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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrradergometer mit positionierbaren
Achsen, welches für das
Training, beispielsweise von Sprintern, geeignet ist.
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Die
Bewegung von Weltklassesprintern betreffende Analyseergebnisse oder
das die Beziehung zwischen der Stärke der Beinmuskulatur und
der Lauffähigkeit
betreffende Forschungsergebnis der Sportwissenschaften stellen klar,
dass es, um ein gutes Ergebnis in einem Sprint zu erzielen, notwendig ist,
die Strecker (Kniesehne) und die Beuger (Quadriceps) der Oberschenkel,
die mit dem Hüftgelenk verbunden
sind, zu stärken,
um die Oberschenkel mit hoher Geschwindigkeit bewegen zu können.
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6 ist
eine schematische Seitenansicht, welche die Bewegungsbahn der Hüfte, des
Knies und des Knöchels
eines Spitzensprinters darstellt, wobei die Position des Großen Rollhügels (Trochanter
major) des Hüftgelenks
als fester Referenzpunkt genutzt wird. Wie in 6 dargestellt,
korrespondieren die Abschnitte AB, BC, CD, DE und EA entsprechend
mit einer „Abschwungphase", einer „Bodenkontaktphase", einer „frühen Kick-up-Phase", einer „späten Kick-up-Phase" und einer „Rückschwungphase". Die „Bodenkontaktphase" ist in eine „frühe Bodenkontaktphase
(Landephase)", in
der eine Landebewegung ausgeführt
wird, und eine „mittlere/späte Bodenkontaktphase
(Kickphase)", in
der eine Stoßbewegung
ausgeführt
wird, unterteilt. Während
der Laufbewegung erfordern die „Abschwungphase" AB, die „Bodenkontaktphase" BC und die „frühe Kick-up-Phase" CD viel Muskelkraft,
während
die „späte Kick-up-Phase" DE und die „Rückschwungphase" EA wenig Muskelkraft
erfordern.
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Ungeachtet
der Tatsache, dass die Wichtigkeit der Aktionen der Strecker des
Hüftgelenks,
in erster Linie der Kniesehnen, nachgewiesen ist, ist bisher keine
schlüssige
Methode zu ihrer Kräftigung gefunden
worden. Weniger geeignete Trainingsmethoden, bei denen ein Gummischlauch
oder eine konventionelle Trainingsmaschine (wie eine Leg-Curl-Maschine)
benutzt werden, werden noch immer angewandt.
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Als
Geräte
für ein
Beintraining im Innenbereich werden für Athleten, insbesondere Sprinter, Tretmühlen (endlose
Laufplatten), Fahrradergometer, Stepper-Ergometer und Langlauf-Crosstrainer usw.
genannt.
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Die
Tretmühle
ist ein Gerät
für Belastungsanwendungen,
das mit einem Laufband ausgestattet ist, dessen Umlaufgeschwindigkeit
und Neigung einstellbar ausgeführt
sind, auf dem der Trainierende geht oder läuft. Viele Menschen laufen
oder gehen auf der Tretmühle,
um ihre körperliche
Ausdauer zu verbessern.
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Das
Fahrradergometer ist ein Gerät
zur Belastungsanwendung, bei dem das Treten der Pedale eines Fahrrades
mit fester Achse benutzt wird. Dieser Apparat wird zur Stärkung der
Beinmuskulatur oder zur Verbesserung der körperlichen Ausdauer benutzt.
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Bei
einem Stepper-Ergometer (zum Beispiel ein Übungsgerät vom „Striding-Typ", offenbart in USP
5 419 747) tritt der Trainierende, während er steht, abwechselnd
auf den rechten und linken Tritt des Ergometers, als würde er eine
Treppe hinauf gehen. Die Füße des Trainierenden
wiederholen eine vertikale Bewegung innerhalb eines bestimmten Bereiches
entlang eines Bogens.
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Auf
einem Trainingsgerät
vom Langlauf-Crosstyp schiebt der Trainierende seine Bein in einem
großen
Winkel wiederholt vorwärts
und rückwärts und
bewegt seine Arme, als würde
er Ski stöcke halten.
Da die Beine auf dem Boden horizontal nach vorn und hinten bewegt
werden, kann ein Muskeltrainingseffekt in einer Position erzielt
werden, in der der Trainierende in Kontakt mit dem Boden gehalten wird.
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Die
oben beschriebenen Trainingsmethoden, welche konventionelle Trainingsgeräte benutzen,
sind in folgenden Punkten unvorteilhaft.
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Im
Fall der Tretmühle
kann der Trainierende nicht automatisch seinen Laufstil korrigieren
und darüber
hinaus kann ein positiver Muskeltrainingseffekt nicht erwartet werden.
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Im
Fahrradergometer ist, da der Radius der Rotation während des
Pedaltretens konstant ist, der Bereich der Bewegung im Vergleich
zur Laufbewegung begrenzt. Speziell bei der Bewegung des Pedaltretens
wird in einer Bewegungsphase, die der Abschwungphase und Landephase
(der frühen
Bodenkontaktphase) entspricht, eine Hauptkraft zum Pedalantrieb
benutzt, während
in der Abschwungphase (späte
Bodenkontaktphase) nur eine kleine Muskelkraft benutzt wird. Das
weicht von der idealen Laufbewegung ab.
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Bei
einem Stepper-Ergometer wiederholen die Füße des Trainierenden eine vertikale
Bewegung in einem festgelegten Bereich entlang eines Bogens. Mit
anderen Worten führt
der Trainierende eine Steigbewegung an einem Ort entlang eines Teiles
eines Kreises um eine Rotationsachse aus. Das weicht von der Bewegungsbahn
der Beine in der Bewegung des Laufens oder Gehens ab. Entsprechend
schwierig ist es, die Muskeln und Nerven, die für das Laufen oder Gehen benutzt
werden, generell und speziell zu trainieren.
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Bei
Benutzung des Trainingsgerätes
vom Langlauf-Crosstyp kann der Trainierende eine Laufbewegung, insbesondere
das Auf schwingen des Beines nach der Abstoßbewegung vom Boden, gefolgt vom
Abschwingen nach vorn, nicht imitieren.
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Die
internationale Anmeldung WO 98/09687 A1 offenbart ein Fahrradergometer,
das ein Paar Achsen umfasst, wobei jede der Achsen unabhängig und
in einer Richtung senkrecht zu den Achsen positionierbar ist. Des
Weiteren umfasst das offenbarte Fahrradergometer Pedale und entsprechende
Arme und Bremsmechanismen.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, ein Fahrradergometer bereitzustellen,
das zur Kräftigung
der Beinmuskeln und Muskeln in Zusammenhang mit der Bewegung des
Beckens oder des Hüftgelenks
geeignet ist, wodurch die Fähigkeit
des Gehens oder Laufens verbessert wird.
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Das
Fahrradergometer der vorliegenden Erfindung ermöglicht dem Trainierenden, mit
einer idealen Beinbelastung und -bahn zu gehen oder zu laufen, wodurch
seine Fähigkeit
des Gehens oder Laufens verbessert wird.
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Diese
Zusammenfassung der Erfindung beschreibt nicht unbedingt alle notwendigen
Merkmale, so dass die Erfindung auch eine Unterkombination dieser
beschriebenen Merkmale sein kann.
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Die
Erfindung kann an Hand der folgenden detaillierten Beschreibung
besser verstanden werden, wenn sie in Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen
gesehen wird, in denen:
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1A eine
Seitenansicht ist, die ein Fahrradergometer mit positionierbaren
Achsen entsprechend der Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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1B eine
Frontansicht des Fahrradergometers aus 1A ist;
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2 eine
partielle Schnittzeichnung ist, die wesentliche Teile von einem
Mechanismus, der in das Fahrradergometer eingebaut ist, zeigt;
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3 eine
Seitenansicht ist, die wesentliche Teile von dem Mechanismus zeigt;
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4A–4D schematische
Ansichten sind, die zur Erklärung
der Funktionsweise des Fahrradergometers nützlich sind;
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5 eine
Ansicht ist, welche die Bahn eines Beines, die für eine durch das Fahrradergometer simulierte
Laufbewegung bezeichnend ist, darstellt; und
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6 eine
Ansicht ist, welche die Bahn eines Beines, die für eine ideale Laufbewegung
bezeichnend ist, darstellt.
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Die
Ausführungsform
der Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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[Ausführungsform der Erfindung]
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1A ist
eine Seitenansicht, die ein Fahrradergometer 10 mit positionierbaren
Achsen entsprechend der Ausführungsform
der Erfindung darstellt. 1B ist
eine Frontansicht des Fahrradergometers 10. 2 ist
eine partielle Schnittzeichnung, die wesentliche Teile von einem
Mechanismus 20, der in das Fahrradergometer 10 eingebaut
ist, darstellt. 3 ist eine Seitenansicht, die
wesentliche Teile des Fahrradergometers 20 darstellt.
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Das
Fahrradergometer 10 mit positionierbaren Achsen umfasst
eine auf einem Boden angeordnete Basis 11, eine fahrradtypische
Griffstange 12, einen Sattel 13 und den Mechanismus 20.
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Wie
in den 2 und 3 gezeigt, weist der Mechanismus 20 eine
Trägersektion 21 auf,
die an der Basis 11 befestigt ist. Die Trägersektion 21 ist mit
einem Paar unterer Schienen 22a und 22b und einem
Paar oberer Schienen 23a und 23b versehen, die
sich in Längsrichtung
des Fahrradergometers 10 erstrecken. Positionierbare Aufnahmen 30a und 30b werden
durch die oberen Schienen und die unteren Schienen 22a und 23a beziehungsweise 22b und 23b so
getragen, dass sie sich in Richtungen, die durch die Pfeile α und β in 3 angezeigt
werden, hin und her bewegen können.
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Pedalarmachsen 31a und 31b werden
drehbar von den positionierbaren Aufnahmen 30a beziehungsweise 30b gehalten
und sind mit ihren äußeren Enden
mit Pedalarmen 32a beziehungsweise 32b verbunden.
Die anderen Enden der Pedalarme 32a und 32b sind
so mit Pedalen 33a und 33b verbunden, dass sich
die Pedale drehen können.
Die Pedale 33a und 33b können zum Beispiel Bänder aufweisen,
um die Füße des Trainierenden
zu sichern.
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Scheiben 40a und 40b sind
entsprechend an den inneren Enden der Pedalarmachsen 31a und 31b angebracht.
Die Scheiben 40a und 40b weisen Löcher 41a und 41b auf,
die jeweils in ihrem peripheren Bereich ausgebildet sind. Schwenkwellen 42a und 42b sind
entsprechend mit ihren Enden schwenkbar in die Löcher 41a und 41b eingesetzt. Die
anderen Enden der Schwenkwelle 42a und 42b sind
entsprechend schwenkbar in Enden von Armwelle 43a und 43b eingesetzt.
Die anderen Enden der Armwelle 43a und 43b werden
schwenkbar von einer Schwenkwelle 44 gehalten, welche von
Stütztischen 50a und 50b gehalten
wird, die später
beschrieben werden. Die Scheiben 40a und 40b,
die Schwenkwellen 42a und 42b, die Armwellen 43a und 43b und
die Schwenkwelle 44 bilden einen Positionierungsmechanismus
zur Positionierung der positionierbaren Aufnahmen 30a und 30b.
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Das
bereits erwähnte
Paar von Stütztischen 50a und 50b und
ein Paar von Stütztischen 60a und 60b werden
auf der Trägersektion 21 bereitgestellt. Die
Stütztische 50a und 50b tragen
entsprechend Kettenräder 51a und 51b,
so dass sich die Kettenräder
drehen können.
Die Schwenkwelle 44 wird von den Stütztischen 50a und 50b getragen.
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Die
Stütztische 60a und 60b tragen
entsprechend Kettenräder 61a und 61b,
so dass sich die Kettenräder
drehen können.
Eine elektromagnetische Bremse 63 ist jeweils über Einwegkupplungen 62a und 62b mit
den Kettenrädern 61a und 61b verbunden.
Die durch die elektromagnetische Bremse 63 applizierte
Kraft ist variabel.
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Zwischen
den Kettenrädern 51a und 61a und zwischen
den Kettenrädern 51b und 61b sind
jeweils Ketten 70 und 71 gespannt. Die gegenüber liegenden Enden 70a und 70b der
Kette 70 sind am vorderen beziehungsweise hinteren Endbereich
der positionierbaren Aufnahme 30a befestigt. In ähnlicher
Weise sind jeweils die gegenüber
liegenden Enden der Kette 71 am vorderen und hinteren Endbereich
der positionierbaren Aufnahme 30b befestigt.
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Nun
wird eine Beschreibung einer Trainingsmethode gegeben, welche das
oben beschriebene Fahrradergometer mit positionierbaren Achsen 10 nutzt.
Die 4A–4D sind
schematische Ansichten, die zur Erklärung der Funktionsweise des Fahrradergometers 10 nützlich sind. 5 ist
eine Ansicht, welche die Bahn eines Beines, die für eine durch
das Fahrradergometer 10 simulierte Laufbewegung bezeichnend
ist, darstellt. Die durchgezogene Linie stellt in 5 die
tatsächliche
Bahn einschließlich
der Verschiebung des Großen
Rollhügels an,
während
die gestrichelte Linie die relative Bahn unter Nutzung des Großen Rollhügels als
einen Bezugpunkt darstellt.
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Bei
Nutzung des Fahrradergometers mit positionierbaren Achsen 10 sitzt
der Trainierende, wie im Fall eines stationären Standardfahrrades, auf
dem Sattel 13 und sichert seine Füße auf den Pedalen 33a und 33b und
ergreift die Griffstange 12. Die Griffstange 12 ist
entsprechend der Anforderungen des Nutzers und des Typs der Übung in
Höhe und
Winkel einstellbar.
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Der
Trainierende steht mit seinen Füßen auf den
Pedalen 33a und 33b vom Sattel 13 auf
und beginnt, wie auf einem Standard-Fahrradergometer in die Pedale 33a und 33b zu
treten. Weil das rechte und das linke Pedal 33a und 33b in
ihren Positionen, die um 180° voneinander
abweichen, in der gleichen Weise funktionieren, wird nur eine Beschreibung
des rechten Pedals 33a gegeben.
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Der
Trainierende dreht das Pedal 33a aus seiner vorderen Position
durch seine tiefste Position in seine hintere Position. Diese Positionen
entsprechen dem Abschnitt AB (Abschwungphase), dem Abschnitt BC
(Bodenkontaktphase) und dem Abschnitt CD (Kick-up-Phase), dargestellt
in 6.
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In Übereinstimmung
mit dem Pedalbetrieb dreht sich die Scheibe 40a, und die
positionierbare Aufnahme 30a wird durch die Armwelle 43a rückwärts verschoben.
Im Ergebnis wird die Kette 70 in die Richtung α in 3 gezogen,
wodurch sich die Kettenräder 51a und 61a drehen
und die Einwegkupplung 62a die elektromagnetische Bremse 63 dreht.
Zu dieser Zeit wird eine vorbestimmte Last an die elektromagnetische
Bremse 63 angelegt, wodurch eine Bremsbetätigung ausgeführt wird.
Dementsprechend muss der Trainierende kräftig in das Pedal 33a treten,
das heißt,
er muss sein Gewicht auf das Pedal verlagern. Dadurch schiebt der
Trainierende das Pedal 33a mit seiner starken Muskelkraft rückwärts. Durch
diese Operation erzielt der Trainierende ein Gefühl, das demjenigen gleicht,
das erzielt wird, wenn er sein Bein auf den Boden unter dem Schwerpunkt
seines Körpers
herab geschwungen und seine Muskeln benutzt hat, um eine Reaktion
des Bodens auszugleichen. Des Weiteren benutzt der Trainierende
seine Muskeln, als würde
er einen Kick-Vorgang
in einer Laufbewegung ausführen.
Mit anderen Worten, die kräftige
Pedalbetätigung
ist der Bewegung des kräftigen
Hinunterdrückens
auf den Boden extrem ähnlich.
Wenn der rechte Fuß des Trainierenden
am Pedal 33a befestigt ist, kann er seine Muskeln auch
entsprechend der Aufwärtsbewegung
des Pedals 33a benutzen.
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Danach
dreht der Trainierende das Pedal 33a aus seiner hinteren
Position durch seine höchste Position
in seine Frontposition. Diese Positionen entsprechen dem Abschnitt
DE (die späte
Kick-up-Phase) und dem Abschnitt EA (Rückschwungphase), dargestellt
in 6. In Übereinstimmung
mit dem Pedalbetrieb dreht sich die Scheibe 40a, und die
positionierbare Aufnahme 30a wird durch die Armwelle 43a vorwärts verschoben.
Im Ergebnis wird die Kette 70 in die Richtung β in 3 gezogen,
wodurch sich die Kettenräder 51a und 61a drehen.
Zu dieser Zeit wird jedoch durch die Einwegkupplung 62a keine
Rotationskraft auf die elektromagnetische Bremse 63 übertragen.
Folglich wird keine Widerstandsbelastung an das Pedal 33a angelegt.
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Bei
der in 6 dargestellten idealen Laufbewegung wird es als
gut angesehen, das Bein genau unter dem Schwerpunkt des Körpers aufzusetzen
und auf den Boden aufzutreten, um ihn zu schieben. Die Bewegung
des kräftigen
Tretens jedes Pedals des Fahrradergometers 10 mit positionierbaren Achsen
mit der Verlagerung des Gewichts des Körpers auf ein entsprechendes
Knie ermöglicht
dem Trainierenden ein Gefühl
gleich dem, das er erzielt, wenn er jedes Bein genau unter dem Schwerpunkt des
Körpers
aufsetzt und eine Reaktion vom Boden empfängt. Des Weiteren ist die kräftige Pedaltretbewegung
der Bewegung des kräftigen
Hinunterdrückens
auf den Boden extrem ähnlich.
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5 illustriert
die Bahn eines Beines, das unter Nutzung des Fahrradergometers 10 mit
positionierbaren Achsen bewegt wird. In 5 entsprechen die
Abschnitte PQ',
Q'R, RS', S'T' und T'U'P
jeweils der Abschwungphase, der Bodenkontaktphase, der frühen Kick-up-Phase,
der späten
Kick-up-Phase und der Rückschwungphase.
In einem Abschnitt PQ'R
werden hauptsächlich
die Quadriceps trainiert, während
im Abschnitt RS' hauptsächlich die
Kniesehnen-Muskelgruppe trainiert wird.
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Die
kreisförmige
Bahn des Beines wird als Resultat der tatsächlichen Bewegung, die unter
Nutzung des Fahrradergometers 10 mit positionierbaren Achsen
ausgeführt
wird, durch jene Rotationen des Beines um die Pedalarmachsen 31a und 31b erzielt, die
ausgeführt
werden, während
sich diese Achsen horizontal vorwärts und rückwärts bewegen. Im gezeigten Modellfall
scheint es, dass sich die Bahn der Pedaltretbewegung etwas von der
der tatsächlichen Laufbewegung
unterscheidet. Weiterhin ist die Position des Hüftgelenks fixiert. In der tatsächlichen Rückschwungphase
der Pedaltretbewegung, die unter Nutzung des Fahrradergometers 10 mit
positionierbaren Achsen ausgeführt
wird, wird das Hüftgelenk
jedoch leicht schräg
nach vorn angehoben, wodurch jedes Kniegelenk angehoben wird. Als
Ergebnis ist die Pedaltretbewegung eine Annäherung an die Bewegung des
tatsächlichen
Laufens.
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Obwohl
die Ballen der Füße in Kontakt
mit den Pedalen 33a und 33b gehalten werden, ist
der Knöchel
jedes Fußes
wie im Fall des Pedaltretens eines normalen Fahrrades um ein Gelenk
jedes Fußes beweglich.
Somit entspricht ungeachtet der Tatsache, dass die Bahn jedes Knöchels tatsächlich kreisförmig ist,
die Bewegung der Füße, die
abwechselnd jedes Pedal niedertreten und sich davon abstoßen, jeweils
der an der Ferse beginnenden Landebewegung und der Abstoßbewegung
des Ballens oder der Fußspitzen
beim Laufen und wird sanft ausgeführt.
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Das
Anheben des Hüftgelenks
schräg
nach vorn wird in einem Abschnitt TUP (Rückschwungphase) durch eine
flexible Bewegung des Beckens ausgeführt und ist, ebenso wie das
Anheben jedes Knies, ein grundlegendes Element für die Ausbildung einer idealen
Form einer Sprintbewegung. Des Weiteren ist das Anheben des Hüftgelenks
schräg
nach vorn sehr effektiv, um die Benutzung der Muskeln im Abschnitt
PQRS, die Entspannung der Muskeln im Abschnitt STUP, in dem keine
Belastung erfolgt, und die Wechselbeziehung zwischen Muskeln und
dem Nervensystem zu lernen.
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Die
Bewegungsdistanz L und die Bewegungsgeschwindigkeit in den Abschnitten
QR und TU können
durch Verändern
der Länge
der Armwellen 43a und 43b oder der Positionen,
an denen die Armwellen 43a und 43b mit den Scheiben 40a und 40b verbunden
sind, geändert
werden. Diese Änderungen
ermöglichen
es, das Ergometer an die Anforderungen einer Vielzahl von Übungsformen
und Körpertypen
bezogen auf den betreffenden Sport anzupassen. Im Abschnitt TUP
(der Rückschwungphase) muss
der Trainierende in Übereinstimmung
mit der Bewegungsgeschwindigkeit im Abschnitt TU das Timing einer
Tretbewegung in einer Position P anpassen, in welcher der nächste Zyklus
beginnt.
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Das
Fahrradergometer 10 mit positionierbaren Achsen ermöglicht dem
Trainierenden, seine Muskeln, wie oben beschrieben, zu trainieren,
indem er seine Beine einfach entlang einer mechanisch bestimmten
idealen Laufbahn bewegt. Dadurch kann der Trainierende durch die
Wechselbeziehung seiner Muskeln und seines Nervensystems eine ideale Laufbewegung
erlernen. Darüber
hinaus ermöglicht das
erfindungsgemäße Ergometer
dem Trainierenden zu bestimmen, wie viel Kraft er mit seinen Muskeln
aufbringen muss, um die unterschiedliche Belastung, die bei verschiedenen
Pedalpositionen auftritt, auszugleichen. Das erfindungsgemäße Ergometer
bringt mit anderen Worten einen Muskeltrainingseffekt hervor, welcher
die Fähigkeit
zu laufen oder zu gehen von Muskeln des Körpers, einschließlich der Beinmuskeln,
verbessert.
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Des
Weiteren ermöglicht
das erfindungsgemäße Ergometer
dem Trainierenden, ein Training mit jedem beliebigen auf einer simulierten
idealen Laufbewegung basierenden Rhythmus der Pedalarm-Rotation
auszuführen.
Somit wird ein ideales Muskeltraining verwirklicht.
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Außerdem besteht
die Grundbewegung eines herkömmlichen
Fahrradergometers mit fester Achse nur in Pedaltreten, durch welches
Muskeln, die direkt mit Laufen oder Gehen in Beziehung stehen, nicht
trainiert werden können.
Andererseits kann das Fahrradergometer 10 mit positionierbaren Achsen
Muskeln trainieren, die direkt mit Laufen oder Gehen in Beziehung
stehen. Daher kann es nicht nur zur Verbesserung der Geh- oder Lauffähigkeit,
sondern auch als eine Rehabilitationsübung benutzt werden. Wenn zum
Beispiel ein Athlet, der auf Grund eines Handicaps nicht laufen
kann, seine körperliche Ausdauer
durch Nutzung einer Pedaltretbewegung zu verbessern versucht, ist
das Fahrradergometer mit positionierbaren Achsen, frei vom Landeschock, der
mit dem normalen Laufen verbunden ist, als ein Übungsgerät sehr nützlich.
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Des
Weiteren ist keine gesonderte Energiequelle erforderlich, da das
erfindungsgemäße Fahrradergometer
mit positionierbaren Achsen die Pedaltretkraft des Trainierenden
nutzt, um die Achse jedes Pedals hin und her zu bewegen, und folglich
kann das Ergometer eine einfache Struktur aufweisen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform
beschränkt,
sondern kann auf verschiedene Weise modifiziert werden, ohne sich von
ihrer Idee zu entfernen.