verwendeten Reibrädern.

In Fig. 17 ist ein feststehender Heimtrainer 79 als Trainingsgerät dargestellt. Das bislang übliche Reibrad 80 ist hier angedeutet. In der Darstellung gemäß Fig. 17 ist die Höhenverstellbarkeit (vgl. Doppelpfeil H) des Handantriebs 53 mit Hilfe eines teleskopierbar in ein Außenrohr 80 einfahrbares Innenrohr dargestellt. Am Innenrohr 81 ist der Handantrieb 53 befestigt. Die eingestellte Position kann über eine Spannvorrichtung 82 fixiert werden. Weiterhin ist der Winkel ε zwischen der Vertikalen und dem Außenrohr 80 bzw. Innenrohr 81 ebenfalls verstellbar, indem das Außenrohr 80 um die Achse 83 des Pedalantriebs 16 schwenkbar ist. Auch hier dient eine Spannvorrichtung 84 zur Fixierung der einmal eingestellten Position. Bei einem Heimtrainer der genannten Art kann der Handantrieb 53 in beliebiger Höhe und in beliebigem Abstand zum Sattel 85 angeordnet werden.

Die Fig. 18 und 19 zeigen ein Kinderfahrrad, vergleichbar mit herkömmlichen Dreirädern. An Stelle des üblicherweise vorgesehenen vorderen Einzelrades mit Pedalen ist in dieser Ausführungsform ein Zwillingsrad 99 mit zwei Vorderrädern 100a/b vorgesehen. Jedes Vorderrad 100a/b ist mit einem Pedal 101a/b versehen. Das Zwillingsrad 99 ist über eine Achse 102 an einem Hohlrohr 103 gelagert, das wiederum über zwei Halterungslaschen 104a/b am Rahmen 105 über eine vertikale Achse 106 drehbar gelagert ist. Im Innern des Hohlrohres 103 ist ein Zahnriemen 107 geführt, der um nicht näher dargestellte Zahnräder gelegt ist. Eines der Zahnräder ist mit der Achse 102 der Vorderräder 100a/b drehfest verbunden. Das andere Zahnrad wird mit der Achse 107 einer an Stelle einer Lenkstange vorgesehenen Handkurbel 108 drehfest befestigt. Vorliegend besteht die Handkurbel 108 aus zwei mit jeweils einem Handgriff 109 versehenen Kurbelscheiben 110, die entsprechend dem Zwillingsrad 99 beidseits des Hohlrohrs 103 angeordnet sind. Auch bei dem Kinderfahrrad gemäß den Fig. 18 und 19 ist deutlich der um 180° eingestellte Phasenversatz zwischen Handantrieb und Fußantrieb anhand der Pedale 101b bzw. der Handgriffe 109 erkennbar.

Eine Vorrichtung der beschriebenen Art ermöglicht eine gesunde Körperbewegung, wobei stets die diagonal liegenden Gliedmaßen, d. h. der linke Arm mit dem rechten Fuß bzw. der rechte Arm mit dem linken Fuß gemeinsam angestrengt werden. Dies kommt dem natürlichen Bewegungsmuster des Menschen entgegen, wodurch ein ausdauerndes ermüdungsfreies Fahren ermöglicht wird. Durch den Handkurbelantrieb ergibt sich zudem eine deutlich gesteigerte Leistungsfähigkeit. Die beschriebenen Arten der Lenkung, die bei einem Heimtrainer natürlich nicht erforderlich ist, lassen sich nach einiger Übung problemlos und sicher betätigen.

Über die dargestellten Ausführungsbeispiele hinaus sind auch weitere Kopplungsmechanismen zwischen Handantrieb und Fußantrieb denkbar, wobei unbedingt auf eine während der Bewegung konstante Phasenbeziehung zwischen Hand- und Fußantrieb zu achten ist. Außerdem lassen sich alle beispielsweise im Zubehörhandel für Fahrräder oder Heimtrainer bekannten und handelsüblichen Komponenten mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung kombinieren.

Bezugszeichenliste

1

Fahrrad

2

Rahmen

3

Sattel

4

Laufrad

5

Laufrad

6

Kettenrad

7

Halterung

8

Antriebskette

9

a/b Pedal

10

Ritzel

11

Antriebskette

12

Halterung

13

Handkurbelantrieb

14

Kegelradgetriebe

15

Kegelradgetriebe

16

Pedalantrieb

17

Lenkmechanismus

18

Getriebe

19

Lenkzapfen

20

Sattelwelle

21

Drehachse

22

Lenkhebel

23

a/b Lenkstange

24

Vordergabel

25

Längenverstellung

26

a/b Kurbel

27

a/b Handgriff

28

a/b Kugellager

29

a/b Kugellager

30

Kegelzahnrad

31

Kegelzahnrad

32

Antriebswelle

33

Kegelzahnrad

34

Kegelzahnrad

35

Tretachse

36

a/b Pedalkurbel

37

a/b Tretlager

38

Zugfeder

39

Kugellager

40

Rahmenrohr

41

Bohrung

42

Sattelbüchse

43

Kunststoffbüchse

44

Kugellager

45

Kugellager

50

Kurbelgehäuse

51

Kopplung

52

Lenkgabel

53

Handkurbel

54

Kugellager

55

Kugellager

56

Rohrstutzen

57

Kolben

58

Ausnehmung

59

Kugelkopf

60

Lenkzapfen

61

Hülse

62

Ausleger

63

Lenkerrohr

64

Handgriffe

65

Halterung

66

Hohlachse

67

Welle

68

Kugellager

69

Kugellager

70

Lagerschale

71

Lagerschale

72

Gewinde

73

Kurbelwelle

74

Kurbelwelle

75

Hydraulikzylinder

76

Hydraulikzylinder

77

Leitung

78

Leitung

79

Heimtrainer

80

Außenrohr

81

Innenrohr

82

Spannvorrichtung

83

Achse

84

Spannvorrichtung

85

Sattel

86

a/b Winkelgelenke

87

Zahnradpumpe

88

Zahnradpumpe

89

a/b Zahnräder

90

a/b Zahnräder

91

Pumpengehäuse

92

Pumpengehäuse

93

Pumpenkanal

94

Pumpenkanal

95

Hydraulikleitung

96

Hydraulikleitung

97

Drosselventil

98

Durchflußmesser

99

Zwillingsrad

100

a/b Vorderrad

101

a/b Pedal

102

Achse

103

Hohlrohr

104

a/b Halterungslasche

105

Rahmen

106

Achse

107

Achse

108

Handkurbel

109

Handgriff

110

Kurbelscheibe

Claims (25)

1. Vorrichtung zur Bewegung des menschlichen Körpers mit einer Pedalkurbel und einer Handkurbel, wobei die Phase der Handkurbel mit der Phase der Pedalkurbel mit konstantem Phasenversatz gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung der Bewegung an einen Diagonal- oder Kreuzgang der Phasenversatz der Handkurbel bezüglich der Pedalkurbel zwischen 135° und 225° vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase der Handkurbel (13) gegenüber der Phase der Pedalkurbel (16) im Wesentlichen um 180° versetzt ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hebelverhältnis der Handkurbel zur Pedalkurbel zwischen 1 : 1 und 1 : 1,6 liegt.

4. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehsinn der Handkurbel (13) und der Drehsinn der Pedalkurbel (16) gleich gerichtet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Handkurbel (13) sowie die Kopplung (14, 15, 32) mit der Pedalkurbel (16) wenigstens teilweise zentral in den Rahmen (2) integriert sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung der Handkurbel (13) mit der Pedalkurbel (16) ein Kegelradgetriebe (14, 15) und/oder ein Kettengetriebe und/oder ein Zahnriemengetriebe und/oder eine Kurbelwelle mit Pleuelstange umfaßt.

7. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Handantrieb und der Pedalantrieb hydraulisch oder pneumatisch gekoppelt sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Regel- und/oder Drosselventil zur Einstellung oder Verstellung des hydraulischen bzw. pneumatischen Widerstands vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine feste Halterung (12) für die Handkurbel (13) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine handunabhängige Lenkung (17) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine Lenkung (17) an die Bewegung des Sattels (3) gekoppelt ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein Stangen- und/oder Seilzuggetriebe (18) zwischen Vorderrad (5) und drehbarem Sattel (3) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkung (17) an die Handkurbel (13) gekoppelt ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein drehbares Kurbelgehäuse (50) für die Handkurbel (13) vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine Nabenschaltung und/oder eine Kettenschaltung vorgesehen ist.

16. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung und/oder Bremsen von Handgriffen (64) der Handkurbel (13) aus bedienbar sind.

17. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Handgriffe (64) der Handkurbel bezüglich der Längsachse L der Vorrichtung in Geradeausstellung unter einem Winkel δ angeordnet sind.

18. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Sattel beweglich gelagert ist.

19. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Sattel über eine elastische Halterung beweglich gelagert ist.

20. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Handkurbel von der Pedalkurbel variabel ist.

21. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung ε und/oder der Abstand der Handkurbel zum Sattel (85) variabel ist.

22. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Motor vorgesehen ist.

23. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine Erfassung der von dem Körper erbrachten Leistung vorgesehen ist.

24. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückwärtsbewegung unter Belastung vorgesehen ist.

25. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei einem Spielzeug, personengetriebenen Fahrzeugen, feststehenden Trainingsgeräten und/oder Therapiegeräten verwendet wird.