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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine bidirektionale Tretantriebsstruktur, insbesondere
eine Tretantriebsstruktur, bei der sowohl ein Vorwärtstreten
als auch ein Rückwärtstreten
möglich
ist.
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Stand der Technik
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Heuzutage
ist das Tempo in Städten
viel höher
als das auf dem Land. Bei den Stadtbewohnern herrscht ein hektisches
Berufsleben. In der Freizeit bleiben viele zuhause, um sich vom
Arbeitsstress zu erholen. Allerdings verschlechtern sich die physischen
Funktionen eines Menschen aufgrund des Mangels an Sportaktivitäten, was
zur psychischen Belastung führen
kann, die wiederum die Arbeitsleistung beeinträchtigt.
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Angesichts
des oben dargestellten Problems sind verschiedene Fittnessgeräte (z. B.
Heimtrainer) auf den Marktgebracht worden, damit die Leute, die vom
Arbeitsstress belastet sind und in der Freitzeit nicht gerne nach
draußen
gehen, die Möglichkeit
zur Verfügung
haben, sich zuhause zu trainieren. Allerdings ist bei herkömmlichen
Fahrrädern
oder Heimtrainern nur das Vorwärtstreten
möglich,
was auf Dauer für
den Benutzer eintönig
und so langweilig werden kann. Außerdem wird bei einer solchen
Vorwärtstretstruktur
die Bedeutung des Rückwärtstretens
vernachlässigt,
nämlich
dass das Rückwärtstreten
die Muskeln in anderen Positionen als beim Vorwärtstreten trainiert. Für Leute,
die den ganzen Tag am Tisch arbeiten oder lernen, kann das Rückwärtstreten
sogar die Müdigkeit
und Schmerzen an der Hüfte
effzienter mindern.
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Aufgrund
dessen wurden Heimtrainer hervorgebracht, bei denen sowohl das Vorwärtstreten als
auch das Rückwärtstreten
möglich
ist. Eine solche Tretantriebsstruktur kann auf unterschiedliche Weise
aufgebaut werden, wobei aufgrund der Wirkung des Schwungrads allerdings
ein Richtungswechseln im Tretvorgang nicht möglich ist, und im Falle eines mit
Zwang durchgeführten
Richtungswechselns beim Treten die Füsse verletzt werden könnten, was
die Sicherheit des Benutzers gefährdet.
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Angesichts
der beschriebenen Mängel
der vorgenannten herkömmlichen
Heimtrainer stellt sich für
die betreffende Industrie die Aufgabe und das anzustrebende Ziel,
eine neue, nützlichere
Ausgestaltung zu schaffen.
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Aufgrund
dessen hat der Erfinder gestützt von
seinen langjährigen
Erfahrungen mit Herstellung, Entwicklung sowie Ausgestaltung betreffender
Produkte sich gezielt der Lösung
dieser Aufgaben und also dem Studium der entsprechenden Technik
gewidmet und letztendlich die vorliegende nützliche Erfindung hervorgebracht.
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Aufgabe der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bidirektionale Tretantriebsstruktur
zu schaffen, bei der sowohl ein Vorwärtstreten als auch ein Rückwärtstreten
möglich
ist, und die Gefahr der Fussverletztung vermeidbar ist.
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Technische Lösung
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine bidirektionale Tretantriebsstruktur mit den Merkmalen des
Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen bidirektionalen Tretantriebsstruktur
im aufgebauten Zustand.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung des Vorwärtstretens gemäß der Erfindung.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung des Antriebsrads beim Richtungsumwechseln.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung des Rückwärtstretens gemäß der Erfindung.
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5 zeigt
eine schematische Darstellung des Antriebs der Zahnradanordnung
gemäß 4.
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6 zeigt
ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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7 zeigt
ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des ersten Getriebeelements der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung.
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8 zeigt
eine schematische Darstellung der Anwendung der Erfindung.
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Wege der Ausführung der
Erfindung
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Im
Folgenden werden Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung anhand der detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
und der beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert
werden. Jedoch soll die Erfindung nicht auf die Beschreibung und
die beigefügten
Zeichnungen beschränkt
werden.
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Wie
aus 1 bis 5 ersichtlich, ist die erfindungsgemäße bidirektionale
Tretantriebsstruktur A an einem Grundkörper (nicht dargestellt) montiert,
umfassend:
eine Trittanordnung 10, die aus einem linken
und einem rechten Pedal 11, einer Kurbel 12 und
einer Verbindungsstange 13 zusammengebaut ist;
ein
Antriebsrad 30, das aus einem antreibenden Rad 31 und
einem angetriebenen Rad 32 besteht, wobei das antreibende
Rad 31 an der dem Antriebsrad 20 gegenüberliegenden
Verbindungsstange 13 angeordnet ist und mit dem angetriebenen
Rad 32 in Eingriff steht;
eine Anordnung von eindirektionalen
Lagern 40, die aus einem ersten 41 und einem zweiten
eindirektionalen Lager 42 besteht, wobei das erste eindirektionale
Lager 41 zwischen dem Antriebsrad 20 und der Verbindungsstange 13 angeordnet
ist, so dass es, solange die Verbindungsstange 13 und das
erste eindirektionale Lager 41 sich in der gleichen Richtung drehen,
das Antriebsrad 20 zum Drehen bringen kann. Das zweite
eindirektionale Lager 42 ist zwischen dem antreibenden
Rad 31 der Zahnradanordnung 30 und der Verbindungsstange 13 angeordnet, so
dass es, solange die Verbindungsstange 13 und das zweite
eindirektionale Lager 42 sich in der gleichen Richtung
drehen, das antreibenden Rad 31 zum Drehen bringen kann.
Das erste und das zweite eindirektionale Lager 41, 42 sind
in unterschiedlichen Führungsrichtungen
angeordnet;
eine Getriebeanordnung 50, die aus einem
antreibenden Rad 51, einem angetriebenen Rad 52 und
einem ersten Getriebeelement 53 besteht, wobei das antreibende
Rad 51 durch eine Getriebestange 54 mit dem angetriebenen
Zahnrad 32 der Zahnradanordnung 30 verbunden ist,
und das Antriebsrad 20 eine Verbindungsachse 201 aufweist,
mit der das angetriebene Rad 52 der Getriebeanordnung 50 verbunden
werden kann, wodurch ein synchrones Verhältnis des Antriebsrads 20 und
des angetriebenen Rads 52 gebildet wird. Das antreibende
und das angetriebene Rad 51, 52 der Getriebeanordnung 50 können als
Zahnscheibe ausgebildet, und das erste Getriebeelement 53 kann
entsprechend mit einer Kette 531 (siehe 3)
oder einem Antriebsgetriebe 532 (siehe 7)
ausgestattet werden. Alternativ können das antreibende und das
angetriebene Rad 51, 52 der Getriebeanordnung 50 als
Riemenrad ausgebildet werden, und das erste Getriebeelement 53 kann
entsprechend als Riemen (nicht dargestellt) ausgeführt werden.
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Dabei
kann das Antriebsrad 20 durch ein zweites Getriebeelement 21 mit
einer Schwungradeinheit 70 (für Heimtrainer geeignet) oder
mit einer Zahnradscheibeeinheit (für Fahrräder geeignet) kombiniert werden,
wobei das zweite Getriebeelement 21 eine Kette (oder ein
Riemen) ist.
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Durch
die vorstehende Ausgestaltung und den Aufbau wird im Folgenden die
Anwendung der Erfindung an einem Heimtrainer beschrieben.
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Wie
aus 1, 2, 3 ersichtlich, treibt
die Vorwärtsbewegung
der Pedale 11 durch die Kurbel die Verbindungsstange 13 zum
vorwärtigen Drehen
an. Da die führend
wirkende Führungsrichtung
des ersten eindirektionalen Lagers 41 der Drehrichtung
der Verbindungsstange gleich ist (d. h., dass die Führungsrichtung
des ersten eindirektionalen Lagers 41 vorwärts verläuft), wird
das Antriebsrad 20 dadurch zum vorwärtigen Drehen gebracht. Beim Drehen
des Antriebsrads 20 wird das mit der Verbindungsachse 201 des
Antriebsrads 20 verbundene angetriebene Rad 52 mitbewegt,
wobei durch die Anordnung des ersten Getriebeelements 53 die
Drehrichtung des antreibenden 51 und des angetriebenen Rads 52 gleich
wird (also vorwärts
drehend), und die Drehrichtung des an der gleichen Achse wie das
antreibende Rad 51 befindlichen angetriebenen Zahnrads 32 und
die Richtung des antreibenden Rads 51 gleich wird (also
vorwärts
drehend). Das mit dem angetriebenen Zahnrad 32 in Eingriff
stehende antreibende Zahnrad 31 dreht rückwärts. Da sich die Verbindungsstange 13 nun
aber vorwärts
dreht, und die bestätigungswirkende
Führungsrichtung
des zwischen dem antreibenden Zahnrad 31 und der Verbindungsstange 13 befindlichen
zweiten eindirektionalen Lagers 42 in eine andere Richtung
als die Drehrichtung der Verbindungsstange 13 verläuft (d.
h., dass die Führungsrichtung
des zweiten eindirektionalen Lagers 42 rückwärts verläuft), wird
sich das eindirektionale Lager 42 leer drehen und nicht
wirken. Somit kann die Schwungradanordnung 70 durch das
Drehen des Antriebsrads 20 und über das am Antriebsrad 20 angeordnete
zweite Getriebeelement 21 (kann als Kette oder Riemen ausgeführt werden) zum
vorwärtigen
Drehen gebracht werden.
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Wird
die Vorwärtstretbewegung
im trägen (inertial)
Vorgang in die Rückwärtsrichtung
umgelenkt, wie aus 4, 5 ersichtlich,
so bringt die Kurbel 12 die Verbindungsstange 13 zum
rückwärtigen Drehen,
wodurch die antreibende Führungsrichtung
des zwischen dem Antriebsrad 20 und der Verbindungsstange 13 befindlichen
ersten eindirektionalen Lagers 41 anders verläuft (d.
h., dass die Führungsrichtung
des ersten eindirektionalen Lagers 41 vorwärts verläuft), so
dass ein leeres Drehen erfolgt. Dreht sich die Verbindungsstange 13 umgekehrt rückwärts, so
führt das
zwischen dem antreibenden Zahnrad 31 und der Verbindungsstange 13 befindliche
zweite eindirektionale Lager 42 aufgrund des rückwärtigen Tretens
das Drehen der Räder.
Wenn nun das zweite eindirektionale Lager 42 und die Verbindungsachse
sich in die gleiche Richtung drehen, wird das antreibende Zahnrad 31 zur Übertragung angetrieben.
Jetzt drehen sich die Bauelemente zwischen der Zahnradanordnung
und der Getriebeanordnung in die gleiche Richtung wie die vorgenannte Richtung,
um das Antriebsrad 20 zum vorwärtigen Drehen zu bringen. Das
vor- und rückwärtige Treten unterscheiden
sich dadurch: durch die Krafteingangsseite bringt das erste eindirektionale
Lager 41 die bidirektionale Tretantriebsstruktur A zum
Betätigen,
und beim Rückwärtstreten
ermöglicht
die Krafteingangsseite eine Umwandlung, so dass das zweite eindirektionale
Lager 42 die bidirektionale Tretantriebsstruktur A zum
Betätigen
bringt, so dass sich das Antriebsrad 20 sowohl beim Vor-
als auch beim Rückwärtstreten
immer vorwärts
dreht, und die mit dem Antriebsrad 20 gekuppelte Schwungradanordnung 70 ebenfalls
sich vorwärts
dreht. Auf diese Weise kann der Benutzer durch Vor- und Rückwärtstreten
Muskeln an unterschiedlichen Stellen der Beine trainieren und statt
eintöniger
eindirektionaler Bewegung mehr Spaß am Trainieren haben. (Anmerkung: wenn
eine Schwungradanordnung 70 sich dreht, dreht sie sich
normalerweise kontinuierlich und träge; wird das Treten der Trittanordnung 10 gestoppt,
so setzt die Trittanordnung 10 unter der Wirkung der Schwungradanordnung 70 trotzdem
weiterhin das träge
Drehen fort; wennn der Benutzer also mitten im Tretvorgang plötzlich die
Trittanordnung 10 rückwärts wechselt,
kann deswegen eine Gegenwirkung auf die Füsse des Benutzers ausgeübt werden
und zu Verletzungen der Füsse
führen,
weil sich die Schwungradanordnung 70 aufgrund der Trägheit weiterhin vorwärts dreht;
vorteilhafterweise ist es erfindungsgemäß durch die Konfiguration der
Zahnradanordnung 30, der Anordnung von eindirektionalen
Lagern 40 und der Getriebeanordnung 50 möglich, dass
die Drehrichtung der Trittanordnung 10 jederzeit beliebig veränderbar
ist, wobei die Schwungradanordnung 70 im vorwärtigen Drehen
bleiben kann.)
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6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung, wobei das angetriebene Zahnrad 32 der Zahnradanordnung 30 mit
einer Kupplungs-Sreuervorrichtung 60 kombinierbar ist,
die eine Seite der antreibenden Achse 61 und eine Seite
der angetriebenen Achse 62 aufweist. Die Kupplungs-Sreuervorrichtung 60 kann
mit einem Steuerstab (nicht dargestellt) die Steuerung durchführen. Die
Seite der antreibenden Achse 61 kann mit dem Steuerstab
die Verrastung der Seite der antreibenden Achse 61 und der
Seite der angetriebenen Achse 62 erzielen, so dass das
Treten in beide Richtungen ermöglicht
wird; wenn im Gegensatz die Seite der antreibenden Achse 61 sich
von der Seite der angetriebenen Achse 62 trennt, ist das
Treten nur in eine Richtung möglich; durch
die Anordnung der Kupplungs-Sreuervorrichtung 60 ist es vorteilhafterweise
möglich,
dass der Benutzer wahlweise in eine Richtung oder zwei Richtungen
treten kann, wodurch die Funktionsauswahl größer wird und das Trainieren
mehr Spaß macht.
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Zu
ergänzen
ist, dass die erfindungsgemäße bidirektionale
Tretantriebsstruktur sowohl für
Heimtrainer im Raum als auch für
Fahrräder
auf der Straße
geeignet ist.
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Die
vorliegende Erfindung weist folgende Vorteile auf: durch die Konfiguration
der Zahnradanordnung, der Anordnung von eindirektionalen Lagern und
der Getriebeanordnung bei der erfindungsgemäßen bidirektionale Tretantriebsstruktur
ist es möglich, dass
der Benutzer im Vorwärtstretvorgang
jederzeit umgekehrt und rückwärts treten
kann, ohne dass die Übertragung
des Antriebsrads beeinträchtigt
wird, so dass die mit dem Antriebsrad gekuppelte Schwungradanordnung
sich ebenfalls weiterhin vorwärts
drehen kann, weil das angetriebe Rad der Getriebeanordnung und das
Antriebsrad durch die Zahnradanordnung, die Getriebeanordnung und
das an der Seite des antreibenden Rades angeordnete zweite eindirektionale
Lager sowie durch das Übertragungs- und
Wechselsverhältnis
zwischen den Bauelementen sich in die gleiche Richtung drehen (also
vorwärts).
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Die
obige Beschreibung zusammengefasst verfügt die Erfindung über ein
erstes und ein zweites eindirektionales Lager mit unterschiedlichen
Führungsrichtungen,
so dass sich die Schwungradanordnung beim Vorwärts- oder Rückwärtstreten immer vorwärts drehen
kann. Dadurch ist zum Wechseln ins Rückwärtstreten kein Abwarten auf
das Aufhörern der
Trägheit
der Schwungradanordnung nötig,
und dadurch sind die eventuell aufgrund dessen verursachten Verletzungen
an den Füssen
vermeidbar, so dass der Benutzer im trägen Drehvorgang der Schwungradanordnung
rückwärts tritt,
was bei herkömmlicher
Tretantriebsstruktur vorkommt.
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Die
vorstehende Beschreibung stellt nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung dar und soll nicht die Patentansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen
und Modifikationen, die die in diesem technischen Bereich Sachkundigen
gemäß der Beschreibung
und den Zeichnungen der Erfindung vornehmen, gehören zum Schutzbereich der vorliegenden
Erfindung. Der Schutzbereich der Erfindung richtet sich auf die
nachstehenden Patentansprüche.