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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Übungsausrüstung, insbesondere auf ein
stationäres Übungsgerät, welches
Ober- und Unterkörperbewegungen
in flexibel koordinierter Bewegung verknüpft.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Vorteile regelmäßiger Leibesübungen sind
wohlbekannt und akzeptiert. Zeitknappheit, unfreundliches Wetter
und andere Gründe
hindern jedoch viele Menschen daran, Leibesübungen wie Gehen, Joggen, Rennen
und Schwimmen auszuführen. Als
Antwort darauf ist eine Vielfalt von Übungsausrüstung für Leibesübungen entwickelt worden. Es
ist im allgemeinen wünschenswert,
eine große
Zahl verschiedener Muskeln über
einen erheblich langen Bewegungsbereich zu trainieren, um eine ausgeglichene
physische Entwicklung zu fördern,
die Länge
und Flexibilität
der Muskeln zu maximieren und ein optimales Ausmaß an körperlicher
Aktivität
zu erreichen. Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal von Übungsausrüstung ist
die Möglichkeit,
für gleichmäßige und
natürliche
Bewegung zu sorgen, wodurch erhebliche Erschütterung und Belastung vermieden
werden, die sowohl Muskeln als auch Gelenke beschädigen können.
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Obgleich
aus dem Stand der Technik verschiedene Übungssysteme bekannt sind,
weisen diese Systeme eine Reihe von Unzulänglichkeiten auf, die ihre
Vorteile einschränken und/oder
unnötige
Risiken oder unerwünschte
Merkmale beinhalten. Beispielsweise sind stationäre Fahrräder ein beliebtes aus dem Stand
der Technik bekanntes Übungssystem,
doch diese Maschine verwendet eine Sitzposition, die nur eine relativ
kleine Zahl von Muskeln über einen
recht begrenzten Bewegungsbereich zum Einsatz bringt. Auch Langlaufskigeräte werden
von vielen Menschen zur Simulation der Gleitbewegung beim Skilanglauf
verwendet. Obgleich dieses Gerät mehr
Muskeln trainiert als ein stationäres Fahrrad, beschränkt die
dabei auftretende im Wesentlichen flache schlurfende Fußbewegung
den Bewegungsbereich einiger der trainierten Muskeln. Eine weitere Art
von Übungsgerät simuliert
Treppensteigen. Auch diese Geräte
trainieren mehr Muskeln als stationäre Fahrräder, doch der recht beschränkte Bereich
der verwendeten Auf- und Abbewegung trainiert die Beinmuskeln des
Benutzers nicht über
einen großen Bewegungsbereich.
Laufbänder
sind noch eine weitere Art von aus dem Stand der Technik bekanntem Übungsgerät; sie ermöglichen
natürliche
Geh- oder Laufbewegungen auf einer relativ begrenzten Fläche. Ein
Nachteil des Laufbands ist jedoch, dass bei Verwendung dieses Geräts erhebliche
Erschütterungen
der Hüft-,
Knie- und Knöchelgelenke
sowie weiterer Gelenke des Körpers
auftreten können.
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Eine
weitere Beschränkung
der Mehrzahl der aus dem Stand der Technik bekannten Übungssysteme
besteht darin, dass die Systeme in den Arten von Bewegungen, die
sie hervorbringen können, begrenzt
sind, beispielsweise dadurch, dass sie keine elliptische Bewegung
hervorbringen können.
Die von einem Übungssystem
hervorgebrachte Bewegung wird hier als elliptisch bezeichnet, wenn
die von den Füßen eines
Benutzers während
der Verwendung des Übungssystems
beschriebene Bahn einer bogenförmigen
oder ellipsenförmigen
Bahn folgt. Elliptische Bewegung ist viel natürlicher und analoger zu Rennen,
Joggen und Gehen, usw. als die von mancher aus dem Stand der Technik
bekannten Übungsausrüstung hervorgebrachten
linearen Hin- und Herbewegungen.
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Es
sind auch Übungsgeräte wünschenswert, welche
den zusätzlichen
Vorteil bieten, so aufgebaut zu sein, dass sie für Arm- und Schulterbewegungen sowie
bogenförmige
Fußbewegungen
sorgen. Aus dem Stand der Technik bekannte Geräte, welche mit Fußbewegungen
verknüpfte
Arm- und Schulterbewegungen verwenden, schließen erzwungene koordinierte
Bewegung ein, bei welcher die Bewegungen der Füße eines Benutzers mit den
Bewegungen der Arme und Schultern eines Benutzers verknüpft sind, so
dass die Füße gezwungen
sind, sich in Reaktion auf die Bewegung der Arme und Schultern (im
Wesentlichen um eine gleiche und entgegengesetzte Strecke) zu bewegen,
und umgekehrt. Noch weitere aus dem Stand der Technik bekannte Geräte begrenzen
den durch ihre Systeme genutzten Bereich von Bewegungen, was zu
nachteiligen Auswirkungen auf die Muskelflexibilität und Koordination
eines Benutzers führen
kann, aufgrund des fortgesetzten Rückgriffs auf die von diesen Übungsgeräten hervorgebrachte
Bewegung über
einen kleinen Bereich, im Gegensatz zu dem großen Bereich natürlicher
Bewegungen, die bei Tätigkeiten
wie Rennen, Gehen, etc. durchlaufen werden.
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Trotz
der großen
Anzahl aus dem Stand der Technik bekannter Übungsgeräte besteht nach wie vor ein
Bedarf für
ein Übungsgerät, welches
elliptische Fußbewegung
hervorbringt und im Wesentlichen darauf bezogene Arm-, Schulter-
und Rotationsbewegungen einschließt, welche mit den Fußbewegungen
in flexibler und elastischer Weise verknüpft sind. Es sind Übungsgeräte erwünscht, welche
für eine
gleichmäßige Schritt- und Rennbewegung
sorgen, die eine Verletzung von Gelenken und Muskeln verhindert
und dabei die Beine eines Benutzers in vollerem Umfang trainiert
als Radfahr- und Skilaufgeräte.
Es besteht ein anhaltender Bedarf für ein Übungsgerät, das für eine gleichmäßige natürliche Bewegung
sorgt, eine relativ große
Anzahl von Muskeln über
einen großen
Bereich elliptischer Bewegung trainiert, Arm-, Schulter- und Rotationsbewegung
verwendet und flexibel koordinierte Bewegung zwischen dem Ober-
und Unterkörper
erlaubt, das heißt
Bewegung, die im Wesentlichen koordiniert ist, dabei aber etwas
unabhängige
und unkoordinierte Bewegung der Füße des Benutzers zueinander
erlaubt.
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Uns
ist US-Patent Nr. 5 848 954 bekannt, in welchem ein Übungsgerät offenbart
ist, in welchem Fußverbindungen
eine elliptische Bahn beschreiben. Es bildet den Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung zielt auf ein Übungsgerät, welches das Hervorbringen
flexibel koordinierter Bewegung zwischen den Händen und Füßen eines Benutzers erlaubt.
Das Übungsgerät verwendet
einen Rahmen, auf welchem eine Querachse montiert ist. Kopplungsmechanismen
sind so angeordnet, dass sie wirksam mit einem Fußpedal verbunden
sind, wobei das Fußpedal
jeder der Fußverbindungen
sich hin- und herbewegt, wenn die Querachse sich dreht. Jede Fußverbindung
umfasst einen ersten Endteil, einen zweiten Endteil und dazwischen ein
Fußpedal.
Schwinghebelmechanismen, welche einen Griffteil, einen Drehpunkt
und einen Kopplungsbereich umfassen, verbinden wirksam den Kopplungsbereich
jeder der Fußverbindungen.
Flexibel koordinierende Elemente verknüpfen die Bewegung der Fußpedale
im Wesentlichen und elastisch mit der Bewegung der Handgriffteile
der Schwinghebelmechanismen und erlauben dabei einen gewissen Grad
an unkoordinierter Bewegung zwischen den Fußpedalen und den Handgriffteilen.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Übungsgerät bereitgestellt,
umfassend einen Rahmen mit einem vorderen Endteil, einem hinteren
Endteil und einem aufrechten Teil, eine auf dem Rahmen montierte
und quer dazu ausgerichtete Achse, eine erste und zweite Fußverbindung,
wobei jede der Fußverbindungen
einen ersten Endteil, einen zweiten Endteil und dazwischen ein Fußpedal umfasst,
einen ersten und zweiten Kopplungsmechanismus, wobei jeder der Kopplungsmechanismen
so angeordnet ist, dass er wirksam mit je einer der besagten Fußverbindungen
verbunden ist, um den zweiten Endteil der Fußverbindungen mit der Querachse
zu verbinden, so dass das Fußpedal
jeder der Fußverbindungen sich
hin- und herbewegt, wenn die Querachse sich dreht, und gekennzeichnet
durch erste und zweite Schwinghebelanordnungen, wobei jede der Schwinghebelanordnungen
einen Griffteil, einen Drehpunkt, einen Kopplungsbereich und ein
flexibel koordinierendes Gestänge
umfasst, wobei der Kopplungsbereich jeder der Schwinghebelanordnungen wirksam
mit dem jeweiligen ersten Endteil jeder der Fußverbindungen verbunden ist
und das flexibel koordinierende Gestänge die Bewegung jedes der
Fußpedale
im Wesentlichen und elastisch mit der Bewegung des jeweiligen Griffteils
der Schwinghebelanordnung verknüpft
und dabei einen gewissen Grad an unkoordinierter Bewegung zwischen
den Fußpedalen
und den Griffteilen erlaubt.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung umfassen die Kopplungsmechanismen Drehkurbelarme,
welche die Querachse schwenkbar mit den Fußverbindungen verbinden.
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Vorzugsweise
dreht sich mindestens ein Teil der Kopplungsmechanismen um die Querachse.
Das Übungsgerät kann ferner
ein Schwungrad umfassen, das zur Drehung in wirksamer Verbindung
mit der Querachse angeordnet ist. Ein mit der Querachse wirksam
verbundenes Widerstandssystem kann ebenfalls in dem Gerät enthalten
sein, um den von dem Benutzer erforderten Grad an Anstrengung zu erhöhen.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung wirken die Schwinghebelmechanismen selbst
als die flexibel koordinierenden Elemente. In dieser Ausführung ist
ein wesentlicher Teil der Schwinghebelmechanismen aus einem Material gefertigt,
das genügend
flexibel und elastisch ist, um die Bewegung der Fußverbindungen
im Wesentlichen mit der Bewegung der Handgriffteile der Schwinghebelmechanismen
zu verknüpfen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung umfassen die Schwinghebelmechanismen Federverbindungselemente, welche
als die flexibel koordinierenden Elemente wirken. Vorzugsweise sind
die Federverbindungselemente der Schwinghebelmechanismen im Wesentlichen
neben den Drehpunkten der Schwinghebelmechanismen angeordnet. In
noch einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfassen
die Schwinghebelmechanismen Elastomertorsionselemente, welche im
Wesentlichen neben den Drehpunkten angeordnet sind und welche als
die flexibel koordinierenden Elemente wirken, die die Griffteile
flexibel mit den Kopplungsbereichen der Schwinghebelmechanismen
verbinden.
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Ferner
verbinden in noch einer weiteren bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung die flexibel koordinierenden Elemente den
zweiten Endteil der Fußverbindungen
wirksam mit dem Kopplungsbereich der Schwinghebelmechanismen. In
dieser Ausführung
umfassen die flexibel koordinierenden Elemente Federelemente. Elastomerelemente können auch
anstatt Federelementen eingesetzt werden, um den zweiten Endteil
der Fußverbindungen
wirksam mit dem Kopplungsbereich der Schwinghebelmechanismen zu
verbinden und dadurch als flexibel koordinierende Elemente zu wirken.
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In
einem weiteren Aspekt einer bevorzugten Ausführung umfasst das Übungsgerät mindestens
einen flexibel koordinierenden Mechanismus in wirksamer Verbindung
zwischen den Fußverbindungen, welcher
die Bewegung der ersten und zweiten Fußverbindungen im Wesentlichen
aufeinander bezieht und dabei einen gewissen Grad an unkoordinierter Bewegung
zwischen den Fußverbindungen
erlaubt. Flexibel koordinierende Mechanismen können zwischen jeder der Fußverbindungen
und dem zugehörigen
Kopplungsmechanismus eingebaut werden. In einer weiteren Ausführung können flexibel
koordinierende Mechanismen zwischen jedem der Kopplungsmechanismen
und der Querachse eingebaut werden. In noch einer weiteren Ausführung kann
der flexibel koordinierende Mechanismus als flexibel koordinierte,
zweigeteilte Querachse ausgeführt
sein, welche die Bewegung der ersten und zweiten Fußverbindungen
im Wesentlichen aufeinander bezieht und dabei einen gewissen Grad
an unkoordinierter Bewegung zwischen den Fußverbindungen erlaubt.
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Ein
entsprechend der vorliegenden Erfindung konstruiertes Übungsgerät implementiert
flexibel koordinierte Bewegung zwischen den Händen und Füßen eines Benutzers, um natürliche Lauf-
und Rennbewegungen zu simulieren und eine große Anzahl von Muskeln zu trainieren.
Des weiteren kann durch die gleichmäßige, natürliche, flexibel koordinierte
Bewegung der vorliegenden Erfindung, im Gegensatz zu den in mancher
aus dem Stand der Technik bekannten Übungsausrüstung hervorgebrachten starren,
erzwungenen koordinierten Bewegungen, erhöhte Muskelflexibilität und Koordination
erlangt werden. Dieses Gerät
bietet die oben genannten Vorteile, ohne wie aus dem Stand der Technik
bekannte Übungslaufbänder die
Körpergelenke
des Benutzers Erschütterungen
auszusetzen.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorangehenden Aspekte und viele der damit einhergehenden Vorteile
dieser Erfindung werden ersichtlich, indem das Verständnis der
Erfindung durch Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung
im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen erleichtert wird.
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1 zeigt
eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen flexibel koordinierten
stationären Übungsgeräts, welches
die Schwinghebelmechanismen als flexibel koordinierende Elemente
verwendet;
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2 zeigt
eine Detailseitenansicht eines Teils des erfindungsgemäßen flexibel
koordinierten Übungsgeräts, welches
Federverbindungselemente in den Schwinghebelmechanismen neben den
Drehpunkten als flexibel koordinierende Elemente verwendet;
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3 zeigt
eine Detailperspektivansicht eines Teils des erfindungsgemäßen flexibel
koordinierten Übungsgeräts, welches
Elastomertorsionselemente an Drehverbindungspunkten zwischen oberen Griffstangen
und unteren Schwinghebeln als flexibel koordinierende Elemente verwendet;
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4 zeigt
eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen flexibel koordinierten Übungsgeräts, welches
Elastomerelemente an den Verbindungen zwischen den Schwinghebeln
und den Fußverbindungen
als flexibel koordinierende Elemente verwendet; und
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5 zeigt
eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen flexibel koordinierten Übungsgeräts, welches
Federelemente an den Verbindungen zwischen den Schwinghebeln und
den Fußverbindungen
als flexibel koordinierende Elemente verwendet.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführung
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1 zeigt
eine bevorzugte Ausführung
eines entsprechend der vorliegenden Erfindung konstruierten flexibel
koordinierten stationären Übungsgeräts 10.
Das Übungsgerät 10,
das kurz beschrieben wird, umfasst einen Rahmen 12 mit
einem vorderen aufrechten Element 20, welches sich von
einem im Wesentlichen waagerechten mittleren Längselement 14 des
Rahmens 12 nach oben erstreckt. Zum hinteren Bereich des
Rahmens 12 hin befinden sich linke und rechte Achsenlager 30 und 32,
die sich nach oben erstrecken. Die Achsenlager 30 und 32 unterstützen eine
Querachse 36, welche vorzugsweise wirksam mit einem Schwungrad 38 verbunden
ist. Die linken und rechten Enden der Querachse 36 stehen
drehbar mit linken und rechten Kurbelarmanordnungen 50 und 52 in
Eingriff. Linke und rechte Fußverbindungen 60 und 70 weisen
hintere Enden 64 und 74 auf, welche mit den Kurbelarmanordnungen 50 und 52 in
Eingriff stehen, so dass die hinteren Enden der Fußverbindungen
sich auf einer bogenförmigen
Bahn hin- und herbewegen, wenn sich die Querachse 36 dreht.
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Die
Fußverbindungen 60 und 70 weisen
vordere Enden 62 und 72 auf, welche wirksam mit
den Kopplungsbereichen 86 und 96 linker und rechter Schwinghebelmechanismen 80 bzw. 90 verbunden sind.
Die Schwinghebelmechanismen 80 und 90 sind an ihren
jeweiligen Drehpunkten 84 und 94 drehbar mit dem
vorderen aufrechten Element 20 des Rahmens 12 verbunden.
Die Schwinghebelmechanismen 80 und 90 umfassen
ferner linke und rechte Handgriffteile 82 und 92,
und die Fußverbindungen 60 und 70 umfassen
ferner linke und rechte Fußpedale 66 und 76.
Flexibel koordinierende Elemente 100 sind in dem Gestänge des Übungsgeräts 10 zwischen
jedem der Handgriffteile 82 und 92 und dem jeweiligen
Fußpedal 66 bzw. 76 eingebaut.
Die flexibel koordinierenden Elemente verknüpfen die Bewegung der Fußpedale 66 und 76 im
Wesentlichen und elastisch mit der Bewegung der Handgriffteile 82 und 92 und
erlauben dabei einen gewissen Grad an unkoordinierter Bewegung zwischen
den Fußpedalen
und den Handgriffteilen.
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Die
in 1 gezeigte Ausführung der vorliegenden Erfindung
wird nun eingehender beschrieben. Der Rahmen 12 umfasst
ein mittleres Längselement 14,
welches an vorderen und hinteren, relativ kürzeren Querelementen 16 und 18 endet.
Idealerweise, jedoch nicht notwendigerweise, besteht der Rahmen 12 aus
rechteckigen Röhrenelementen, welche
relativ leicht sind aber wesentliche Festigkeit und Steifigkeit
bieten. Wenn Röhrenelemente
verwendet werden, werden vorzugsweise Abschlusskappen (nicht gezeigt)
befestigbar mit den offenen Enden der vorderen und hinteren Querelemente 16 und 18 verbunden,
um die Enden dieser Elemente abzuschließen. Der Rahmen 12 kann
auch aus massiven Elemente bestehen, welche die erforderliche Festigkeit
und Steifigkeit bieten, und dabei ein relativ niedriges Gewicht
beibehalten.
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Das
vordere aufrechte Element 20 erstreckt sich von dem vorderen
Bereich des auf dem Boden aufliegenden Rahmens 12 nach
oben. Vorzugsweise ist das aufrechte Element 20 im Wesentlichen
senkrecht. Das vordere Element 20 kann sich jedoch auch in
einem Winkel nach oben erstrecken, ohne vom Umfang der vorliegenden
Erfindung abzuweichen. Idealerweise, jedoch nicht notwendigerweise,
besteht auch das vordere aufrechte Element 20 wie oben
beschrieben aus rechteckigem Röhrenmaterial. Vorzugsweise
ist mit dem oberen Ende des vorderen aufrechten Elements 20 ein
Bildschirm 24 befestigbar verbunden, welcher so ausgerichtet
ist, dass er für
einen Benutzer des Geräts 10 einfach
zu sehen ist. In einer exemplarischen Ausführung kann eine Anleitung zum
Gebrauch des Geräts
auf dem Bildschirm 24 vorgesehen sein. In einigen Ausführungen der
vorliegenden Erfindung können
elektronische Geräte
in das Übungsgerät 10 eingebaut
werden, beispielsweise Zeitmesser, Wegmesser, Geschwindigkeitsmesser,
Herzratenanzeiger, Energieaufwandaufzeichnungsgeräte, usw.
Diese Informationen können
zur einfacheren Einsicht für
einen Benutzter des Geräts 10 auf
den Bildschirm 24 geleitet werden.
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In
der in 1 gezeigten exemplarischen bevorzugten Ausführung sind
die Achsenlager 30 und 32 zum hinteren Teil des
Rahmens 12 hin angeordnet. Die Achsenlager 30 und 32 sind
an dem Rahmen 12 befestigt und erstrecken sich von dem
im Wesentlichen waagerechten mittleren Längselement 14 ungefähr nach
oben. Die Querachse 36 ist drehbar im oberen Bereich der
Achsenlager 30 und 32 eingelagert. Diese Bereiche
der Achsenlager 30 und 32, welche die Enden der
Querachse 36 beherbergen, umfassen Eingriffsysteme (nicht
gezeigt) mit niedriger Reibung, beispielsweise Kugellagersysteme,
um der Querachse 36 zu erlauben, sich mit geringem Widerstand
innerhalb des Gehäuses
in den Achsenlagern 30 und 32 zu drehen.
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Mit
erneutem Bezug auf die in 1 gezeigte
exemplarische bevorzugte Ausführung
ist die Querachse 36 mit einem in einem zentralen Gehäuse 40 enthaltenen
Schwungrad 38 verbunden. Solche Schwungräder sind
aus dem Stand der Technik bekannt. In anderen bevorzugten Ausführungen
mag jedoch die Querachse 36 kein Schwungrad 38 und kein
mittleres Gehäuse 40 umfassen,
ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen (vorausgesetzt,
dass die Fußverbindungen 60 und 70 auf irgendeine
Weise direkt oder indirekt miteinander gekoppelt sind). Die Querachse 36 kann
auch in manchen Ausführungen
wirksam mit einem Rollenantrieb (nicht gezeigt) verbunden sein,
um eine Drehung der Achse 36 nur in einer Richtung zu erlauben.
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Das Übungsgerät 10 für elliptische
Bewegung umfasst ferner sich in Längsrichtung erstreckende linke
und rechte Fußverbindungen 60 und 70. Wie
in 1 gezeigt sind die Fußverbindungen in Form länglicher,
relativ dünner
Balken dargestellt. Die Fußverbindungen 60 und 70 sind
von ausreichender Breite, um die Breite des Fußes eines einzelnen Benutzers
aufzunehmen. Die Fußverbindungen 60 und 70 sind
in ungefähr
paralleler Beziehung zu dem mittleren Längselement 14 des
Rahmens 12 ausgerichtet. Die Fußpedale 66 und 76 sind
in der Nähe
des mittleren bis vorderen Bereichs der Fußverbindungen 60 und 70 angeordnet
und umfassen Eingriffsfelder, die dazu beitragen, Stellen zu bieten, an
denen ein einzelner Benutzer seinen Fuß stabil platzieren kann. In
manchen exemplarischen Ausführungen
sind die Fußpedale 66 und 76 so
ausgeführt, dass
sie Zehschlaufen und/oder Zeh- und Fersenschalen (nicht gezeigt)
bilden, welche die Wiederaufnahme einer Vorwärtsbewegung am Ende einer Rückwärts- oder
Vorwärtsschrittbewegung
des Fußes
eines Benutzers unterstützen.
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Linke
und rechte Kurbelarmanordnungen 50 und 52 verbinden
die hinteren Enden 64 und 74 der Fußverbindungen 60 und 70 mit
den Enden der Querachse 36. In einer in 1 gezeigten
bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung bestehen die Kurbelarmanordnungen 50 und 52 aus
nur einem einzigen linken und rechten Kurbelarmelement. In dieser
exemplarischen Anordnung stehen die nahen Enden der Kurbelarmelemente 50 und 52 mit
den Enden der Querachse 36 in Eingriff, während die
entfernten Enden der Kurbelarmelemente 50 und 52 drehbar
mit den hinteren Enden 64 und 74 der Fußverbindungen 60 und 70 verbunden
sind. In dieser Anordnung drehen sich die hinteren Enden 64 und 74 der
Fußverbindungen 60 und 70 um
die Querachse 36, wenn sich die Achse dreht, und die Fußpedale 66 und 76 der
Fußverbindungen 60 und 70 bewegen sich
auf einer elliptischen Bahn hin und her. Die elliptische Bahn der
Fußpedale 66 und 76,
und überhaupt die
Bewegung der gesamten Fußverbindungen 60 und 70 kann
jedoch in eine beliebige Anzahl von Anordnungen abgewandelt werden,
indem die Zusammensetzung oder die Abmessungen der Kurbelarmanordnungen 50 und 52 verändert werden.
Beispielsweise kann die Länge
der in 1 gezeigten einzelnen linken und rechten Kurbelarme
vergrößert oder verkleinert
werden, um die Bahn der Fußverbindungen 60 und 70 zu
verändern.
Ferner können
die linken und rechten Kurbelarmanordnungen 50 und 52 aus
mehreren Kurbelarmelementgestängen
zusammengesetzt werden, um die Bewegungsbahn der Fußverbindungen 60 und 70 in
einer Vielzahl von Aspekten zu verändern.
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In
einer anderen Ausführung
der vorliegenden Erfindung sind die hinteren Enden 64 und 74 der Fußverbindungen 60 und 70 direkt
drehbar mit einem Schwungrad verbunden, welches dazu dient, die Fußverbindungen 60 und 70 mit
einer (zu der Achse der Querachse 36 äquivalenten) Drehachse zu koppeln
und Drehung um dieselbe zu erlauben. In dieser Ausführung ist
das Schwungrad vorzugsweise ein doppeltes Schwungrad, welches Drehung
um eine Mittelachse unterstützt.
Es ist auch ersichtlich, dass verschiedene mechanische Anordnungen
eingesetzt werden können,
um die Kurbelarmmechanismen 50 und 52 zur wirksamen
Verbindung der Fußverbindungen 60 und 70 miteinander
umzusetzen. Solche Variationen können
ein größeres Schwungrad
oder ein kleineres Schwungrad umfassen oder können das Schwungrad ganz beseitigen
und ein Nockensystem mit Verbindungsgestänge umfassen, vorausgesetzt, dass
die Fußverbindungen
gekoppelt sind, um eine bogenförmige
Bewegungsbahn der Fußpedale 66 und 76 der
Fußverbindungen 60 und 70 zu
erlauben.
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Mit
erneutem Bezug auf 1 umfasst das Übungsgerät 10 ferner
linke und rechte Schwinghebelmechanismen 80 und 90.
Jeder der Schwinghebelmechanismen 80 und 90 umfasst
jeweils einen Handgriffteil 82 bzw. 92, einen
Drehpunkt 84 bzw. 94 und einen Kopplungsbereich 86 bzw. 96.
Die Kopplungsbereiche 86 und 96 der Schwinghebelmechanismen 80 und 90 stehen
drehbar mit den vorderen Enden 62 und 72 der Fußverbindungen 60 und 70 in Verbindung.
Die Drehpunkte 84 und 94 befestigen die Schwinghebelmechanismen 80 und 90 drehbar an
dem vorderen aufrechten Element 20 des Rahmens 12.
Die Handgriffteile 82 und 92 der Schwinghebelmechanismen 80 und 90 werden
von den Händen
des einzelnen Benutzers ergriffen und erlauben die Einbeziehung
von Übungsbewegungen
von Oberkörper,
Arm und Schulter in Verbindung mit der elliptischen Hin- und Herbewegung,
welche die Füße des Benutzers
bei der Übung
durchlaufen. Wie aus 1 ersichtlich führen die
Verbindung der Schwinghebelmechanismen 80 und 90 mit
den Fußverbindungen 60 und 70 und
die drehbare Befestigung der Schwinghebelmechanismen 80 und 90 an
dem vorderen aufrechten Element 20 des Rahmens 12 an den
Drehpunkten 84 und 94 dazu, dass allgemein rückwärts gerichtete,
bogenförmige
Bewegung eines Handgriffteils entsprechend mit allgemein vorwärts gerichteter,
bogenförmiger
Bewegung eines jeweiligen Fußpedals
verknüpft
wird und umgekehrt.
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Wichtig
ist, dass das Übungsgerät 10 der vorliegenden
Erfindung flexibel koordinierende Elemente 100 umfasst.
Diese flexibel koordinierenden Elemente 100 sind in dem
Gestänge
zwischen dem linken Handgriffteil 82 und Fußpedal 66 und
dem Gestänge
zwischen dem rechten Handgriffteil 92 und Fußpedal 76 enthalten.
Die flexibel koordinierenden Elemente 100 sind hinreichend
flexibel und elastisch, um die Bewegung der Fußpedale 66 und 76 im
Wesentlichen mit der Bewegung der Handgriffteile 82 und 92 zu
verknüpfen
und dabei einen gewissen Grad an unkoordinierter Bewegung zwischen
den Fußpedalen 66 und 76 und
den Handgriffteilen 82 und 92 zu erlauben. Diese
flexibel koordinierte Verknüpfung
zwischen dem Oberkörper
und Unterkörper eines
Benutzers bietet erhebliche Vorteile gegenüber starr erzwingender exakter
Koordinierung zwischen dem Ober- und Unterkörper eines Benutzers. In einer in 1 dargestellten
bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung umfasst ein wesentlicher Teil der Schwinghebelmechanismen 80 und 90 selbst
die flexibel koordinierenden Elemente 100, indem er aus einem
Material gefertigt ist, welches hinreichend flexibel und elastisch
ist, um die Bewegung der Fußpedale 66 und 76 im
Wesentlichen (aber nicht vollständig)
mit der Bewegung der Handgriffteile 82 und 92 zu
verknüpfen
(das heißt
unter Ermöglichung
eines gewissen Grades an unkoordinierter Bewegung zwischen den Fußpedalen
und den Handgriffteilen). Somit sind in dieser Ausführung im
Wesentlichen die gesamten oberen und unteren Teile der Schwinghebelmechanismen 80 und 90 biegsam
(zum Beispiel Glasfaser-/Graphitstäbe oder -elemente).
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Um
die vorliegende Erfindung zu verwenden, stellt sich der Benutzer
auf die Fußpedale 66 und 76 und
ergreift die Handgriffteile 82 und 92. Der Benutzer überträgt eine
Rückwärtsschrittbewegung
auf eines der Fußpedale
und eine Vorwärtsschrittbewegung
auf das andere Fußpedal
und veranlasst dadurch die Querachse 36, sich im Uhrzeigersinn
(wie in 1 gezeigt von der rechten Seite
aus betrachtet) zu drehen, weil die Kurbelarmanordnungen 50 und 52 die
Bewegung der Fußverbindungen 60 und 70 mit
der Drehung der Querachse 36 koppeln. In Verbindung mit
der Unterkörperbewegung überträgt der Benutzer
auch eine im Wesentlichen vorwärtsgerichtete
Drückbewegung
auf einen der Handgriffteile und eine im Wesentlichen rückwärtsgerichtete
Ziehbewegung auf den anderen Handgriffteil. Aufgrund der drehbaren
Verbindung der Kopplungsbereiche 86 und 96 der
Schwinghebelmechanismen 80 und 90 mit den vorderen
Enden 62 und 72 der Fußverbindungen 60 und 70 und
der drehbaren Befestigung der Schwinghebelmechanismen 80 und 90 mit
dem vorderen aufrechten Element 20 des Rahmens 12 an ihren
Drehpunkten 84 und 94 bewegt sich jeder der Handgriffteile
vorwärts,
wenn das zugehörige
Fußpedal
sich rückwärts bewegt,
und umgekehrt.
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Die
Fußverbindungen 60 und 70 sind
durch die Kurbelarmanordnungen 50 und 52 mit der
Querachse 36 verbunden, so dass ein Fußpedal sich im Wesentlichen
vorwärts
bewegt, wenn das andere Fußpedal
sich rückwärts bewegt.
In derselben Weise bewegt sich ein Handgriffteil vorwärts, wenn
der andere Handgriffteil sich rückwärts bewegt.
(Wenn zum Beispiel der linke Handgriffteil 82 sich vorwärts bewegt,
bewegt sich das linke Fußpedal 66 rückwärts, während das
rechte Fußpedal 76 sich
vorwärts
bewegt und der rechte Handgriffteil 92 sich rückwärts bewegt.)
Der Benutzer kann daher das gesamte Fußverbindungs- und Schwinghebelmechanismusgestänge in Bewegung
setzen, indem er irgendein Fußpedal
oder irgendeinen Handgriffteil bewegt, oder vorzugsweise indem er
sie alle zusammen bewegt.
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Wie
zuvor beschrieben ist zwischen jedem der Handgriffteile 82 und 92 und
dem entsprechenden Fußpedal 66 bzw. 76 ein
flexibel koordinierendes Element 100 eingebaut, um flexibel
koordinierte Bewegung zwischen den Handgriffteilen und den Fußpedalen
hervorzurufen, so dass, wenn einer der Handgriffteile sich rückwärts bewegt,
das flexibel koordinierende Element 100 das jeweilige Fußpedal zwingt,
sich um einen im Wesentlichen darauf bezogenen Prozentsatz nach
vorne zu bewegen, und umgekehrt. Diese flexibel koordinierte Bewegung
erlaubt jedoch einen gewissen Grad (abhängig von der Flexibilität des flexibel
koordinierenden Elements 100) an unkoordinierter Bewegung
zwischen jedem der Handgriffteile und der jeweiligen Fußverbindung. Die
Relativbewegung zwischen den Handgriffteilen und den Fußpedalen
lässt sich
variieren, indem die Position der Drehpunkte 84 und 94 entlang
der Länge der
Schwinghebelmechanismen 80 und 90 verändert wird.
Die von den flexibel koordinierenden Elementen 100 gebotene
flexible Koordinierung erlaubt jedoch einen gewissen Grad an Variation
in der Relativbewegung zwischen den Handgriffteilen 82 und 92 und den
Fußpedalen 66 und 76.
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Wie
zuvor ausgeführt
umfassen in der in 1 dargestellten bevorzugten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung die flexibel koordinierenden Elemente
im Wesentlichen die gesamte Länge
der Schwinghebelmechanismen 80 und 90, welche
aus einem Material gefertigt sind, das hinreichend flexibel und
elastisch ist, um für
die oben beschriebene flexibel koordinierende Bewegung zu sorgen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung
können
die flexibel koordinierenden Elemente 100 einen kleineren
Prozentsatz der Schwinghebelmechanismen 80 und 90 ausmachen.
Eine Verringerung der Anteile der Schwinghebelmechanismen 80 und 90,
die als die flexibel koordinierenden Elemente 100 wirken
und somit aus flexiblem und elastischem Material bestehen, erfordert
wahrscheinlich eine Erhöhung
der Flexibilität
und Elastizität
des Materials.
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Eine
bevorzugte Ausführung
der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Reibungsbremse oder
einen anderen Mechanismus mit einstellbarem Widerstand (nicht gezeigt)
umfassen. Vorzugsweise wäre
der Mechanismus zur Einstellung des Widerstands mit dem Schwungrad 38 oder
der Querachse 36 verbunden, um dem Rad oder der Achse Widerstand
entgegenzubringen und so den von dem Übungsgerät 10 gebotenen Grad
an Training zu erhöhen.
Der Mechanismus zur Einstellung des Widerstands kann durch einen
Einstellknopf (nicht gezeigt) eingestellt werden, der durch ein
flexibles Kabel (nicht gezeigt) auf eine Art Reibungsfeldanordnung (nicht
gezeigt) wirkt. Diese Arten von Mechanismen zur Einstellung des
Widerstands und die damit verbundenen Anordnungen sind dem Durchschnittsfachmann
wohlbekannt. Andere Arten von Bremsgeräten, beispielsweise eine Magnetbremse
oder ähnliches,
können ähnlich eingesetzt
werden.
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2 stellt
eine Teilsicht einer weiteren bevorzugten Ausführung eines entsprechend der
vorliegenden Erfindung konstruierten Übungsgeräts 110 dar. Das in 2 teilweise
gezeigte andere flexibel koordinierte Übungsgerät 110 ist ähnlich dem
in 1 gezeigten Übungsgerät 10 konstruiert
und funktioniert ähnlich.
Dementsprechend wird das Übungsgerät 110 nur
in Bezug auf diejenigen Komponenten beschrieben, die sich von den
Komponenten des Übungsgeräts 10 unterscheiden.
In dem anderen Übungsgerät 110 umfassen
die linken und rechten Schwinghebelmechanismen 80 und 90 jeweils
Federverbindungselemente 114 und 116, welche als
die flexibel koordinierenden Elemente des Geräts wirken. Idealerweise, aber
nicht notwendigerweise, sind die Federverbindungselemente 114 und 116 der
Schwinghebelmechanismen 80 und 90 im Wesentlichen
neben den Drehpunkten 84 und 94 (unmittelbar darunter)
angeordnet. Die Federverbindungselemente 114 und 116 könnten an
anderen Stellen entlang der Länge
der Schwinghebelmechanismen 80 und 90 angeordnet
sein, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Der Grad
an flexibel koordinierter Bewegung (das heißt der erlaubte Grad an unkoordinierter
Bewegung) lässt
sich durch Auswahl der Größe, Dicke
und Federkonstante der Federverbindungselemente 114 und 116 variieren.
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In 3 ist
eine weitere bevorzugte Ausführung
eines flexibel koordinierenden Übungsgeräts 120 dargestellt.
Das in 3 gezeigte Übungsgerät 120 ist ähnlich den
in 1 und 2 gezeigten Übungsgeräten 10 bzw. 110 konstruiert
und funktioniert ähnlich.
Dementsprechend wird die andere bevorzugte Ausführung eines Übungsgeräts 120 nur
in Bezug auf diejenigen Komponenten beschrieben, die sich von den
Komponenten der Übungsgeräte 10 und 110 unterscheiden.
In dem Übungsgerät 120 ist
der Schwinghebelmechanismus 90 durch eine rechte Schwinghebelanordnung 136 ersetzt,
welche eine Elastomertorsionsfeder 124 umfasst. Es versteht sich,
dass der Schwinghebelmechanismus 80 ebenso durch eine der
Anordnung 136 ähnliche
Schwinghebelanordnung ersetzt ist. Schwinghebelanordnung 136 umfasst
einen oberen Schwinghebel 138, einen unteren Schwinghebel 140,
eine obere Verbindungsmanschette 142, eine untere Verbindungsnabe 144 sowie
eine verbindende Elastomertorsionsfeder 124.
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Die
Elastomertorsionsfeder 124 verbindet den oberen Schwinghebel 138 mit
dem unteren Schwinghebel 140, indem sie die obere Verbindungsmanschette 142 in
flexibel koordinierter Bewegung mit der unteren Verbindungsnabe 144 des
unteren Schwinghebels verbindet. Die Nabe 144 ist fest
mit der oberen Gelenkverbindung 141 des unteren Schwinghebels 140 verbunden.
Sowohl die Nabe 144 als auch die Gelenkverbindung 141 weisen
ein zentrales Durchgangsloch für
das Eingreifen des entfernten Endes des Gelenkbolzens 146 auf.
Die Elastomertorsionsfeder 124 ist mit dem Innendurchmesser
der Manschette 142 und mit dem Außendurchmesser der Nabe 144 verbunden,
so dass die Bewegung des oberen Schwinghebels 138 im Wesentlichen
mit der Bewegung des unteren Schwinghebels 140 in Beziehung
gesetzt wird, wobei ein gewisser Grad an unkoordinierter Bewegung
zwischen dem oberen Schwinghebel und dem unteren Schwinghebel erlaubt
ist. Die Schwinghebelanordnung 136 dreht sich um den Gelenkbolzen 146,
welcher durch das aufrechte Element 20 unterstützt wird.
Der Grad an durch die Elastomertorsionsfeder 124 gebotener flexibel
koordinierter Bewegung (das heißt
der Grad an unkoordinierter Bewegung, den die Elastomertorsionsfedern
erlauben) lässt
sich durch Auswahl des Elastomermaterials der Elastomertorsionsfeder 124 (das
heißt
die Flexibilität
und Elastizität
des Materials) variieren.
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4 stellt
eine weitere, aus einem flexibel koordinierten Übungsgerät 150 bestehende bevorzugte
Ausführung
der vorliegenden Erfindung dar. Das in 4 gezeigte Übungsgerät 150 ist ähnlich den
in 1 bis 3 gezeigten Übungsgeräten 10, 110 und 120 konstruiert
und funktioniert ähnlich.
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Dementsprechend
wird das Übungsgerät 150 nur
in Bezug auf diejenigen Komponenten beschrieben, die sich von den
Komponenten der Übungsgeräte 10, 110 und 120 unterscheiden.
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In
dem Übungsgerät 150 verbinden
linke und rechte Elastomerelemente 152 und 154 die
Kopplungsbereiche 86 und 96 der Schwinghebelmechanismen 80 und 90 mit
den vorderen Enden 62 und 72 der Fußverbindungen 60 und 70.
Die Elastomerelemente 152 und 154 sorgen für flexibel
koordinierte Bewegung zwischen den Handgriffteilen 82 und 92 und
den Fußpedalen 66 und 76.
Die Elastomerelemente 152 und 154 sind aus einem
Material konstruiert, das hinreichend flexibel und elastisch ist,
um die Bewegung der Fußpedale
im Wesentlichen auf die Bewegung der Handgriffteile zu beziehen
und dabei einen gewissen Grad an unkoordinierter Bewegung zwischen
den Fußpedalen
und den Handgriffteilen zu erlauben. Wahlweise können die Elemente 152 und 154 starr
sein und eine zwischen den Elementen 152 und 154 und
den vorderen Enden 62 und 72 der Fußverbindungen 60 und 70 eingefügte Torsionsfeder aufweisen.
In noch einer weiteren Ausführung
können
die Elemente 152 und 154 starr sein und eine zwischen
den Elementen 152 und 154 und den Kopplungsbereichen 86 und 96 der
Schwinghebel 80 und 90 eingefügte Torsionsfeder aufweisen.
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Wie
in 5 gezeigt könnten
in einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung
anstelle von Elastomerelementen 152 und 154 auch
Federverbindungen 156 und 158 verwendet werden,
welche für
dieselbe Art flexibel koordinierter Bewegung zwischen den Handgriffteilen 82 und 92 und
den Fußpedalen 66 und 76 in
dem Übungsgerät 150 sorgen
würden.
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In
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können jegliche
der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungen ferner flexibel koordinierte
Mechanismen in dem Gestänge
zwischen den linken und rechten Fußpedalen 66 und 76 der
linken und rechten Fußverbindungen 60 und 70 umfassen, welche
die Bewegungen der Fußverbindungen
im Wesentlichen aufeinander beziehen und dabei einen gewissen Grad
an unkoordinierter Bewegung zwischen den Fußverbindungen erlauben. Insbesondere können flexibel
koordinierende Mechanismen 104 ähnlich den oben beschriebenen
(wie zum Beispiel die Elastomertorsionsfeder 124) zwischen
jeder der Fußverbindungen 60 und 70 und
der jeweiligen Schwinghebelanordnung 50 bzw. 52 eingebaut
werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführung können die flexibel koordinierenden
Mechanismen 106 (wie zum Beispiel Elastomertorsionsfedern)
zwischen jedem der Kopplungsmechanismen 50 und 52 und
der Querachse 36 eingebaut werden. In noch einer weiteren
bevorzugten Ausführung
kann der flexibel koordinierende Mechanismus als flexibel koordinierte,
zweigeteilte Querachse (nicht gezeigt) ausgeführt sein, welche die Bewegungen
der Fußverbindungen
im Wesentlichen aufeinander bezieht und dabei einen gewissen Grad
an unkoordinierter Bewegung zwischen den Fußverbindungen erlaubt und welche
die Querachse 36 ersetzt.
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Die
vorliegende Erfindung wurde in Bezug auf eine bevorzugte Ausführung und
mehrere weitere bevorzugte Ausführungen
beschrieben. Ein Durchschnittsfachmann mag nach der Lektüre der vorangehenden
Spezifikation in der Lage sein, verschiedene weitere Änderungen,
Umbauten, Ersetzungen oder Entsprechungen derselben vorzunehmen,
ohne von den offenbarten Ideen abzuweichen. Es ist daher vorgesehen,
dass der Umfang des hierauf erteilten Patents nur durch die in den
angefügten
Ansprüchen enthaltenen
Definitionen beschränkt
sein wird.