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BEREICH DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft im allgemeinen Trainings- bzw. Übungsausrüstung und insbesondere Übungsausrüstung, welche
verwendet werden kann, um die oberen Körperpartien und die unteren
Körperpartien
des Benutzers zu trainieren.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es
gibt eine Vielzahl von unterschiedlichen Arten von Übungsgeräten, welche
die unteren Körperpartien
eines Benutzers durch zur Verfügungstellung
einer umständlichen
schreitenden Bewegung trainieren. Diese umlaufenden bzw. eine kreisförmige Bewegung
erzeugenden Steppergeräte
haben Vorteile gegenüber
anderen Arten von Übungsgeräten. Zum
Beispiel belastet die umlaufende schreitende Bewegung im allgemeinen
nicht die Gelenke des Benutzers, wie dies geschehen kann, wenn ein
Laufband verwendet wird. Zusätzlich
trainieren umlaufende Steppergeräte
die untere Körperpartie
des Benutzers in einem größeren Maß als zum
Beispiel Übungsgeräte zum Radfahren
oder Schifahr-Übungsgeräte. Beispiele
dieser kreisförmigen Steppergeräte beinhalten
die US-Patente Nr. 3,316,898, 5,242,343 und 5,279,529 und das deutsche
Patent Nr.
DE 29 19 494 .
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Die
bekannten umlaufenden Stepperübungsgeräte haben
jedoch verschiedene Nachteile. Zum Beispiel sind einige Geräte darauf
beschränkt, die
untere Körperpartie
des Benutzers zu trainieren, und bieten keine Übung für die obere Körperpartie des
Benutzers. Zusätzlich
erzeugt die umlaufende schreitende Bewegung einiger Geräte eine
unnatürliche
Biegung von der Ferse zu der Zehe, welche die Effizienz des Trainings
verringert. Des weiteren sind bekannte umlaufende Stepperübungsgeräte in dem Umfang
beschränkt,
in dem der Benutzer eine Vielfalt von Trainingserfahrungen erreichen
kann. Folglich ergibt sich eine Langeweile und der Benutzer kann das
Interesse zur Verwendung der umlaufenden Stepperübungsgeräte verlieren. Aus diesem Grund existiert
eine Notwendigkeit nach einem verbesserten kreisförmigen Stepperübungsgerät.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein umlaufendes
es Stepperübungsgerät zu schaffen,
welches die oberen und unteren Körperpartien
des Benutzers trainiert.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein umlaufendes Stepperübungsgerät zu schaffen,
welches eine natürliche
Biegung von der Ferse zu der Zehe simuliert und dadurch die Effektivität des Trainings
verbessert.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein umlaufendes Stepperübungsgerät zu schaffen,
welches in einer Vielzahl von Betriebsarten durch einen einzelnen
Benutzer verwendet werden kann.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein umlaufendes Stepperübungsgerät zu schaffen,
welches auf die individuellen Bedürfnisse und Wünsche von unterschiedlichen
Benutzern zugeschnitten werden kann.
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Diese
und andere Aufgaben, Ziele und Vorteile werden durch die vorliegende
Erfindung erreicht, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, welcher
auf ein Übungsgerät gerichtet
ist, welches von einem Benutzer eingesetzt werden kann, um die obere
und untere Körperpartie
des Benutzers zu trainieren. Das Übungsgerät weist einen Rahmen auf, der
zur Aufstellung auf dem Boden geeignet ist, eine von dem Rahmen
gehaltene Drehachse, eine Pedalstange, welche erste und zweite Enden
aufweist, ein Pedal, welches an der Pedalstange angebracht ist,
einen Ellipsenerzeuger und eine Bahn bzw. Führung. Der Ellipsenerzeuger
ist sowohl an der Drehachse als auch an dem ersten Ende der Pedalstange
angebracht, so dass das erste Ende der Pedalstange sich auf einem elliptischen
Pfad um die Drehachse bewegt. Die Bahn bzw. Führung ist an dem Rahmen angebracht und
greift in das zweite Ende der Pedalstange derart ein, dass das zweite
Ende sich in einem linearen, hin- und hergehenden Pfad bewegt, während sich
das erste Ende der Pedalstange in dem elliptischen Pfad um die Drehachse
bewegt. Folglich bewegt sich das Pedal ebenfalls auf einem im wesentlichen
elliptischen Pfad. Während
das Pedal sich auf seinem elliptischen Pfad bewegt, variiert die
Winkellage des Pedals relativ zu einer festen, horizontalen Ebene, wie
z. B. dem Fußboden,
auf eine Art und Weise, welche eine natürliche Biegung von der Ferse
zu den Zehen simuliert.
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Die
Erfindung kann entweder in einer Vorwärts-Step-Betriebsart oder in einer Rückwarts-Step-Betriebsart
verwendet werden. Die Erfindung kann auch ein Widerstandselement,
ein Dateneingabeelement und ein Steuerelement aufweisen. Das Widerstandselement
bringt eine Widerstandskraft auf das Pedal auf. Die Dateneingabeeinrichtung ermöglicht es
dem Benutzer, Steuersignale einzugeben. Die Steuereinrichtung reagiert
auf das Eingabesteuerelement, um das Widerstandselement zu steuern
und eine Bremskraft auf das Pedal aufzubringen. Der Benutzer kann
somit die von dem Pedal angebotene Größe des Widerstands steuern
und kann auf diese Weise den Grad des Kraftaufwands, der erforderlich
ist, um das Pedal zu bewegen, variieren. Die Erfindung kann somit
die individuellen Erfordernisse und Wünsche von unterschiedlichen
Benutzern in Einklang bringen. Zusätzlich können alle drei Ausführungsformen
der Erfindung einen Handgriff und ein Handgriffverbindungselement
aufweisen, welches den Handgriff mit dem Pedal verbindet, so dass
sich der Handgriff in Synchronität
mit dem Pedal bewegt. Die Erfindung kann somit durch den Benutzer
eingesetzt werden, um die oberen und unteren Körperpartien des Benutzers zu
trainieren.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine seitliche perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform
eines Übungsgeräts gemäß der Erfindung;
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2 ist
eine teilweise perspektivische Ansicht des Übungsgeräts von 1 von hinten;
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3 ist
eine teilweise seitliche Ansicht des Übungsgeräts von 1 und zeigt
die bevorzugte Ausführungsform
der Pedalstange, welche einen Teil des Geräts bildet;
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4 ist
eine Vorderansicht der Versatzkopplungsanordnung, welche einen Teil
des Übungsgeräts von 1 bildet;
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5 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie 30-30 aus 1;
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6 ist
eine stilisierte Darstellung des elliptischen Pfads, der durch den
Ellipsenerzeuger erzeugt wurde, welcher einen Teil des Übungsgeräts von 1 bildet;
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7A-7H sind
schematische Darstellungen der Hin- und Herbewegung des zweiten Endes der
Pedalstange;
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8 ist
eine Darstellung des von dem Pedal nachgezeichneten elliptischen
Pfads, wenn das zweite Ende der Pedalstange den hin- und hergehenden
Bewegungspfad komplettiert, wie in den 7A-7H dargestellt;
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9 ist
eine teilweise Seitenansicht das Übungsgeräts aus 1 und zeigt
eine alternative Ausführungsform
der Pedalverbindung;
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10 ist
eine teilweise Seitenansicht des Geräts aus 1 und zeigt
die bevorzugten Ausführungsformen
des Ellipsenerzeugers und der Versatzkopplungsanordnung;
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11 ist
eine vergrößerte Vorderansicht des
Ellipsenerzeugers und der Versatzkopplungsanordnung aus 10;
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12 ist
eine vergrößerte Seitenansicht des
Ellipsenerzeugers und der Versatzkopplungsanordnung aus 10;
und
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13A-13D sind schematische Darstellungen
der Hin- und Herbewegung
des zweiten Endes der Pedalstange des in 10 dargestellten Geräts.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Überblick der mechanischen Aspekte
der Erfindung
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Eine
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein umlaufendes
Stepper-Übungsgerät zu schaffen,
bei welchem das Pedal einem im wesentlichen elliptischen Pfad auf
eine solche Art und Weise folgt, um die natürliche Gewichtsverteilung des
Fußes
und die mit einem natürlichen
Lauf- oder Renngang verbundene Biegung zu simulieren, während sie
gleichzeitig einen synchronisierten Mechanismus für das Training
der oberen Körperpartie
zur Verfügung
stellt. Die vorliegende Erfindung setzt drei unterschiedliche Pedalbetätigungsanordnungen
zum Schaffen dieser Pedalbewegung ein. Zusätzlich kann jede dieser Pedalbetätigungsanordnungen
mit einer Handgriffanordnung verbunden sein, um ein Training der
oberen Körperpartien
zur Verfügung
zu stellen.
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Die
erste Pedalbetätigungsanordnung
verwendet einen Pedalhebel, der an einem Ende mit einem Riemenscheibenkurbelarm
verbunden ist und das andere Ende des Pedalhebels bewegt sich auf einer
horizontalen Bahn hin und her. Die gewünschte Fußbewegung wird durch Montieren
eines Fußpedals
auf dem Pedalhebel unter Verwendung eines Viergelenks erreicht.
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Die
zweite Pedalbetätigungsanordnung
erreicht die gewünschte
Fußbewegung
durch Verwendung einer Rolle, die an einem Riemenscheibenkurbelarm
angebracht ist, um ein Ende einer Bahn in vertikaler Richtung periodisch
anzuheben. Das andere Ende der Bahn ist gelenkig an dem Rahmen angebracht.
Eine Pedalanordnung ist an der Bahn angebracht und wird mittels
eines Pedalverbindungselements hin- und herbewegt, welches ebenfalls
an dem Kurbelarm angebracht ist, wodurch die gewünschte Fußbewegung erzeugt wird.
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Die
dritte Pedalbetätigungsanordnung
verwendet eine Pedalstange, welche ein Ende aufweist, das sich horizontal
in einer Bahn hin- und herbewegt, und ein zweites, anderes Ende
aufweist, welches mittels eines Erzeugers einer elliptischen Bewegung
mit einer Riemenscheibe verbunden ist. Ein an der Pedalstange angebrachtes
Fußpedal
erzeugt die gewünschte
Fußbewegung.
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Die
Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1-13D erläutert.
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Durch
sämtliche
der verschiedenen Ausführungsformen
und Figuren hindurch bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile.
Zusätzlich
ist der Pedalmechanismus der vorliegenden Erfindung symmetrisch
und weist einen linken Abschnitt und einen rechten Abschnitt auf.
Die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung richtet sich
auf die Bauteile des linken Abschnitts, obwohl es so zu verstehen
ist, dass der rechte Abschnitt gleiche Bauteile aufweist, welche
auf dieselbe Art und Weise betrieben werden. In den Figuren sind
die Bauteile des rechten Abschnitts mit durch ein Hochkomma gekennzeichneten
Zahlen bezeichnet, welche mit den für die Bauteile des linken Abschnitts
verwendeten Bezugszeichen übereinstimmen.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die 1-9 zeigen
die bevorzugte Ausführungsform 436 eines Übungs- bzw.
Trainingsgeräts
gemäß der Erfindung.
Wie in den vorhergehenden Ausführungsformen 30 und 270 beinhaltet
das Übungsgerät 436,
ist jedoch nicht beschränkt
auf, den Rahmen 32, die Rolle 42 und die damit
verbundene Drehachse 44, das Pedal 56, den Handlauf 66, die
beweglichen Arme 68 und die verschiedenen Bewegungssteuerungsbauteile,
wie zum Beispiel den Generator 82, das Getriebe 84,
den Mikroprozessor 86, das Bedienfeld 88, die
Leistungssteuerungstafel 184, die digitale Pulssignalverarbeitungstafel 226, die
Kommunikationstafel 256 und den zentralen Computer 258.
Im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsformen 30 und 270 erzeugt
die bevorzugte Ausführungsform 436 der
Erfindung jedoch eine elliptische Bewegung an der Rolle 42.
Die Vorrichtung 436 unterscheidet sich von den vorhergehenden
Ausführungsformen 30 und 270 in
der exakten Beschaffenheit und Konstruktion der Bauteile, welche
(1) einen elliptischen Pfad für
das Pedal 56 erzeugen und (2) die gewünschte Fußbiegung und Gewichtsverteilung
erzeugen.
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Wie
oben angegeben wird die dritte Art der Pedalbetätigungsanordnung verwendet,
um die gewünschte
elliptische Bewegung des Pedals 56 zu erzeugen. Die 1-3 und 7A-7H zeigen
die bevorzugte Ausführungsform
438 der dritten Art der Pedalbetätigungsanordnung,
welche einen Ellipsenerzeuger 442 (am besten in den 7A-H erkennbar)
mit einer Versatz-Kopplungsan- ordnung 440 (am
besten in 4 zu erkennen), eine Pedalstange 444 und
eine feste, geneigte Bahn 466 aufweist. Wie nachfolgend
detaillierter beschrieben, erzeugt der Ellipsenerzeuger 442 einen
elliptischen Pfad um die Drehachse 44. Die Pedalstange 444 ist mit
dem Ellipsenerzeuger 442 gekoppelt und arbeitet in Verbindung
mit der festen, geneigten Bahn 466, um die gewünschte,
im wesentlichen elliptische Bewegung des Pedals 56 zu erzeugen.
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4 zeigt
die bevorzugte Ausführungsform der
Versatz-Kopplungsanordnung 440 des Ellipsenerzeugers 442,
welcher, wie die Versatz-Kopplungsanordnung 274 der vorhergehenden
Ausführungsform 270 der
Erfindung, zwei Kurbelarme 448 und 450, zwei Achsen 454 und 456 und
eine Rolle 458 aufweist. Ein erstes Ende 460 des
ersten Kurbelarms 448 ist an der Drehachse 44 der
Rolle befestigt. Die erste Achse 454 ist an dem ersten
Kurbelarm 448 benachbart zu einem zweiten Ende desselben
befestigt und ist im wesentlichen senkrecht zu dem ersten Kurbelarm 448.
Wenn die Rolle 42 rotiert, folgt die erste Achse 454 einem
im wesentlichen kreisförmigen Pfad 468 (dargestellt
in den 7A-7H). Ein erstes
Ende 470 des zweiten Kurbelarms 450 ist an der
ersten Achse 454 angebracht. Die zweite Achse 456 ist
an dem zweiten Kurbelarm 450 benachbart einem zweiten Ende 472 desselben
angebracht und ist im wesentlichen senkrecht zu dem zweiten Kurbelarm 450.
Die zweite Achse 456 folgt einem zweiten, im wesentlichen
kreisförmigen
Pfad 474 (dargestellt in den 7A-7H),
wenn die Rolle 42 rotiert. In der bevorzugten Ausfüh rungsform
weist der zweite, im wesentlichen kreisförmige Pfad 474 einen
größeren Durchmesser
auf als der erste, im wesentlichen kreisförmige Pfad 468. Die
Durchmesser der ersten und zweiten Pfade 468 und 474 legen
jeweils die vertikalen und horizontalen Abmessungen der erzeugten
elliptischen Bewegung des Pedals 56 fest. Die Rolle 458 ist
drehbar an der ersten Achse 454 zwischen dem ersten Kurbelarm 448 und
dem zweiten Kurbelarm 450 angebracht und bewegt sich deshalb in
dem ersten, im wesentlichen kreisförmigen Pfad 468, wenn
die Rolle 42 auf der Drehachse 44 rotiert. Die
Versatz-Kopplungsanordnung 440 weist des weiteren eine
zweite Rolle 476 auf, welche drehbar an der zweiten Achse 476 angebracht
ist und sich deshalb auf dem zweiten, im wesentlichen kreisförmigen Pfad 474 bewegt,
wenn die Rolle 42 rotiert.
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Wie
in 3 dargestellt weist der Ellipsenerzeuger 442 ein
Paar Führungen 478 und 480 auf, welche
in einer im wesentlichen orthogonalen Beziehung zueinander sind.
Ein erster Kanal wird durch eine erste und eine zweite voneinander
beabstandete, im wesentlichen parallele Stange 482 und 484 der ersten
Führung 478 gebildet.
In ähnlicher
Weise wird ein zweiter Kanal durch eine erste und eine zweite, voneinander
beabstandete, im wesentlichen parallel Stange 486 und 488 der
zweiten Führung 480 gebildet.
Die zwei Stangen 482 und 484 der ersten Führung 478 sind
starr an den zwei Stangen 486 und 488 der zweiten
Führung 480 mittels
einer geeigneten Befestigung, zum Beispiel mittels Schweißen, angebracht.
Die erste Rolle 458 der Versatz-Kopplungsanordnung 440 ist
innerhalb des Kanals der ersten Führung 478 positioniert
und kann innerhalb des Kanals nach vorn und zurück rollen, wenn die Rolle 42 auf
der Drehachse 44 rotiert. In ähnlicher Weise ist die zweite
Rolle 476 der Versatz-Kopplunganordnung 440 innerhalb
des Kanals der zweiten Führung 480 positioniert
und kann innerhalb des Kanals nach vorn und zurück rollen, wenn die Rolle 42 rotiert.
Wie unter Bezugnahme auf 6 detaillierter beschrieben
wird, verursacht die Rotation der zweiten Rolle 476 in
dem zweiten kreisförmigen
Pfad 474, dass die erste Führung 478 sich auf
einem ersten, hin- und hergehenden linearen Pfad 490 bewegt.
Die Rotation der ersten Rolle 458 auf dem ersten kreisförmigen Pfad 468 bewirkt,
dass sich die zweite Führung 480 in
einem zweiten, hin- und hergehenden linearen Pfad 492 bewegt.
Die Kombination der linearen hin- und hergehenden Pfade 490 und 492 der
ersten und zweiten Führungen 478 und 480 und
der ersten und zweiten kreisförmigen
Pfade 468 und 474 der Versatz-Kopplungsanordnungsrollen 458 und 476 bewirkt,
dass der Ellipsenerzeuger 440 einem im wesentlichen elliptischen
Pfad 494 um die Drehachse 44 folgt. Die vertikale
Abmessung des elliptischen Pfads 494 wird durch den Durchmesser
des ersten kreisförmigen
Pfads 468 festgelegt und die horizontale Abmessung der
Ellipse 494 wird durch den Durchmesser des zweiten kreisförmigen Pfads 474 festgelegt.
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Wie
in 3 dargestellt verbindet die Pedalstange 444 das
Pedal 56 mit dem Ellipsenerzeuger 440 und überträgt damit
die erzeugte elliptische Bewegung auf das Pedal 56. Die
bevorzugte Ausführungsform
der Pedalstange 444 beinhaltet ein erstes, längliches
Element 496, welches ein erstes Ende 498 aufweist,
das starr mit einem Abschnitt 499 der ersten Führung 478 verbunden
ist, und ein zweites Ende 500, welches auf abrollende Art
und Weise mit der fixen Bahn 446 verbunden ist. Das erste
Ende 498 des länglichen
Elements 496 bildet das erste Ende der Pedalstange 444 und
das zweite Ende 500 des länglichen Elements 496 bildet
das zweite Ende der Pedalstange 444. In der bevorzugten
Ausführungsform weist
das längliche
Element 496 der Pedalstange 444 auch einen nach
oben gekrümmten
Bereich 501 auf, welcher nahe dem ersten Ende 498 ist.
Die Pedalstange 444 weist auch ein vertikales Element 502 auf,
welches sich nach oben mit einem Winkel 504 von einer oberen
Fläche 506 des
ersten länglichen Elements 496 erstreckt.
In der bevorzugten Ausführungsform
beträgt
der Winkel 504 ungefähr
115°. Das Pedal 56 ist
starr mit einem vorbestimmten Winkel 509 an der Oberseite 506 des
vertikalen Elements 502 mittels eines geeigneten Befestigungsmittels
angebracht, zum Beispiel mittels Schweißen oder mittels Nieten oder
Bolzen. In der bevorzugten Ausführungsform
beträgt
der Winkel 509 zwischen der oberen Fläche 162 des Pedals 56 und
dem zweiten länglichen
Element 502 ungefähr
60°. Die
Bahn 466 ist auch mit einem vorbestimmten Winkel 510 relativ
zu der Referenzfläche 384 des
Bodens 38 positioniert. In der bevorzugten Ausführungsform
beträgt
der Winkel 510 der Bahn 466 ungefähr 10°. Zusammen tragen
die drei Winkel 504, 509 und 510 zu der
gewünschten
Gewichtsverteilung des Fußes
und der Biegung desselben bei.
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Unter
Bezugnahme auf die 2 und 5 weist
die Bahn 466 ein erstes Bahnelement 512 auf, welches
seitlich von einem zweiten Bahnelement 514 beabstandet
ist. Das vertikale Element 502 der Pedalstange 444 erstreckt
sich durch die Führung 513 nach
oben. Das erste Bahnelement 512 weist einen Seitenabschnitt 516 auf,
welcher an einer oberen Schiene 518 und einer unteren Schiene 520 angebracht
ist und sich orthogonal zwischen denselben erstreckt. Der Seitenabschnitt 516 ist
mit dem vorbestimmten Winkel 510 auf feste Art und Weise
an dem Längselement 33A mittels
jeglicher geeigneter Befestigungseinrichtung, zum Beispiel mittels
Schweißen
oder durch Niete, angebracht. In ähnlicher Weise weist das zweite
Bahnelement 514 einen Seitenabschnitt 522 auf,
welcher an einer oberen Seite 524 und einer unteren Schiene 526 angebracht
ist und sich orthogonal zwischen denselben erstreckt. Der Seitenabschnitt 522 ist
auf feste Art und Weise an dem Längselement 36 mittels
jeglichen geeigneten Befestigungseinrichtungen, zum Beispiel mittels Schweißen oder
durch Nieten, an dem vorbestimmten Winkel 510 angebracht.
Wie in 5 am deutlichsten dargestellt, ist eine Achse 528 an
dem zweiten Ende 500 des ersten Längselements 496 der
Pedalstange 444 angebracht und erstreckt sich von gegenüberliegenden
Seiten 530 und 532 des Längselements 496 nach
außen.
Eine erste Rolle 534 ist drehbar an der Achse 528 zwischen
dem Seitenabschnitt 516 des Bahnelements 512 und
der Seite 530 des Längselements 496 angebracht.
In ähnlicher
Weise ist eine zweite Rolle 536 drehbar an der Achse 528 zwischen
dem Seitenabschnitt 522 des Bahnelements 514 und
der Seite 532 des Längselements 496 drehbar
angebracht. Die erste Armverbindung 72 der Kopplungsanordnung 70 ist
gelenkig an der Achse 528 zwischen der ersten Rolle 534 und
dem zweiten Ende 500 der Pedalstange 444 gekoppelt.
Die erste Rolle 534 ist so positioniert, dass sie mit den
oberen und unteren Schienen 518 und 520 des Bahnelements 512 in
Eingriff ist, und die zweite Rolle ist so positioniert, dass sie
mit den oberen und unteren Schienen 524 und 526 des
Bahnelements 514 in Eingriff ist. Die Rollen 534 und 536 führen das
zweite Ende 500 des Längselements 496 entlang
der Bahn 466, wenn die Rolle 42 rotiert. Demzufolge
bewegt sich das zweite Ende 500 der Pedalstange 444 in
einem hin- und hergehenden linearen Pfad 538 (in den 7A-7H dargestellt),
wenn die Rolle 42 rotiert.
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Die
Beiträge
des Ellipsenerzeugers 442 und der Pedalstange 444 zu
der gewünschten
elliptischen Bewegung werden nun allgemein unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 zeigt
die ersten und zweiten kreisförmigen
Pfade 468 und 474, auf welchen sich die ersten
und zweiten Rollen 458 und 476 bewegen, wenn die
Rolle 42 auf der Drehachse 44 rotiert. Der Ellipsenerzeuger 442 ist
den kreisförmigen
Pfaden 468 und 474 an acht, mit A-H benannten
Positionen überlagert.
Die Positionen A-H unterscheiden sich voneinander um 45°. Zum Beispiel
bewegt eine Vorwärtsdrehung
der Rolle 42 auf der Drehachse 44 um 45°, ausgehend
von der Position A, den Ellipsenerzeuger 442 zu der Position
B. Wie in 3 dargestellt, sollte deutlich
sein, dass das erste Ende 498 der Pedalstange 444 an
dem Abschnitt 499 des Ellipsenerzeugers 442 angebracht ist.
Aus Zwecken der Darstellbarkeit basiert die Orientierung des Ellipsenerzeugers 442 auf
der Annahme, dass das zweite Ende 500 der Pedalstange 444 mit
einem unendlichen Abstand von der Drehachse 44 angeordnet
ist. 6 stellt damit eine idealisierte Wiedergabe der
Bewegung des Ellipsenerzeugers 442 um die Drehachse 44 dar.
Startend bei der Position A bewegt eine Vorwärtsdrehung der Rolle 42 auf der
Drehachse 44 um ungefähr
180° die
Versatzkopplungsanordnungsrollen 458 und 476 entlang
der ersten und zweiten kreisförmigen
Pfade 468 und 474 und bringt den Ellipsenerzeuger 442 zu
der Position E. Wenn die zweite Rolle 476 sich entlang
des zweiten kreisförmigen
Pfads 474 von der Position A zu der Position E bewegt,
ist die zweite Rolle 476 durch die zweite Führung 480 zwangsgeführt, wodurch
die erste Führung 478 entlang
des hin- und hergehenden linearen Pfads 490 zu einem ersten
Ende 540 des Pfads 490 bewegt wird. Eine kontinuierliche
Vorwärtsdrehung
der Rolle 42 auf der Drehachse 44 um weitere 180° bewegt die
Rollen 458 und 476 und den Ellipsenerzeuger 442 zurück zu der
Position A. Wenn die zweite Rolle 576 sich auf dem zweiten
kreisförmigen
Pfad 474 von der Position E zu der Position A bewegt, ist
die zweite Rolle 476 durch die zweite Führung 480 zwangsgeführt, wodurch
sie die erste Führung 476 entlang
des hin- und hergehenden, linearen Pfads 490 in Richtung
eines zweiten Endes 542 davon bewegt. Die Rotation der
zweiten Rolle 476 entlang des zweiten kreisförmigen Pfads 476 bewegt
somit die erste Führung 478 entlang
des hin- und hergehenden, linearen Pfads 490 nach vorn
und zurück. Demzufolge
wird die Länge
des hin- und hergehenden Pfads 490 durch den Radius des
zweiten kreisförmigen
Pfads 474 festgelegt. In ähnlicher Weise bringt die Rotation
der Rolle 42 auf der Drehachse 44, beginnend bei
der Position C um 180° die
Rollen 458 und 476 sowie den Ellipsenerzeuger 442 zu
der Position G. Wenn sich die erste Rolle 458 auf dem ersten
kreisförmigen
Pfad 468 von der Position C zu der Position G bewegt, ist
die erste Rolle 458 durch die erste Führung 478 zwangsgeführt, wodurch
sie die zweite Führung 480 entlang
des hin- und hergehenden linearen Pfads 492 zu einem ersten
Ende 544 davon bewegt. Eine kontinuierliche Vorwärtsdrehung
der Rolle 42 auf der Drehachse 44 um weitere 180° bringt die
Rollen 458 und 476 und den Ellipsenerzeuger 442 zurück zu der
Position C. Wenn die erste Rolle 458 sich entlang des ersten
kreisförmigen Pfads 468 von
der Position G zu der Position C bewegt, ist die erste Rolle 458 durch
die erste Führung 478 zwangsgeführt, wodurch
sie die zweite Führung 480 entlang
des hin- und hergehenden linearen Pfads 492 zu einem zweiten
Ende 546 davon bewegt. Die Rotation der ersten Rolle 458 entlang
des ersten kreisförmigen
Pfads 468 bewegt somit die zweite Führung 480 entlang
des hin- und hergehenden linearen Pfads 492 nach vorn und
zurück.
Demzufolge wird die Länge
des hin- und hergehenden Pfads 494 durch den Radius des
ersten kreisförmigen
Pfads 468 festgelegt.
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Die
Kombination der kreisförmigen
Bewegungen der ersten und zweiten Rollen 458 und 476 und
der hin- und hergehenden linearen Pfade 490 und 492 der
ersten und zweiten Führungen 478 und 480 produziert
somit die Ellipse 494. Die Höhe der Ellipse 494 wird
durch den Radius des ersten kreisförmigen Pfads 468 festgelegt
und die Länge
der Ellipse 494 wird durch den Radius des zweiten kreisförmigen Pfads 474 festgelegt.
Im Gegensatz zu den vorhergehenden zwei Ausführungsformen 30 und 270 produziert
die Vorrichtung 436 eine Ellipse 494 um die Drehachse 44.
Im Gegenteil stellten die zwei vorhergehenden Ausführungsformen 30 und 270 eine
elliptische Bewegung an entfernt von der Drehachse 44 gelegenen
Orten zur Verfügung;
die Ausführungsform 30 erzeugte
die Ellipse 64 an einem Ort zwischen der Drehachse 444 und
dem zweiten Ende 54 des Pedalhebels 46 und die
Ausführung 270 produziert
die Ellipse 320 an dem zweiten Ende 314 der Pedalverbindung 282.
Die Pedalstange 444 der bevorzugten Ausführungsform 436 arbeitet
hauptsächlich,
um die Bewegung des Ellipsenerzeugers 442 zwangszuführen, so
dass sich die Führungen 478 und 480 auf
den hin- und hergehenden Pfaden 490 und 492 bewegen,
und um die elliptische Bewegung auf das Pedal 56 zu übertragen,
so dass sich das Pedal 56 auf einen elliptischen Pfad 548 bewegt,
wenn der Abschnitt 499 des Ellipsenerzeugers 442 und
das erste Ende 498 der Pedalstange 44 sich auf
dem elliptischen Pfad 494 um die Drehachse 44 bewegen.
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Die
Bewegung des Pedals 56, welche durch die Bauteile der Pedalbetätigungsanordnung 438 festgelegt
ist, wird nun unter Bezugnahme auf die 7A-7H und 8 erläutert. Die 7A-7H verfolgen
die Bewegung des Pedals 56 während das Pedal 56 eine
Vorwärts-Schritt-Umdrehung entlang
des elliptischen Pfads 548 vervollständigt. Wie bei den vorhergehenden
Ausführungsformen 30 und 70 kann
die Vorrichtung 436 sowohl in einem Vorwärts-Schritt-Modus
als auch in einem Rückwärts-Schritt-Modus betrieben
werden. Wenn die Vorrichtung 436 in dem Vorwärts-Schritt-Modus betrieben
wird, bewegt sich das Pedal 56 in der in den 7A-7H dargestellten
Sequenz entgegen des Uhrzeigersinns. Wenn die Vorrichtung 436 in dem
Rückwärts-Schritt-Modus betrieben wird,
wird die Sequenz umgekehrt, so dass das Pedal 56 sich im
Uhrzeigersinn von der in 7A dargestellten
Position zu der in 7H dargestellten bewegt. Die Winkelbeziehungen
zwischen der Pedalstange 44 und dem Pedal 56,
insbesondere der Winkel 504 (dargestellt in 3)
zwischen dem ersten länglichen
Element 496 und dem vertikalen Element 502 und
der Winkel 509 (dargestellt in 3) zwischen der
oberen Fläche 162 des
Pedals 56 und dem vertikalen Element 502, beeinflussen
die Art und Weise, in welcher das Gewicht des Benutzers auf dem
Pedal 56 verteilt wird, während das Pedal 56 sich
auf dem elliptischen Pfad bewegt. Insbesondere wird eine sich verändernde
Winkelverschiebung 550 zwischen der oberen Fläche 162 und
der Bezugsfläche 384 erzeugt,
wenn das Pedal 56 sich auf dem elliptischen Pfad 548 bewegt.
Die sich verändernde
Winkelverschiebung 550 hilft, eine Gewichtsverteilung und
eine Biegung zu erzeugen, welche einen normalen, nicht unterstützten Gang
simuliert. Des weiteren erzeugt die Bewegung des Pedals 56 entlang
des elliptischen Pfads 548 eine sich verändernde
lineare Verschiebung 552 zwischen dem Punkt 388 auf
der oberen Fläche 162 des
Pedals 56 und der Bezugsebene 384. Beginnend in 7A befindet
sich das zweite Ende 500 der Pedalstange 444 an
der hintersten Position auf dem hin- und hergehenden linearen Pfad 538 und
der Ellipsenerzeuger 442 befindet sich an einer der Position
A in 6 entsprechenden Stelle. An diesem Punkt beträgt die Winkelverschiebung 550 zwischen
der oberen Fläche 162 des
Pedals 56 ungefähr
+0,5° und
die lineare Verschiebung 552 zwischen dem Punkt 388 und
der Ebene 384 beträgt ungefähr 38 cm
(15 Zoll).
-
Eine
Vorwärtsdrehung
der Rolle 42 auf der Drehachse 44 um ungefähr 45°, wie in
den Figuren A-H dargestellt, bewegt das Pedal 56 entlang
des elliptischen Pfads 548 zu der in 8 dargestellten
Position. Das zweite Ende 500 der Pedalstange 442 ist entlang
der festen, geneigten Bahn 466 in Richtung der Drehachse 44 um
ungefähr
ein Viertel des hin- und hergehenden, linearen Pfads 538 fortgeschritten und
der Ellipsenerzeuger 442 hat sich an eine der Position
B in 6 entsprechende Stelle bewegt. An diesem Punkt
beträgt
die Winkelverschiebung 550 zwischen der Fläche 162 und
der Referenzebene 384 ungefähr –5° und die lineare Verschiebung 552 zwischen
dem Punkt 388 und der Referenzebene 384 beträgt ungefähr 46 cm
(18 Zoll). Die Veränderung der
Winkelverschiebung 550 von ungefähr +0,5° zu ungefähr –0,5° entspricht einer Biegung, in
welcher der Zehenabschnitt 58 über den Fersenabschnitt 60 angehoben
worden ist.
-
Dann
bewegt eine zusätzliche
Vorwärtsdrehung
der Rolle 42 um ungefähr
weitere 45° das
Pedal 56 entlang des elliptischen Pfads 548 zu
der in 7C dargestellten Position, wobei
an diesem Punkt das zweite Ende 500 der Pedalstange 444 entlang
der festen, geneigten Bahn 466 in Richtung der Drehachse 44 um
ungefähr
die Hälfte
des hin- und hergehenden linearen Pfads 538 fortgeschritten
ist und der Ellipsenerzeuger 442 sich zu einer der Position
C in 6 entsprechenden Stelle bewegt hat. An diesem
Punkt ist die sich verändernde
Winkelverschiebung 550 zwischen der oberen Fläche 162 des Pedals 56 und
der Referenzebene 384 ungefähr –7,1° und die sich verändernde
lineare Verschiebung zwischen dem Punkt 388 und der Referenzebene 384 beträgt ungefähr 48 cm
(19 Zoll). Die Veränderung
bezüglich
der Winkelverschiebung 550 entspricht auch einer Biegung,
in welcher der Zehenabschnitt 58 noch weiter über den
Fersenabschnitt 60 angehoben wird. Eine weitere Rotation
der Rolle 42 auf der Drehachse 44 um ungefähr 45° bewegt das Pedal 56 entlang
des elliptischen Pfads 548 zu der in 7D dargestellten
Position. Das zweite Ende 500 der Pedalstange 444 ist
ungefähr
drei Viertel des Weges entlang des hin- und hergehenden linearen Pfads 538 in
Richtung der Drehachse 44 fortgeschritten und der Ellipsenerzeuger 442 hat
sich zu einer der Position D in 6 entsprechenden
Stelle bewegt. Die sich verändernde
Winkelverschiebung 550 ist nun ungefähr –4,1° und die sich verändernde
lineare Verschiebung 552 beträgt ungefähr 48 cm (19 Zoll).
-
Eine
kontinuierliche weitere Rotation der Rolle 42 auf der Drehachse 44 um
weitere 45° bewegt
das Pedal 56 entlang des elliptischen Pfads 548 zu
der in 7E dargestellten Position, an
welcher das zweite Ende 550 der Pedalstange 444 die
gesamte Entfernung entlang des hin- und hergehenden linearen Pfads 538 in
Richtung der Drehachse 44 zurückgelegt hat und der Ellipsenerzeuger 442 sich
zu einer der Position E in 6 entsprechenden
Stelle bewegt hat. An diesem Punkt beträgt die sich verändernde
Winkelverschiebung 550 ungefähr +2° und die sich verändernde
lineare Verschiebung 552 beträgt ungefähr 46 cm (18 Zoll).
-
Eine
weitere Vorwärtsrotation
der Rolle 42 auf der Drehachse 44 um 45° bewegt das
zweite Ende 500 der Pedalstange 44 rückwärts, weg
von der Drehachse 44, und zwar um ungefähr ein Viertel des hin- und
hergehenden linearen Pfads 538 und bewegt das Pedal 56 entlang
des elliptischen Pfads 548 zu der in 7F dargestellten
Position. Der Ellipsenerzeuger 442 befindet sich nun in
einer der Position F in 6 entsprechenden Position. Die
sich verändernde
Winkelverschiebung 550 zwischen der oberen Fläche 162 des
Pedals 56 und der Referenzebene hat sich nun auf ungefähr +7,5° erhöht und die sich
verändernde
lineare Verschiebung 552 zwischen dem Punkt 388 auf
der oberen Fläche 162 des Pedals 56 und
der Referenzebene 384 hat auf ungefähr 38 cm (15 Zoll) abgenommen.
Das Pedal 56 befindet sich nun in dem unteren Abschnitt
des elliptischen Pfads 548, welcher der zweiten Hälfte der
Vorwärts-Schritt-Bewegung
entspricht.
-
Ein
kontinuierliche Vorwärtsdrehung
der Rolle 42 auf der Drehachse 44 um ungefähr weitere
45° bewegt
das Pedal 56 entlang des elliptischen Pfads 548 zu
der in 7G dargestellten Position, wobei an
diesem Punkt das zweite Ende 500 der Pedalstange 444 ungefähr die Hälfte des
Weges entlang des hin- und hergehenden linearen Pfads 538 rückwärts zurückgelegt
hat, und der Ellipsenerzeuger 442 sich zu einer der Position
G in 6 entsprechenden Stelle bewegt hat. Die sich verändernde
Winkelverschiebung 550 zwischen der oberen Fläche 162 des Pedals 56 und
der Referenzebene hat noch weiter auf ungefähr +90° zugenommen und die sich verändernde
lineare Verschiebung 552 zwischen dem Punkt 388 auf
der oberen Fläche 162 des
Pedals 56 und der Referenzebene 384 hat auf ungefähr 35,5 cm
(14 Zoll) abgenommen.
-
Die
abschließende
Vorwärtsdrehung
der Rolle 42 auf der Drehachse 44 um ungefähr weitere 45° bewegt das
Pedal 56 entlang des elliptischen Pfads 550 zu
der in 7H dargestellten Position. Das
zweite Ende 500 der Pedalstange 444 hat sich nun
entlang der geneigten Bahn 446 um ungefähr drei Viertel des hin- und
hergehenden linearen Pfads 538 rückwärts bewegt und der Ellipsenerzeuger 442 hat
sich zu einer der Position H in 6 entsprechenden
Stelle bewegt. Die sich verändernde Winkelverschiebung 550 zwischen
der oberen Fläche 162 des
Pedals 56 und der Referenzebene hat sich auf ungefähr +6,10° verringert
und die sich verändernde
lineare Verschiebung 552 zwischen dem Punkt 388 auf
der oberen Fläche 162 des
Pedals 56 und der Referenzebene 384 bleibt bei
ungefähr
35,5 cm (14 Zoll). Eine kontinuierliche Vorwärtsdrehung der Rolle 42 auf
der Drehachse 44 um ungefähr weitere 45° vervollständigt die
Vorwärts-Schritt-Bewegung
entlang des elliptischen Pfads 550 und bringt das zweite
Ende 550 der Pedalstange 444 zurück zu der
hintersten Position entlang des hin- und hergehenden linearen Pfads 538 und
das Pedal 56 zurück zu
der in 7A dargestellten Position.
-
8 stellt
den elliptischen Pfad 538 mit vier der zuvor erläuterten
Positionen des Pedals 56 dar, die demselben überlagert
sind. Insbesondere stellt das mit "A" bezeichnete
Pedal die Position und Orientierung des Pedals 56 dar,
wie es in 7A erscheint. In ähnlicher
Weise stellen die mit "C", "E" und "G" bezeichneten
Pedale die Positionen und Orientierungen des Pedals 56 dar,
wie es in den jeweiligen 7C, 7E und 7G erscheint.
Wie bei den Pedalbetätigungsanordnungen 162 und 272 der vorhergehenden
Ausführungsformen 30 und 270 bringt
die Pedalbetätigungsanordnung 438 der
bevorzugten Ausführungsform 436 der
Erfindung somit das Pedal 56 dazu, dass sich dieses auf
einem im wesentlichen elliptischen Pfad 538 auf eine Art
und Weise bewegt, welche einen normalen, nicht unterstützten Gang
simuliert. Insbesondere er zeugen die kreisförmigen Bewegungen der Versatzkopplungsanordnungsrollen 458 und 476,
wenn sie mit den hin- und hergehenden linearen Bewegungen der zwei Führungen 478 und 480 kombiniert
werden, einen elliptischen Pfad 494 um die Drehachse 44 der
Rolle 42. Das erste Ende 498 der Pedalstange 444,
welches fest an dem Abschnitt 499 des Ellipsenerzeugers 442 angebracht
ist, bewegt sich deshalb entlang des elliptischen Pfads 494,
wenn die Rolle 42 rotiert. Im Gegensatz dazu bewegt sich
bei der ersten Ausführungsform 30 das
erste Ende 50 der Pedalstange 46 auf dem kreisförmigen Pfad 51,
wenn die Rolle 42 rotiert. Des weiteren bewegt sich bei
der zweiten Ausführungsform 270 das
erste Ende 316 der Pedalverbindung 282 auf dem
kreisförmigen
Pfad 304 und das erste Ende 310 der sich bewegenden
Bahn 376 bewegt sich auf dem hin- und hergehenden bogenförmigen Pfad 312,
wenn die Rolle 42 rotiert.
-
Die
bevorzugte Ausführungsform 436 bietet, wie
die vorhergehenden Ausführungsform 270,
den Vorteil, dass die Abmessungen der elliptischen Bewegung durch
Variieren der Größen der
ersten und zweiten kreisförmigen
Pfade unabhängig
variiert werden können.
Die Abstände
und Winkel, wie sie in Verbindung mit den 7A-7H oben
erläutert
wurden, stellen ein bevorzugtes Beispiel der Bewegung des Pedals 56 dar.
Durch Modifizieren verschiedener Parameter des Trainingsgeräts 436 ist
es jedoch möglich,
unterschiedliche Pedalbewegungen zu erzeugen. Zum Beispiel können die
Höhen der
elliptischen Pfade 494 und 548 durch Verlängern des
ersten Kurbelarms 448 und ein damit verbundenes Erhöhen des
Abstandes zwischen der Drehachse 44 und der ersten Achse 454 der
Versatzkopplungsanordnung 440 erhöht werden. In ähnlicher
Weise können
die Längen
der elliptischen Pfade 494 und 548 durch Verändern der
Länge des
zweiten Kurbelarms 450 der Versatzkopplungsanordnung 440 verändert werden.
-
9 zeigt
eine zweite Ausführungsform 554 einer
Pedalstange, die bei der Pedalbetätigungsanordnung 438 der
Vorrichtung 436 verwendet werden kann. Wie bei der vorhergehenden
Ausführungsform 444 überträgt die Pedalstange 554 die
elliptische Bewegung, die benachbart zu der Drehachse 44 erzeugt
wurde, zu dem Pedal 56. Die Pedalstange 554 unterscheidet
sich von der vorhergehenden Ausführungsform 444 in
ihrer Form. Die Pedalstange 554 weist ein erstes, längliches
Element 556 auf, welches ein erstes Ende 558 aufweist,
welches starr an dem Abschnitt 499 des Ellipsenerzeugers 442 befestigt ist.
Ein zweites Ende 560 des länglichen Elements 554 ist
starr an einem zweiten länglichen
Element 562 an einem ersten Ende 564 desselben
befestigt. Die Achse 528 erstreckt sich durch ein zweites
Ende 566 des zweiten länglichen
Elements 562. Die Rollen 534 und 536 sind
gelenkig an der Achse 528 angebracht, wie vorher beschrieben.
Das zweiten Ende 566 des zweiten länglichen Elements 562 ist
somit auf rollende Art und Weise mit der Bahn 466 in Eingriff.
Das erste Ende 558 des ersten länglichen Elements 556 bildet
das erste Ende der Pedalstange 554 und das zweite Ende 566 des
zweiten länglichen Elements 562 bildet
das zweite Ende der Pedalstange 554. Das zweite längliche
Element 562 erstreckt sich von dem ersten länglichen
Element 556 um einen vorbestimmten Winkel 564 nach
unten, welcher bei der bevorzugten Ausführungsform der Pedalstange 554 ungefähr 131 beträgt. Das
Pedal 56 ist starr an einer oberen Fläche 570 des ersten
länglichen Elements 558 in
der Nähe
des zweiten Endes 560 desselben befestigt. Hinsichtlich
aller weiterer Umstände
werden die Pedalstange 554 und die Vorrichtung 436 auf
die zuvor unter Bezugnahme auf die 7A-7H und 8 beschriebene
Art und Weise betrieben.
-
Die 10-12 zeigen
alternative und bevorzugte Ausführungsformen
eines Ellipsenerzeugers 570 und einer Versatzkopplungsanordnung 572. Wie
am besten in den 11 und 12 erkannt werden
kann, weist die Versatzkopplungsanordnung 572 wie die vorhergehenden
Ausführungsformen 274 und 440 zwei
Kurbelarme 574 und 576 und zwei Achsen 578 und 580 auf.
Ein erstes Ende 582 des ersten Kurbelarms 574 ist
an der Rollendrehachse 44 befestigt. Die erste Achse 578 ist
an dem ersten Kurbelarm 574 in der Nähe eines zweiten Endes 584 desselben befestigt
und ist im wesentlichen senkrecht zu dem ersten Kurbelarm 574.
Wenn die Rolle 42 rotiert, folgt die erste Achse 578 einem
ersten, im wesentlichen kreisförmigen
Pfad 588 (dargestellt in den 10, 11 und 13A-13D). Ein erstes Ende 590 des
zweiten Kurbelarms 576 ist an der ersten Achse 578 befestigt.
Die zweite Achse 580 ist an dem zweiten Kurbelarm 576 in
der Nähe
eines zweiten Endes 592 desselben befestigt und ist im
wesentlichen senkrecht zu dem zweiten Kurbelarm 576. Die
zweite Achse 580 folgt einem zweiten, im wesentlichen kreisförmigen Pfad 594 (dargestellt
in den 10, 11 und 13A-13D), während die Rolle 42 rotiert.
Der Durchmesser des zweiten kreisförmigen Pfads 594 ist
vorzugsweise größer als
der Durchmesser des ersten kreisförmigen Pfads 588. Der
Ellipsenerzeuger 570 weist zwei Verbindungsstangen 596 und 598 und
ein Halteelement 600 auf. Ein erstes Ende 602 der
ersten Verbindungsstange 596 ist gelenkig an der ersten
Achse 578 angebracht, um einen ersten Drehpunkt 604 festzulegen.
Ein zweites Ende 606 der ersten Verbindungsstange 596 ist
gelenkig an dem Halteelement 600 angebracht, um einen zweiten
Drehpunkt 608 festzulegen. Das Halteelement 600 ist
fest an dem ersten Ende 498 der Pedalstange 444 befestigt,
und zwar in der Nähe des
gekrümmten
Abschnitts 501 (dargestellt in den 10, 11 und 13A-13D). Ein erstes Ende 610 der
zweiten Verbindungsstange 598 ist gelenkig an der zweite
Achse 580 angebracht, um einen dritten Drehpunkt 612 festzulegen.
Ein zweites Ende 614 der zweiten Verbindungsstange 598 ist
gelenkig an der Pedalstange 444 angebracht, um einen vierten
Drehpunkt 616 festzulegen.
-
Die
Abstände
zwischen den Drehpunkten 604, 608, 612 und 616 legen
ein Viergelenk fest, welches zusammen mit den kreisförmigen Pfaden 588 und 594,
die von der ersten Achse 578 und der zweiten Achse 580 verfolgt
werden, das erste Ende 498 der Pedalstange 444 dazu
bringt, einen im wesentlichen elliptischen Pfad 618 (dargestellt
in den 10, 11 und 13A-13D) um die Drehachse 44 der
Rolle zu folgen. Insbesondere ist ei ne erste Verbindung (in 11 mit
einer gestrichelten Linie dargestellt) durch den Abstand zwischen
dem ersten Drehpunkt 604 und dem zweiten Drehpunkt 608 festgelegt
und ist in der bevorzugten Ausführungsform ungefähr 10 cm
(4 Zoll) lang. Die erste Verbindung 620 ist also ein Abschnitt
der ersten Verbindungsstange 596. Eine zweite Verbindung 622 (in 11 mittels
einer gestrichelten Linie dargestellt) ist durch den Abstand zwischen
dem zweiten Drehpunkt 608 und dem vierten Drehpunkt 616 festgelegt
und ist ungefähr
36,5 cm (14,4 Zoll) lang. Die zweite Verbindung 622 ist
ein Abschnitt des gekrümmten
Abschnitts 501 der Pedalstange 444. Eine dritte
Verbindung 624 (in 11 mittels
einer gestrichelten Linie dargestellt) wird durch den Abstand zwischen
dem vierten Drehpunkt 616 und dem dritten Drehpunkt 612 festgelegt
und ist vorzugsweise ungefähr
36,5 cm (14,4 Zoll) lang. Die dritte Verbindung 624 ist
ein Abschnitt der zweiten Verbindungsstange 598. Eine vierte
Verbindung 626 (in 11 mittels
einer gestrichelten Linie dargestellt) wird durch den Abstand zwischen
dem dritten Drehpunkt 612 und dem ersten Drehpunkt 604 festgelegt
und ist vorzugsweise ungefähr
5,8 cm (2,3 Zoll) lang. Die vierte Verbindung 626 ist ein
Abschnitt des zweiten Kurbelarms 576. Die vertikale Abmessung
des elliptischen Pfads 618, der von dem ersten Ende 498 der
Pedalstange 444 verfolgt wird, wird durch die Länge der
ersten Verbindung 620 zusammen mit dem Durchmesser des
ersten kreisförmigen
Pfads 588 (dargestellt in den 10, 11 und 13A-13D) festgelegt. Die horizontale
Abmessung der Ellipse 618 wird durch die Länge der
dritten Verbindung 624 zusammen mit dem Durchmesser des
zweiten kreisförmigen
Pfads 594 festgelegt. Wenn die erste Verbindung 620,
die zweite Verbindung 622, die dritte Verbindung 624 und
die Pedalstange 444 unendlich lang wären, wäre die Ellipse 618 eine
perfekte Ellipse. Die beschränkten
Abmessungen der ersten und dritten Verbindungen 620 und 624 führen jedoch,
in Verbindung mit der relativen Kürze der ersten Verbindung 620 dazu,
dass die Form der Ellipse 618 leicht verzerrt ist. Wie
in 10 dargestellt, verbindet die Pedalstange 444 das
Pedal 56 mit dem Ellipsenerzeuger 570 und überträgt die allgemeine
elliptische Bewegung auf das Pedal 56, so dass das Pedal 56 einem
im wesentlichen elliptischen Pfad 628 folgt (dargestellt
in den 10 und 13A-13D).
-
Die
Bewegung des Pedals 56 wird nun unter Bezugnahme auf die 13A-13D erläutert. Während die Rolle 42 (nicht
dargestellt) um die Drehachse 44 rotiert, bewegen sich
die erste Achse 578 und die zweite Achse 580 entlang
der jeweiligen kreisförmigen
Pfade 588 und 594 und bewegen dadurch das zweite
Ende 500 der Pedalstange 444 entlang eines hin-
und hergehenden linearen Pfads 630 zurück und vorwärts. Wie zuvor erläutert, kann
die Vorrichtung 436 sowohl in einem Vorwärts-Schritt-Modus
als auch in einem Rückwärts-Schritt-Modus betrieben
werden. Wenn die Vorrichtung 436 in dem Vorwärts-Schritt-Modus
betrieben wird, bewegt sich das Pedal 56 in der in den 13A-13D dargestellten Sequenz. Wenn
die Vorrichtung in dem Rückwärts-Schritt-Modus
betrieben wird, wird die Se quenz umgekehrt, so dass sich das Pedal
von der in 13A dargestellten Position zu
der in 13D dargestellten Position bewegt.
In jedem Modus überträgt die Pedalstange 444 die
elliptische Bewegung 618, welche um die Rollenachse 44 erzeugt
wird, auf das Pedal 56, welches sich folglich entlang des
elliptischen Pfads 628 bewegt. Es sollte betont werden,
dass der elliptische Pfad 628, der von dem Pedal 56 verfolgt
wird, nicht mit dem elliptischen Pfad 618 identisch ist,
der an der Rollenachse 44 erzeugt wird. Die vertikale Einspannung
des zweiten Endes 500 der Pedalstange 444 führt dazu,
dass die Form der Ellipse 628 gleichförmiger elliptisch ist. Zusätzlich beeinflussen
der Winkel 504 (dargestellt in 10) zwischen
dem länglichen
Element 496 und dem vertikalen Element 502 der
Pedalstange 444 und der Winkel 509 (dargestellt
in 10) zwischen der oberen Fläche 162 des Pedals 56 und
dem vertikalen Element 502 die Art und Weise, in welcher
das Gewicht des Benutzers auf das Pedal 56 verteilt wird, wenn
sich das Pedal auf dem elliptischen Pfad 628 bewegt. Insbesondere
wird eine sich verändernde Winkelverschiebung 632 zwischen
der oberen Fläche 162 des
Pedals 56 und der Referenzebene 384 erzeugt, wenn
sich das Pedal 56 auf dem elliptischen Pfad 628 bewegt.
Die sich verändernde
Winkelverschiebung 632 hilft, eine Gewichtsverteilung und
eine Biegung zu erzeugen, welche einen normalen, nicht unterstützten Gang
simuliert. Die Bewegung des Pedals 56 entlang des elliptischen
Pfads 628 erzeugt auch eine sich verändernde lineare Verschiebung 634 zwischen
dem Punkt 388 auf der oberen Fläche 162 des Pedals 56 und
der Referenzebene 384. Die Größe der Veränderung der vertikalen Verschiebung 634 beeinflusst
die Höhe
der Anstrengung, die von dem Benutzer erfordert wird, um eine Schrittbewegung
zu vervollständigen;
je größer die Änderungen in
der vertikalen Verschiebung 634 sind, desto spürbarer ist
das Training.
-
Beginnend
in 13A befindet sich das zweite Ende 500 der
Pedalstange 444 an der hintersten Position entlang des
hin- und hergehenden linearen Pfads 630 und das erste Ende 498 der
Pedalstange 444 ist entlang der Ellipse 618 an
der Position A angeordnet. An diesem Punkt beträgt die Winkelverschiebung 632 zwischen
der oberen Fläche 162 des
Pedals 56 und der Referenzebene 384 ungefähr +0,8° und die
lineare Verschiebung 634 zwischen dem Punkt 388 und
der Referenzebene 384 beträgt ungefähr 40 cm (15,6 Zoll). Die Vorwärtsdrehung
der Rolle auf der Drehachse 44 um ungefähr 90° bewegt das Pedal 56 entlang
des elliptischen Pfads 628 zu der in 13B dargestellten Position. Das zweite Ende 500 der
Pedalstange 444 ist entlang der festen, geneigten Bahn 466 in
Richtung der Drehachse 44 um ungefähr die Hälfte des hin- und hergehenden
linearen Pfads 630 fortgeschritten und das erste Ende 498 der
Pedalstange 444 hat sich entlang der Ellipse 618 zu
der Position B bewegt. An diesem Punkt beträgt die Winkelverschiebung 632 zwischen
der oberen Fläche 162 des
Pedals 56 und der Referenzebene 384 ungefähr –10,7° und die
lineare Verschiebung 634 zwischen dem Punkt 388 und
der Ebene 384 beträgt
ungefähr
51 cm (20 Zoll). Die Veränderung
der Winkelverschiebung von ungefähr
+0,8° zu
ungefähr –10,7° entspricht
einer Biegung, in welcher der Zehenabschnitt 58 über den
Fersenabschnitt 60 angehoben worden ist. Eine zusätzliche
Vorwärtsdrehung der
Rolle 42 auf der Drehachse 44 um ungefähr weitere
90° bewegt
das Pedal 56 entlang des elliptischen Pfads 628 zu
der in 13C dargestellten Position. Das
zweite Ende 500 der Pedalstange 444 hat den gesamten
Abstand entlang des hin- und hergehenden linearen Pfads 630 in
Richtung der Drehachse 44 zurückgelegt und das erste Ende 498 der
Pedalstange 444 hat sich entlang der Ellipse 618 zu
der Position C bewegt. An diesem Punkt beträgt die Winkelverschiebung 632 ungefähr 3° und die
lineare Verschiebung 634 beträgt ungefähr 48 cm (19 Zoll). Eine zusätzliche
Vorwärtsdrehung
der Rolle 42 auf der Drehachse 44 um ungefähr weitere
90° bewegt
das Pedal 56 entlang des elliptischen Pfads 628 zu
der in 13D dargestellten Position.
Das zweite Ende 500 der Pedalstange 444 hat sich
entlang der geneigten Bahn 446 weg von der Drehachse 44 bewegt,
bis sich das zweite Ende 500 ungefähr die Hälfte des Abstandes zwischen
der vordersten und der hintersten Position des hin- und hergehenden
linearen Pfads befindet. Gleichzeitig hat sich das erste Ende 498 der Pedalstange 444 entlang
der Ellipse 618 zu der Position D bewegt. An diesem Punkt
beträgt
die Winkelverschiebung zwischen der oberen Fläche 162 des Pedals 56 und
der Referenzebene 384 ungefähr 5° und die lineare Verschiebung 634 zwischen
dem Kugelpunkt 388 und der Referenzebene 384 beträgt ungefähr 38 cm
(15 Zoll). Eine zusätzliche
Vorwärtsrotation
der Rolle 42 um die Drehachse 44 um ungefähr 90° komplettiert
die Vorwärts-Schritt-Bewegung
entlang des elliptischen Pfads 628 und bringt das zweite Ende 500 der
Pedalstange 444 zurück
zu der hintersten Position entlang des hin- und hergehenden linearen
Pfads 630 und bringt das Pedal 56 zurück zu der in 13A dargestellten Position.
-
Es
kann somit erkannt werden, dass der Ellipsenerzeuger 570 und
die anderen Komponenten der Pedalbetätigungsanordnung 438 eine
Pedalbewegung erzeugen, welche einen normalen, nicht unterstützten Gang
simulieren. Wenn der Benutzer die Vorwärts-Schritt-Bewegung beginnt,
bewegt sich das Pedal 56 nach oben entlang des elliptischen
Pfads 628, zum Beispiel von der Position A zu der Position B
und gleichzeitig wird der Fersenabschnitt 60 unter den
Zehenabschnitt 58 abgesenkt, wie in 13B dargestellt,
und zwar auf eine Art und Weise, welche die Biegung simuliert, welche
auftritt, wenn der Benutzer eine nicht unterstützte Vorwärts-Schritt-Bewegung beginnt. Wenn das Pedal 56 die
Vorwärtsbewegung
entlang des elliptischen Pfads 628 fortführt, zum
Beispiel von der Position B zu der Position C, beginnt sich der
Fersenabschnitt 60 relativ zu dem Zehenabschnitt 58 anzuheben.
In dem zweiten Teil der Vorwärts-Schritt-Bewegung
bewegt sich das Pedal 56 nach unten entlang des elliptischen
Pfads 628, zum Beispiel von der Position C zu der Position
D, und gleichzeitig wird der Fersenabschnitt 60 noch weiter über den
Zehenabschnitt 58 angehoben, wie in 13D dargestellt.
Die Anhebung des Fersenabschnitts 60 re lativ zu dem Zehenabschnitt 58 simuliert
eine Biegung, welche auftreten würde,
falls der Benutzer eine normale, nicht unterstützte Vorwärts-Schritt-Bewegung vervollständigen würde. Die bevorzugte
Ausführungsform
der Vorrichtung 436 stellt somit eine elliptische Schrittbewegung
zur Verfügung,
welche eine natürliche
Fersen-Zehen-Biegung simuliert.
-
Es
sollte festgehalten werden, dass die Verwendung eines Ellipsenerzeugermechanismus,
wie zum Beispiel des Ellipsenerzeugers 442 oder des Ellipsenerzeugers 570,
welcher mit einem Pedalmechanismus verbunden ist, wie zum Beispiel
der Pedalstange 444 und dem Pedal 56, welcher
auf einer Bahn, wie zum Beispiel der Bahn 466, hin- und hergeht,
eine besonders effektive Methode des Erzeugens einer im wesentlichen
elliptischen Pedalbewegung zur Verfügung stellt.