DE19838562A1 - Sitzvorrichtung mit einer zyklisch ändernden Neigungsorientierung der Sitzfläche - Google Patents

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Sitzvorrichtung mit einem etwa horizontal orientierten Sitzstück (10) und einem im wesentlichen vertikal orientierten Standfuß (20) mit einer Zentralachse (21), an welcher das Sitzstück so angeordnet ist, daß es gegenüber der Zentralachse (21) eine vorgegebene geringe Neigung (alpha) besitzt und die Orientierung der Neigung (alpha) um die Zentralachse (21) herumlaufend zyklisch änderbar ist (30). Eine einseitige Belastung wird damit beim Sitzenden auch dann vermieden, wenn er nicht regelmäßig selbständig an eine Veränderung seiner Sitzposition denkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sitzvorrichtung, mit einem etwa horizontal orientierten Sitzstück, das eine Sitzfläche definiert, und einen im wesentlichen vertikal ausgerichteten Standfuß, an dem das Sitzstück angeordnet ist.

Sitzvorrichtungen, insbesondere Bürostühle, sind heute bereits oft so aufgebaut, daß sie einen natürlichen Bewegungsspielraum des Sitzenden ermöglichen, sei es durch eine Neigungsbewegung der Sitzfläche nach rückwärts und vorwärts, der eine Federkraft entgegenwirkt, oder sei es durch eine Schaukelbewegung, bei der die Sitzflächen auf Kufen angeordnet sind und so eine natürliche Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Sitzenden ermöglichen. Bei beiden ergonomischen Sitzmöglichkeiten bietet sich für den Sitzenden die Gelegenheit, während eines zeitlich lang andauernden Sitzvorganges die Stellung seiner Wirbelsäule und damit die Position der Wirbel zueinander zu verändern, um eine einseitige Abnutzung der Bandscheiben zu verhindern. Damit kann mit einer wechselnden Druckbelastung der Bandscheiben der Stoffwechsel derselben verbessert werden. Da die Bandscheiben wie ein Schwamm bei Druckbelastung ausgepreßt werden, können sie sich bei Entlastung wieder mit Nährstoffen vollsaugen.

Ausgehend davon ist es Aufgabe der Erfindung, eine einseitige Belastung der Bandscheiben der Wirbelsäule beim Sitzen weitergehend zu vermeiden, insbesondere den Sitzenden davon zu entlasten, selbst an eine regelmäßige Änderung seiner Sitzposition denken zu müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dann gelöst, wenn das Sitzstück eine gegenüber der Zentralachse ausgerichtete vorgegebene Neigung aufweist, die gering ist, und diese Neigung eine Orientierung besitzt, die sich zyklisch ändert.

Damit schafft die Erfindung die Möglichkeit, die Stellungen der Wirbelsäule zwischen einer Lordose und einer Kyphose so stetig zu verändern, daß die paravertebrale Muskulatur dynamisch belastet wird. Eine immer fortwährende Veränderung der Neigungsorientierung sorgt dafür, daß eine statische Belastung auf die Bandscheiben nur für eine sehr kurze Zeit auftritt und vom Wesen her die Bandscheibe durch die zyklisch umlaufende Neigungsorientierung in ihren Haupt-Druckbereichen ebenso zyklisch umlaufend sich verändert, daß eine einseitige Abnutzung verhindert werden kann. Ebenso können einseitige Muskelverspannungen verhindert werden, weil die entsprechende Paravertebral-Muskulatur ständig der sich zyklisch ändernden Neigungsorientierung entgegenwirkt und damit aktiv und ohne bewußtes Veranlassen des Sitzenden, indirekt beeinflußt von der Veränderung der Stellung der Sitzfläche eine Gegenbewegung ausübt, um das Gleichgewicht wieder zu erreichen, also so die Stellung der Wirbel zueinander beeinflußt, daß der Oberkörper wieder praktisch gerade ausgerichtet ist, obwohl die Sitzfläche in ihrer Neigungsorientierung eine entsprechende Neigung des Oberkörpers verursachen würde.

Die umlaufende Orientierung der Neigung induziert also am Sitzstück ausgehend eine Reaktion der Paravertebral-Muskulatur, um die von unten induzierte Neigungsveränderung wieder zu kompensieren, und dadurch wird eine stetig wechselnde Muskelbeanspruchung erreicht, die der Sitzende von sich aus nicht dauernd ausführen würde.

Das Gleichgewichtsorgan kompensiert diese umlaufende Neigungsorientierungs- Veränderung, ohne daß bewußt daran gedacht werden müßte, stetig seine Sitzposition zu verändern. Die "Neigungsänderung" ist automatisiert keine Änderung des Kippwinkels nach seinem Betrag, sondern die Änderung der Orientierung des Winkels im Sinne der Veränderung der Richtung der Neigungsebene im Raum, so daß eine Senkrechte in der Mitte der Sitzfläche bei der Bewegung einen Kegel K umschreibt, dessen Kegelwinkel der doppelte Neigungswinkel ist.

Das Induzieren der zyklisch umlaufenden Änderung der Neigungsorientierung wird veranlaßt durch eine Steuereinrichtung (Anspruch 5), die unterhalb des Sitzstücks angeordnet ist. Sie kann zum Beispiels nach Art von mehreren, ihren Hub leicht verändernden Zylinderstößeln ausgebildet sein (Anspruch 11), ebenso kann aber ein Motor vorgesehen sein, der direkt unterhalb des Sitzstücks so angeordnet ist, daß er die Neigungsorientierung in ihrer Veränderung steuert (Anspruch 7). Der die zentrale Achse definierende Standfuß kann auf einem sternförmig ausgebildeten Rollfuß nach Art eines Bürostuhles mittig angeordnet sein, um eine seitliche Verlagerung der Sitzvorrichtung auf dem Boden zu erreichen.

Der Standfuß, auf dem die sich in ihrer Neigung umlaufend verändernde Sitzfläche angebracht ist, ist selbst im Raum fest orientiert, ändert also seine vertikale Achse nicht. Ein Gelenk, mit dem das Sitzstück gegenüber der raumfest orientierten Zentralachse neigungsorientiert veränderlich ist, ist zum Beispiel ein Kugelgelenk, um jede räumliche Orientierung des Sitzstücks zuzulassen.

Das Sitzstück kann nach Art eines Sattels ausgebildet sein (Anspruch 3), es kann aber auch eine herkömmliche viereckige oder dreieckige Sitzfläche sein, die praktisch flach ausgebildet ist, nur die entsprechende Neigung und den Umlauf der Neigung aufweist.

Um eine Vielseitigkeit der Sitzvorrichtung zu ermöglichen, kann das Sitzstück austauschbar am Standfuß angeordnet sein, so daß verschiedene Sitzflächen bei gleichem Unterbau Anwendung finden. Die Steuereinrichtung zur Steuerung der Neigungsorientierung kann dabei jeweils dem Standfuß zugeordnet verbleiben und nicht mit ausgetauscht werden.

Die Bereiche, in denen die Neigungswinkel an die Sitzgewohnheit des Sitzenden eingestellt sind, können zwischen 1° und 20° gegenüber der Horizontalen verlaufen. Der Zeitbedarf, der zum Umlaufen einer eingestellten Neigungsorientierung in der Steuereinrichtung eingestellt wird, kann zwischen sehr schnell umlaufenden und sehr langsam umlaufenden Bewegungen verändert werden. So sind zwischen 5 sec und 15 min für einen Umlauf der Neigungsorientierung möglich (Anspruch 6, Anspruch 7).

Speziell zur Anpassung an die Gewohnheiten eines jeweils Sitzenden kann der Neigungswinkel eingestellt werden und in dem eingestellten (vorgegebenen) Maß fixiert werden (Anspruch 8). Diese voreingestellte Neigung ändert dann bei Einschalten der Steuereinrichtung ihre Orientierung, um die Gegenreaktion der Paravertebral- Muskulatur und die entsprechende Änderung der Haupt-Belastungsbereiche ebenso umlaufend in den Bandscheiben zwischen jeweils zwei Wirbeln zu erreichen.

Anschaulich vorgestellt entspricht die Neigungsänderung jeweils einer geringen wellenförmig verlaufenden Hubbewegung von zwei angenommenen Punkten, die auf einer Geraden durch die Zentralachse liegen und am Rand des Sitzstücks angeordnet sind. Diese Punkte haben jeweils eine sinusförmige Höhenfunktion gegenüber einer mittleren Höhe, die der Höhe des Standfußes entspricht. Die beiden sinusförmigen Bewegungen sind um 180° gegeneinander phasenverschoben, so daß jeweils der eine der beiden Punkte sein oberes Maximum erreicht hat, wenn der gegenüberliegende Punkt sein Minimum hinsichtlich der Hubhöhe erreicht hat (Anspruch 9).

Die Hubhöhe der angenommenen Punkte ist nur gering gegenüber der fest vorgegebenen mittleren Höhe, also der Höhe des Standfußes. Sie liegt bei normalen Sitzflächen mit einer hälftigen Breite von zwischen 20 und 30 cm im Bereich von 1 cm bis 5 cm bis 12 cm am jeweiligen Rad der Sitzfläche, die aber nicht nur viereckig, sondern auch dreieckig und insbesondere sattelförmig ausgebildet sein kann (Anspruch 10, Anspruch 2, 3).

Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung erläutern und ergänzen.

Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem sattelförmigen Sitzstück 10 auf einem vertikal ausgerichteten Standfuß 20, der auf einem sechsarmigen Traggestell 24 angeordnet ist, welch letzteres mit Rollen entlang einer Oberfläche verschiebbar ist.

Fig. 2A bis Fig. 2D sind räumlich um jeweils 90° beabstandete Winkelorientie­ rungen phi(t) bzw. ϕ(t) des Sitzstücks 10, wobei α eine voreingestellte Neigung definiert, deren Orientierung im Raum jeweils durch den dargestellten schwarzen Keil repräsentiert ist, bei jeweils um 90° beabstandeten umfänglichen Orientierungen, die entlang des Winkels phi(t) bzw. ϕ(t) dargestellt werden, wie in Fig. 1 durch den Kegel K als Rotationsfläche der Normalen zur Sitzfläche im Zentralbereich Z veranschaulicht wird.

Fig. 3 ist eine Aufsicht auf die Sitzfläche des Sitzstücks 10 von oben und eine Darstellung einer Hubvariation k₁₁ und k₁₂ über die Umfangsorientierung phi. T₀ ist die Zeitdauer für einen Umlauf.

Die Sitzvorrichtung der Fig. 1 hat einen rollenden Standfuß 24, der aus mehreren Armen mit jeweils am Ende angeordneten Möbelrollen 22 versehen ist. Der Standfuß 20 ist so raumfest vertikal orientiert. An seinem oberen Ende trägt er ein in dem Beispiel der Fig. 1 sattelförmig ausgebildetes, vorne spitz zulaufendes und im hinteren Bereich etwa halbrundes Sitzstück 10. Nicht explizit dargestellt, aber sinngemäß verdeutlicht und im Folgenden detaillierter erläutert ist eine Steuervorrichtung 30 unterhalb des Sitzstücks 10 angeordnet, um eine Neigungsveränderung α im Winkel phi umlaufend um eine zentrale Achse 21, die parallel zum Standfuß 20 verläuft, zu erreichen.

Der auf dem Sitzstück 10 Sitzende ist nicht dargestellt, es ist aber leicht vorstellbar, daß die Neigungsorientierung α, die anhand der Fig. 2 erläutert wird, eine entsprechende Gegenreaktion in der Paravertebral-Muskulatur und der Stellung der Wirbel des Sitzenden veranlaßt, der bemüht ist, seine gerade ausgerichtete Sitzposition zu erhalten, obwohl die durch den Kegel K dargestellte Neigungsänderung im Raum seiner Sitzfläche steuernd aufgezwungen wird. Der Sitzende wird also aktiv tätig und kompensiert die auf seine Sitzfläche durch die Steuereinrichtung 30 aufgezwungene umlaufende Wechselbewegung, so daß eine dynamische Belastung bei ihm erreicht werden kann, obwohl er passiv sitzt und eigentlich aktiv und von sich aus bewußt keine Bewegungen vorzunehmen braucht. Die Kompensationsbewegung ist nach einigem Sitzen und etwas Übung praktisch in das Unterbewußtsein eingedrungen und wird vom Sitzenden automatisch ausgeführt, der dadurch aktiv an Sitzkomfort gewinnt, ohne aktiv an diesen Sitzkomfort dauernd denken zu müssen.

Die Neigungsorientierung wird in den Fig. 2 anhand des umlaufenden keilförmigen Winkels α an vier Winkelpositionen 45°, 135°, 225° und 315° gezeigt. Ausgehend von der vertikal orientierten Achse 21, die durch den Standfuß 20 verläuft, zeigt eine Gerade 10a in Fig. 2B, die durch die Achse 21 auf Höhe der Sitzfläche verläuft, daß es Randpunkte 11, 12 gibt, die an dem äußeren Bereich des Sitzstücks 10 zu liegen kommen. Diese Gerade 10a soll raumfest verbleiben und zeigt für die Endpunkte 11 und 12, wie an der Fig. 3 später erläutert wird, eine sinusförmige Hubbewegung gegenüber einem mittleren Höhenniveau h₀, das der Lage des Zentrums Z des Sitzstücks 10 und damit etwa der normalen Höhe des Standfußes 20 entspricht.

Die Steuereinrichtung 30 veranlaßt eine Veränderung der Orientierung der Neigung im Raum, ausgehend von der in Fig. 2A dargestellten Winkeldrehung phi = 45° kontinuierlich weiter bis zur Winkeldrehung phi = 135°, bei der die Ebene des Sitzens ihre Orientierung im Raum geändert hat, also von einer Neigung von rechts oben nach links unten in Fig. 2A zu einer Neigung von links oben nach rechts unten in Fig. 2B geändert hat. Zwischen diesen beiden Bereichen verläuft eine kontinuierliche Drehbewegung der Neigung, so daß keine ruckartigen induzierten Bewegungen vom Sitzenden zu kompensieren sind, sondern eine praktisch unbemerkte, ganz leichte Veränderung seiner Stellung der Wirbelsäule von der Paravertebral-Muskulatur veranlaßt wird. Die Fig. 2C und 2D sind eine jeweilige weitere Schwenkung der Ebene von der Fig. 2B ausgehend, wobei in der Fig. 2C bei dem Drehwinkel von phi = 225° die Ebene des Sitzens jetzt von links unten nach rechts oben geneigt verläuft, also links unten höher steht, als rechts oben, während sie in Fig. 2A noch rechts oben höher lag, als links unten. In Fig. 2D ist beim Winkel von phi = 315° die Ebene geneigt von rechts unten nach links oben, wobei die Sitzebene rechts unten höher liegt, als links oben. Die zuvor erwähnten Begriffe rechts/unten und links/oben beziehen sich auf die dreidimensional dargestellten Fig. 2, der Neigungsverlauf der Ebene ist jeweils anhand des Keiles des Winkels α ersichtlich und die entsprechenden Zwischenstellungen der vier gezeigten Stellungen sind leicht durch eine kontinuierliche Drehung des Keils vorstellbar.

Eine solche kontinuierliche Neigungsveränderung der Sitzfläche ist anschaulich auch an der Fig. 3 zu erläutern, die als Beispiel drei von oben ersichtliche Angriffspunkte 41, 42, 43 von drei Zylindern zeigt, die entsprechende Stößel vertikal ausgerichtet haben und umfänglich um den Standfuß 20 angeordnet sind. Die Ausrichtung der Zylinder muß nicht zwingend vertikal sein, sie können auch so ausgerichtet sein, daß sie am unteren Fußpunkt 23 des Standfußes 20, dort, wo er in das Fahrgestell 24 übergeht, angeordnet sind und deshalb leicht schräg nach oben ragen, um am Sitzkörper 10 in einem geringen Abstand von dem Zentrum Z des Sitzkörpers an seiner Unterfläche anzugreifen. Die Stößel der Hubzylinder können elektrisch oder hydraulisch oder durch ein aufziehbares Uhrwerk so gesteuert sein, daß die in Fig. 2A bis 2D gezeigte Orientierungsveränderung der Neigung der Sitzebene erhalten wird. Es können auch mehr als drei Zylinderstößel Verwendung finden, vorteilhaft sind allerdings die drei in umfänglichem Abstand von 120° angeordneten Steuerzylinder als mechanische Steuereinrichtung vorzusehen.

Die Hubbewegung eines dreieckförmig als Sattel ausgebildeten Sitzkörpers 10 mit einem rückwärtig angeordneten Wulst 13 zur Stützung der Lendenwirbelsäule (LWS) zeigt das Diagramm des Höhenverlaufes der zuvor schon beschriebenen Punkte 11, 12 entlang der durch das Zentrum Z (oder 21) des Sitzkörpers 10 laufenden Geraden 10a. Die Normalhöhe h₀ entspricht der Höhe der horizontalen Ebene, erhöht durch den Standfuß 20 oberhalb des Bodens, auf dem die Rollen 22 gleiten. Diese mittlere Höhe h₀ kann wie bei üblichen Bürostühlen einstellbar sein, zum Beispiel durch einen Gasdruck-Hydrauliklift, sie kann aber ebenso fest vorgegeben werden. Um diese mittlere Höhe h₀ bewegen sich die Punkte 11, 12 in einergegenläufigen Sinusbewegung mit einem Differenzhub, der klein ist gegenüber der mittleren Höhe h₀. Dieser Differenzhub ist zeitlich so gesteuert, daß in 5 Sekunden bis 15 Minuten oder noch länger eine Periode T₀ durchlaufen wird, also die Neigungsorientierung wieder ihren Ausgangspunkt erreicht. Die Periode T₀ kann vom Benutzer dabei vorgegeben werden, je kürzer die umlaufende Zeit ist, desto schneller arbeitet die Paravertebral-Muskulatur zur Kompensation der Neigungsänderung. Je langsamer die Drehbewegung eingestellt wird, desto unbewußter wird eine ganz langsam verlaufende Änderung der Körperhaltung, induziert von dem ebenso langsam verlaufenden Neigungsverändern des Sitzkörpers.

Die beiden Hubkurven k₁₁(t) und k₁₂(t) können maximale Hübe h_max und h_min von zwischen 1 cm und 15 cm haben, am Rand der Sitzfläche, hier definiert durch die Punkte 11 und 12. Ist der Neigungswinkel α durch eine vorgegebene Mechanik voreinstellbar oder überhaupt einstellbar, so ändern sich auch die maximalen Hübe der Funktionen k₁₁ und k₁₂. Für die meisten Anwendungsfälle hat es sich als ausreichend erwiesen, wenn die Neigung α zwischen 1° und 15°, in Extremfällen bis 20° einstellbar ist.

Soll das Sitzstück 10 ausgewechselt werden, kann an dem Kugelgelenk zum Standfuß 20 eine entsprechende Riegelvorrichtung vorgesehen sein, die das Lösen des Kugelgelenks und das Auswechseln ermöglicht. Gleichzeitig werden die Angreifstellen 41 bis 43 der entsprechenden Zylinderstößel ebenfalls gelöst und die Sitzfläche 10 ausgewechselt.

Die gezeigten Zylinderstößel sind nur eine Realisierungsvariante für die umfängliche Orientierung der Neigungsänderung. Andere Varianten sind unterhalb der Sitzfläche direkt angeordnete, elektrisch oder durch einen mechanischen Aufziehantrieb angetriebene Motoren, die eine vorgegebene Schrägstellung der Sitzfläche umlaufend rotieren lassen. Der Fachmann kann ohne weiteres mechanische Anordnungen für diese umlaufende Neigungsveränderung entsprechend den Notwendigkeiten (Geräuscharmut, Einstellbarkeit, Kostengünstigkeit) realisieren, die von den hier als Beispiel gegebenen Bauvarianten abweichen.

Claims (11)

1. Sitzvorrichtung mit einem etwa horizontal orientierten Sitzstück (10) und einem im wesentlichen vertikal orientierten Standfuß (20) mit einer Zentralachse (21), an welcher das Sitzstück so angeordnet ist, daß es gegenüber der Zentralachse (21) eine vorgegebene geringe Neigung (α) besitzt und die Orientierung der Neigung (α) um die Zentralachse (21) herumlaufend zyklisch änderbar ist (30).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Sitzstück dreieckig oder viereckig gestaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Sitzstück (10) eine Sattelform besitzt, insbesondere ohne eine rückwärtig angeordnete Lehne, aber mit einem rückwärtig angeordneten Wulstbereich (13) zur Stützung des LWS-Bereiches der Wirbelsäule eines auf der Sitzfläche des Sitzstücks (10) Sitzenden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Sitzstück (10) auswechselbar am Standfuß (20) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Änderung der Neigungsorientierung (K; phi(t)) von einer Steuereinrichtung (30) unterhalb des Sitzstücks (10) vorgebbar ist bzw. kontinuierlich umlaufend vorgegeben wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Neigung einen Neigungswinkel (α) aufweist, der im wesentlichen zwischen 1° und 20° gegenüber einer horizontalen Ebene verläuft, die senkrecht zur Zentralachse (21) orientiert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Neigungsorientierung zeitlich im wesentlichen zwischen 5 Sekunden und 15 Minuten einmal um die Zentralachse herumläuft, insbesondere ein unter dem Sitzstück (10) angeordneter Motor der Steuereinrichtung (30) nach Anspruch 5 die Neigungsorientierung kontinuierlich verändert und dieselbe Neigungsorientierung nach dem genannten Zeitraum wieder erreicht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Neigung in ihrem Winkel (α) einstellbar und auf dem eingestellten Neigungswinkel als vorgegebener Neigungswinkel fixierbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Änderung der Neigungsorientierung (K, phi(t)) durch die Steuereinrichtung (30) selbsttätig erfolgt, insbesondere eine kontinuierlich umlaufende Höhenvariation im Randbereich des Sitzstücks (10) verursacht, darstellbar durch zwei jeweils gegenüberliegende Punkte (11, 12) auf einer Geraden (10a), die durch die Zentralachse (21) verläuft und im Randbereich des Sitzstücks (10) gedacht sind, so daß die gegenüberliegenden Punkte (11, 12) wellenförmige, gegensinnig verlaufende Hubbewegungen (k₁₁(t), k₁₂(t)) gegenüber einer mittleren Höhe (h₀) ausführen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Hubbewegungen gegenüber der Höhe des Standfußes (20) gering sind, insbesondere im Bereich von zwischen 1 cm und 15 cm am Rand des Sitzstücks (10) liegen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der drei Zylinderstößel in gleichmäßigem umfänglichen Abstand um die Zentralachse (21) herum verteilt angeordnet sind (41, 42, 43), um die Orientierung der vorgegebenen geringen Neigung (α) durch einen entsprechend gesteuerten Hub des jeweiligen Zylinderstößels zu steuern.