NL1038548C2 - Werkwijze voor hergebruik van energie tijdens bewegen. - Google Patents

Description

Werkwijze voor hergebruik van energie tijdens bewegen.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het hergebruik van energie tijdens bepaalde bewegingsactiviteiten van de mens waaronder het 5 ondersteunen bij bepaalde loopactiviteiten gedurende (medische) revalidatie. Dit met als doel om tijdens het bewegen energie te besparen en/of tot betere prestaties te kunnen komen en/of bepaalde bewegingen sneller aan te leren. Bij een voorwaartse beweging wordt het lichaam vaak een beetje opgetild om een voorwaartse beweging mogelijk te kunnen maken. Dat gebeurt bijvoorbeeld tijdens (hard)lopen, schaatsen, 10 skiën, skeeleren, snowboarden en dergelijke. De uitvinding voorziet erin dat bij de neerwaartse beweging vrijkomende energie wordt hergebruikt door deze* tijdelijk op te slaan, bijvoorbeeld door een veer in te drukken, lucht, vloeistof of andere stoffen samen te persen, of door de vrijkomende energie direct door te geven aan het andere been ten behoeve van de opwaartse beweging. Deze energie wordt vervolgens weer 15 vrij gegeven als ondersteuning zodra het lichaam weer de opwaartse beweging maakt al dan niet in combinatie met een voorwaartse beweging. Hierdoor wordt energie hergebruikt, waardoor er per saldo minder energie nodig is om de betreffende beweging uit te voeren. Dat betekent energiebesparing. De bespaarde energie kan wederom worden aangewend om tot een hogere prestatie, een betere controle of tot 20 meer comfort te komen.

Bewegen kost nu eenmaal energie. De voorwaartse bewegingsenergie wordt aangewend om de wrijvingsweerstand te overbruggen. Om de voorwaartse beweging mogelijk te maken is het nodig dat het lichaam zich per stap tijdelijk enigszins omhoog 25 tilt. Daarvoor wordt relatief veel energie aangewend die gedeeltelijk onbenut verloren gaat. Indien het lichaam per stap gemiddeld 2,5 cm wordt opgetild dan is het lichaam bij 1.200 stappen (oftewel een afstand van circa 1.000 m) in totaal (geaccumuleerd) 3.000 cm (= 2,5 cm x 1.200 stappen) opgetild, hetgeen inhoudt dat, indien de hoogtes waarover het lichaam bij elke stap is opgetild bij elkaar zouden worden opgeteld een 30 totale hoogte zou worden overbrugd van 30 meter. Bij hardlopen wordt per km meer energie verbruikt dan bij wandelen. Dat wordt mede veroorzaakt doordat het lichaam bij het hardlopen bij elke stap met meer snelheid en hoger wordt opgetild. Stel dat de hoogte in dit geval 5 cm per stap zou zijn, dan zou het lichaam bij 10 km hardlopen totaal 600 m omhoog worden getild (= 5 cm x 12.000 stappen). Iets dergelijks gebeurt 1038548 2 eveneens bij bewegingsactiviteiten zoals schaatsen, skeeleren, skiën, snowboarden en dergelijke.

Afhankelijk van de intensiteit van de bewegingen, de omgeving en de soort beweging gaat er door de opwaartse beweging een substantiële hoeveelheid energie verloren.

5

De natuur heeft niet stil gezeten en heeft het bewegingsapparaat van het lichaam, bestaande uit botten, gewrichten, spieren, pezen en reflexen, over veerkracht laten beschikken. Botten zijn bijvoorbeeld veerkrachtig en het kraakbeen in de gewrichten en tussen de botten is eveneens veerkrachtig. Dat geheel wordt ondersteund door de 10 elasticiteit van de spieren en de pezen en door een soepele beweging. Aannemende dat daardoor 75% van de neerwaartse energie wordt hergebruikt bij de volgende opwaartse beweging, dan zou toch nog per saldo 25% voor de opwaartse energie nodig zijn om het lichaam omhoog te tillen, in geval van het hierboven vermelde laatste voorbeeld totaal 150 m (= 25% x 600 m). Naast dat het bewegingsapparaat van het 15 lichaam over veerkracht beschikt, beschikt het schoeisel eveneens over enige veerkracht en beweegt de bodem ook vaak nog wat mee.

Waar in deze beschrijving en in de conclusies de termen neerwaartse beweging en opwaartse beweging worden gebruikt, wordt met een neerwaartse beweging een 20 beweging in de richting van de zwaartekracht bedoeld en met een opwaartse beweging een beweging in een richting die tegengesteld is aan de richting van de zwaartekracht.

Echter, de veerkracht van het bewegingsapparaat verschilt van persoon tot persoon.

De veerkracht wordt verder ook beïnvloed door de soort beweging. Bij de een zijn de 25 botten nu eenmaal veerkrachtiger dan bij de ander. Ook het samenspel in het bewegingsapparaat tussen botten, gewrichten, spieren, pezen en reflexen varieert van persoon tot persoon. Zijn er grote verschillen in de motoriek tussen personen, zo zijn er eveneens verschillen tussen personen in de efficiency in het benutten van energie.

Bij natuurlijke bewegingen, zoals bij lopen of hardlopen is dat weer anders dan bij 30 minder natuurlijke bewegingen zoals onder andere bij schaatsen, skeeleren, skiën, snowboarden en dergelijke. Die laatste bewegingen zijn minder natuurlijk en daarin heeft de evolutie geen kans gekregen om daarop te anticiperen. Dat wil zeggen dat er bij minder natuurlijke bewegingen, wellicht meer energie verloren zal gaan en daar derhalve meer winst valt te behalen door toepassing van de werkwijze volgens de 35 vinding.

3

De uitvinding kan afhankelijk van de persoon, de soort beweging en de intensiteit ervan bijdragen aan hergebruik van energie waarbij de vrijkomende neerwaartse energie wordt omgezet in opwaartse en/of voorwaartse bewegingsenergie.

5 Door de energie die bij een neerwaartse beweging beschikbaar komt te hergebruiken door deze op te vangen en die energie weer direct of indirect te laten vrijkomen tijdens de opgaande beweging en of die energie beschikbaar te stellen en om te zetten in een voorwaartse beweging, kost de beweging per saldo uiteindelijk minder energie door de wet van behoud van energie. De onderhavige uitvinding voorziet in een faciliteit die dat 10 mogelijk maakt. Deze faciliteit bevindt zich ergens tussen de voet en de bodem welke grond, ijs of sneeuw kan omvatten. Deze faciliteit kan zijn aangebracht bijvoorbeeld in de schoen, schaats, skeeler, ski, snowboard en dergelijke of ergens tussen voet en bodem. Dit principe is schematisch weergegeven in figuur 1.

Figuur 1 toont een voet 1 met daar omheen de contouren van de binnenkant van een 15 schoen 3 de bodem 2 welke grond, ijs of sneeuw kan omvatten. De neerwaartse kracht wordt weergegeven door de pijl 4. Tussen de voet en de bodem bevinden zich energieopslagmiddelen 5 die de bij de neerwaartse beweging vrijkomende energie kunnen opslaan en vervolgens weer kunnen vrijgeven ten behoeve van een opwaartse en/of voorwaartse beweging hier weergegeven door pijl 6. Verder toont figuur 1 het 20 contactmateriaal 7 welke bijvoorbeeld de onderkant van een schoen, ski of skibinding, schaats, skeeler of snowboard kan omvatten, of kan bestaan uit een snowboard of iets dergelijks.

Het ontwerp van de energieopslagmiddelen 5 wordt afgestemd op de toepassing opdat 25 conform de wet van behoud van energie zoveel mogelijk energie kan worden hergebruikt en kan worden aangewend voor de opwaartse beweging dan wel worden aangewend voor de voorwaartse beweging.

De energieopslagmiddelen 5 kunnen één of meer mechanische veren omvatten en/of een pneumatisch of hydraulisch systeem waarin een gas (bij voorbeeld lucht) of een 30 vloeistof wordt samengeperst voor de opslag van energie. Daarnaast kunnen de energieopslagmiddelen ook een vaste samenpersbare stof, waaronder bijvoorbeeld rubber of een ander elastisch samendrukbaar materiaal omvatten. Ook elektromechanische middelen kunnen worden gebruikt als energieopslagmiddelen. Hierbij wordt onder meer gedoeld op bijvoorbeeld plunjers die door een magneetspoel 35 worden voortbewogen.

4

De opgeslagen energie komt zodanig beschikbaar dat de opwaartse beweging al dan niet in combinatie met de voorwaartse beweging per saldo minder energie vergt, waardoor energiebesparing ontstaat en uiteindelijk meer energie overblijft om de prestatie te kunnen vergroten en of om gewoon energie te kunnen besparen.

5 Afhankelijk van de persoonlijke wensen, de soort activiteit en intensiteit is de mate van energieopslag in te stellen alsmede de richting waarin de energie weer beschikbaar komt. Een uitvoeringsvoorbeeld van de energieopslagmiddelen 5 is schematisch weergegeven in figuur 2.

10 Figuur 2 toont het basisprincipe van een uitvoeringsvorm, welke eenvoudig kan worden toegepast tussen de voet en het contactmateriaal, zoals de zool van de schoen, de schaats, de ski, de snowboard en dergelijke. Daarbij omvatten de energieopslagmiddelen een bovenplaat 8 en een onderplaat 9 welke aan de zijde van de voorkant van de voet scharnierend om een tijdens gebruik althans nagenoeg 15 evenwijdig aan de bodem lopende as 10 met elkaar verbonden zijn. Tussen de bovenplaat 8 en de onderplaat 9 bevinden zich één of meerdere veermechanismen 11 die de energie van de neerwaartse druk kunnen opvangen, kunnen vasthouden en vervolgens kunnen vrijgeven ter ondersteuning van de opwaartse en voorwaartse beweging, opdat daarbij door de energieopslagmiddelen dan minder energie van de 20 gebruiker nodig is. Naast de in figuur 2 getoonde uitvoeringsvorm omvat de uitvinding tevens uitvoeringsvormen waarbij de platen 8 en 9 niet met behulp van een as 10 scharnierend met elkaar zijn verbonden, maar door de energieopslagmiddelen bij elkaar worden gehouden.

25 Zodra het aan de hand van het in figuur 2 getoonde voorbeeld besproken veermechanisme in de zool van de schoen wordt bevestigd, zijn de energieopslagmiddelen er verder op aangepast dat deze de beweging van de voet zo goed mogelijk kunnen volgen. Wat hiermee wordt bedoeld, is schematisch weergegeven in figuur 3. Figuur 3 toont de binnenkant van de schoen 3 en de bodem 30 2. De energieopslagmiddelen bevinden zich op de bodem van de buitenschoen 12.

Indien er geen sprake is van een binnenschoen en een buitenschoen, is de uitvinding tevens van toepassing zodra er sprake is van een binnenzool en een buitenzooi. In deze uitvoeringsvorm is de bovenplaat 8 verdeeld in 2 of meerdere stukken die ten opzichte van elkaar kunnen bewegen, in dit voorbeeld twee segmenten 8a en in 8b. De 35 segmenten 8a en 8b zijn beweegbaar met elkaar verbonden. Dat gebeurt in dit geval 5 onder de voorvoet nagenoeg op een plaats 10b waar de voorvoet grenst aan de voetholte. De plaatsegmenten zijn voldoende stug om de energie op de veermechanismen te kunnen overbrengen. Anderzijds zijn de plaatsegmenten toch voldoende flexibel om een comfortabele pas mogelijk te kunnen maken. Tussen de 5 platen 8 en 9 bevinden zich de veermechanismen 11a en 11b. De uitvinding voorziet erin dat de energieopslagmiddelen meer dan twee veermechanismen kunnen omvatten indien dit de beweging, de overdracht van de bewegingsenergie en het comfort ten goede komt. In het in fig. 3 getoonde voorbeeld is de veerkracht van beide veermechanisme afzonderlijk in te stellen door middel van stelmechanismen, bij 10 voorbeeld stelschroeven 13a en 13b. Het veermechanisme kan tevens naar voren of naar achteren worden verschoven, hetgeen bij voorbeeld kan worden bewerkstelligd met behulp van aan de veermechanismen bevestigde profielen 14a en 14b die in een op de bodemplaat bevestigde geleiding kunnen worden bewogen en gefixeerd. Naarmate het veermechanisme aan de onderzijde ten opzichte van de bovenkant meer 15 naar achteren wordt geplaatst, komt er relatief meer voorwaartse energie beschikbaar en minder opwaartse energie. De faciliteit is dusdanig ontwikkeld dat er sprake is van vooral een opwaartse beweging al dan niet in combinatie met een voorwaartse beweging. De faciliteit kan eveneens van een afstelmechanisme worden voorzien dat een deel van de neerwaartse energie aanwendt als bijdrage aan een zijwaartse 20 beweging, bijvoorbeeld tijdens het schaatsen wanneer voortdurend bochten in dezelfde richting worden gemaakt, of om te bewerkstelligen dat bij het skiën de bochten beter lopen tijdens het ondersteunen van het carven. De energieopslagmiddelen kunnen ook als twee of meerdere gescheiden secties worden gemonteerd indien dat vereist zou zijn. In plaats van via het in fig. 3 getoonde scharnierpunt 10b met elkaar te zijn 25 verbonden, kunnen de bovenplaatsegmenten ook beide scharnierend op de onderplaat 9 worden bevestigd. Indien er sprake is van bijvoorbeeld pneumatische of hydraulische systemen, kan de energie eveneens worden verdeeld tussen de verschillende secties opdat meer optimaal op de persoonlijke wensen kan worden ingespeeld. Het proces van het over de secties verdelen, opslaan en weer vrijgeven van energie kan ter 30 optimalisatie eveneens elektronisch worden ondersteund.

Ter vereenvoudiging van de bij de onderstaande voorbeelden behorende figuren, zijn de instelmogelijkheden in die figuren weggelaten, terwijl de uitvinding er wel in voorziet dat die mogelijkheden in alle gevallen geïntegreerd kunnen worden.

35 6

Voorbeeld 1: Toepassing bij schaatsen

Deze toepassing is schematisch weergegeven in figuur 4. De voet 1 zit in de schoen 12 welke steun biedt aan de voet en ervoor zorgt dat de schaats 7 via de schoen wordt aangestuurd. De schaats glijdt over de bodem 2, in dit geval een bodem van ijs. Bij 5 schaatsen wordt relatief veel druk uitgeoefend onder de voorvoet 1 a. Dat is dan een goede plaats om gebruik te maken van energieopslagmiddelen. Deze zijn zodanig ontwikkeld dat de schaats stabiel blijft. Het effect kan worden ondersteund door eveneens energieopslagmiddelen onder de hiel 1b te maken. De uitslag behoeft niet groot te zijn. Hoe kleiner de uitslag, des te zwaarder het veermechanisme kan zijn en 10 des te stabieler het mechanisme. Van belang is dat de energie zo wordt opgeslagen en vrijgegeven dat de stabiliteit blijft en dat in dit geval de schaatser niet het gevoel krijgt dat de schaats instabieler wordt, maar juist het gevoel geeft dat deze 'meewerkt'. De veerkracht van de energieopslagmiddelen kan worden aangepast evenals de veerrichting.

15

Voorbeeld 2: Toepassing bij skiën

Tijdens het skiën wordt vooral bij een gevorderde skiër of een wedstrijdskiër een opwaartse beweging na een neerwaartse beweging gemaakt die relatief veel energie kost. Na korte tijd intens sporten krijgen skiërs, zoals schaatsers, vaak brandende 20 bovenbenen en treedt snel vermoeidheid op. Bij beginnende skiërs is het vooral handig dat de her te gebruiken energie door het veermechanisme zo kan worden aangewend dat de bocht beter kan worden gemaakt bijvoorbeeld bij het carven.

Door energieopslagmiddelen tussen de voet en de ski te voorzien, kan de energie van de neerwaartse beweging worden behouden en door de energieopslagmiddelen 25 worden omgezet in een opwaartse en of voorwaartse beweging. De toepassing is ook in dit geval gebaseerd op het in figuur 2 weergegeven principe. Daarvoor kunnen een aantal opties worden ontwikkeld. Twee daarvan zijn schematisch weergegeven in figuur 5 en 6. In figuur 5 is de optie weergegeven waarbij de energieopslagmiddelen zich in de schoen bevinden tussen de binnenschoen 3 en de buitenschoen 12 van de 30 skischoen. In het in figuur 6 weergegeven uitvoeringsvoorbeeld zijn de energieopslagmiddelen aangebracht tussen de binding en de ski.

In figuur 5 is een uitvoeringsvorm te zien waarbij de energieopslagmiddelen tussen de binnenschoen 3 en de buitenschoen 12 zijn aangebracht.

Figuur 6 toont een uitvoeringsvoorbeeld van de vinding waarbij de 35 energieopslagmiddelen tussen de binding 15 en de ski 7 zijn aangebracht. In dit 7 uitvoeringsvoorbeeld zijn de beide platen 8 en 9 voorzien van pinnen, pallen en dergelijke en hebben de platen een dusdanige vorm dat deze platen ten opzichte van elkaar slechts scharnierend in principe in een loodrecht op het oppervlak van de ski staande richting kunnen bewegen.

5 Echter, om de bochten soepeler te kunnen nemen, voorziet de uitvinding ook in een uitvoeringsvorm die het mogelijk maakt dat een gedeelte van de te hergebruiken energie wordt aangewend voor een zijwaartse beweging. Dit kan worden ingesteld en of automatisch elektronisch worden geregeld opdat het een en ander zich aanpast aan de persoonlijke wensen, de omstandigheden en de intensiteit het systeem.

10 De uitvinding voorziet erin dat ook deze toepassing instelmogelijkheden omvat, vergelijkbaar met de in figuur 3 weergegeven instelmogelijkheden.

Ook bij het schaatsen kunnen energieopslagmiddelen zoals de in figuur 5 getoonde middelen in de schoen worden gemonteerd. Dergelijke energieopslagmiddelen kunnen 15 worden toegepast bij onder andere skeelers, snowboards, wandel en hardloopschoenen en dergelijke.

De energieopslagmiddelen volgens de vinding zijn, indien gewenst, instelbaar, zowel met betrekking tot de hoeveelheid energie die kan worden opgeslagen en vrijgegeven 20 als met betrekking tot de richting van de kracht die met de vrijgegeven energie op het lichaam van de sporter wordt uigeoefend.

In de in de figuren getoonde uitvoeringsvoorbeelden van energieopslagmiddelen volgens de vinding zijn telkens nagenoeg cilindrische spiraalvormige drukveren 25 schematisch weergegeven. Uiteraard voorziet de uitvinding er tevens in dat veermechanismen voor de opslag van energie ook conische spiraalveren, bladveren of torsieveren kunnen omvatten. Per segment kunnen tevens meerdere veermechanismen met onderling verschillende veerconstantes en lengtes en in verschillende soorten zijn aangebracht.

30

De uitvinding voorziet er tevens in dat energie kan worden overgedragen tussen (secties van) de aanwezige energieopslagmiddelen. Dat kan bijvoorbeeld via slangen tussen secties in pneumatische of hydraulische systemen in een faciliteit in een en | dezelfde schoen, schaats, ski of rolschaats, maar ook tussen de 35 energieopslagmiddelen van de linker- en respectievelijk de rechtervoet. De uitvinding 8 omvat tevens wandel- en hardloopschoenen die zijn voorzien van energieopslagmiddelen met de mogelijkheid om opgeslagen energie uit te wisselen tussen secties van deze energieopslagmiddelen in één en dezelfde schoen en tussen energieopslagmiddelen in respectievelijk de schoen van de linkervoet en de schoen 5 van de rechtervoet en vice versa. Deze overbrenging van energie kan, afhankelijk van de aard van de energieopslagmiddelen, bijvoorbeeld in geval van pneumatische en hydraulische middelen via slangen in de broek van de sporter of in geval van elektromechanische middelen via elektrische bedrading in de broek van de sporter, van de linker- op de rechtervoet van de sporter worden overgebracht en vice versa. De 10 aansturing kan eventueel door middel van een elektronisch regelsysteem, opdat de instelling flexibel kan functioneren en zich instelt naar gelang de omstandigheden, de persoonlijke wensen en de mate van intensiteit.

Dankzij de mogelijkheid voor het overbrengen van energie van een eerste 15 energieopslagmiddel naar een tweede energieopslagmiddel opent de onderhavige uitvinding ook de mogelijkheid om energie van de energieopslagmiddelen van een eerste sporter of wandelaar over te brengen op de energieopslagmiddelen van een tweede sporter of wandelaar. Zo kan bijvoorbeeld een fysiek sterkere persoon een fysiek minder sterke persoon ondersteunen, waarbij de enige beperkende 20 randvoorwaarde een slang- of draadverbinding tussen de beide personen omvat. Dit kan bijvoorbeeld worden toegepast bij revalidatieoefeningen, medische oefeningen of training van bepaalde sporten. Ook kan de energievoorziening naar de energieopslagmiddelen in bijvoorbeeld een schoen van een revaliderende persoon plaatsvinden door het gebruik van een machine die de energie levert, opdat het lopen 25 stap voor stap kan worden opgebouwd, zonder dat daar een derde voor nodig is.

De in deze beschrijving besproken en in de figuren getoonde uitvoeringsvormen van werkwijzen en middelen voor de toepassing van de werkwijzen volgens de onderhavige uitvinding zijn slechts voorbeelden van de vele binnen het kader van de 30 uitvinding mogelijke uitvoeringsvormen en dienen, derhalve, als niet-limitatief te worden beschouwd.

1038548

Claims (8)

1. Werkwijze voor het tijdens het beoefenen van een sport uit de groep omvattende schaatsen, skiën, skeeleren en snowboarden omkeerbaar opslaan 5 van de energie welke vrijkomt wanneer het lichaam van de sporter een neerwaartse beweging maakt, waarbij de energie wordt opgeslagen in energieopslagmiddelen die de opgeslagen energie weer eenvoudig kunnen vrijgeven voor de levering van energie ter ondersteuning van een op de neerwaartse beweging van de sporter volgende opwaartse beweging al dan niet 10 in combinatie met een voorwaartse beweging van de sporter, met het kenmerk, dat de energieopslagmiddelen één of meer middelen omvatten uit de groep omvattende: - een mechanisch veersysteem - één of meer zuigers en één of meer cilinders waarmee de energie wordt 15 opgeslagen in een gecomprimeerd gas of een gecomprimeerde vloeistof. - een vervormbaar veerkrachtig materiaal - een elektromechanische component omvatten

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de energie tussen energieopslagmiddelen wordt uitgewisseld via één of meer slangen of één of 20 meer elektrische geleiders.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de slangen of elektrische geleiders in of aan de broek van de sporter zijn bevestigd.

4. Werkwijze volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de richting waarin de energie wordt vrijgegeven instelbaar is.

5. Werkwijze volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de vrijgave van energie waaronder de uitwisseling van energie tussen energieopslagmiddelen automatisch wordt aangestuurd door een elektronisch regelsysteem.

6. Werkwijze volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat de 30 energieopslagmiddelen zich in een wandelschoen, hardloopschoen, skischoen of schaats bevinden.

7. Een inrichting voor toepassing van de werkwijze volgens één of meer der voorgaande conclusies.

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het energieopslagmiddel 35 twee of meer gescheiden secties omvat waarvan ten minste een eerste sectie 1 0 38 548 energie opslaat welke uit de door de voorvoet van de sporter op het energieopslagmiddel uitgeoefende kracht voortkomt en ten minste een tweede sectie energie opslaat welke uit de door de hiel van de sporter op het energieopslagmiddel uitgeoefende kracht voortkomt. 5 1 0 3 8 5 4 8