DE3445043A1 - Heel hook for transmitting by means of the heel muscular power to the pedals of crank drives actuated by human leg power - Google Patents

Abstract

In order to be able to utilise also the muscular power of the rear side of the human legs intensively in order to perform work, e.g. when cycling, the pedals are provided with devices known as "heel hooks", against which the heels can press and as a result of which a completely increased performance of work can be accomplished. This is achieved in that not only the musculature of the front side but also that of the rear side of the human leg is used for providing drive. Therefore, by using "heel hooks" an increased training effect is obtained when riding bikes. The heel hooks form elements of the pedals which are subjected to tensile stressing by the heel forces. The said hooks are designed in such a way that the foot can be raised from the pedal immediately at any time and the legs of the cyclist are free so as to be able to stop without risk of accident and get off in public road traffic, which has not been the case when using the devices characterising the prior art. In addition, heel hooks permit particular straining which complements cycling training and permits elements of the skeletal musculature which are required for cycling exercises to be developed and increase the training effect for the circulation.

Description

DIPL-ING. MAX T. BLETSCHACHEF!
HAiMGSTRASSE 22 · ILLKROl.fiG
D 7917 VOHRINGEN/ILLEHDIPL-ING. MAX T. BLETSCHACHEF!
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τεί. [J-ON O7.'in6/firi2b -2-τεί. [J-ON O7.'in6 / firi2b -2-

UauvAirc UauvAirc Lhung:Lung:

'L'itol: Fersenhaken zur übertragung von Muskolkraft auf die Pedale von durch menschliche Boinkraft boLätigten Kurbeltrieben mittels der Ferse. 'L'itol: Heel hook for the transfer of muscular power to the pedals of crank drives operated by human power by means of the heel.

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen, mit denen die Pedale von durch die Beinkraft betätigten Kurbeltrieben, z.B. von Fahrrädern, versehen werden, um nicht nur durch Beinstrekkung, sondern nach Anspruch 1 auch über die Fersen Antriebskraft ausüben zu können.The invention relates to devices with which the pedals of leg operated crank mechanisms, e.g. Bicycles, are provided to drive power not only through leg extension, but according to claim 1 also through the heels to be able to exercise.

Diese im Folgenden "Fersenhaken" genannten Bauteile der Pedale sind erfindungsgemäß so ausgebildet, daß durch sie der menschliche Fuß nicht fest mit dem Pedal verbunden wird. Vielmehr ist es bei Verwendung der Fersenhaken jederzeit möglich, die Füße in Fahrtrichtung, nach oben oder seitlich vom Pedal zu lösen. Das ist beim derzeitigen Stand der Technik bisher nicht möglich gewesen.These components of the pedals, referred to below as "heel hooks", are designed according to the invention in such a way that through them the human foot is not firmly attached to the pedal. Rather, it is at all times when using the heel hook possible to loosen the feet in the direction of travel, upwards or to the side of the pedal. That is the current status the technology was previously not possible.

Stand der Technik: State of the art :

Der einfache Kurbeltrieb, wie er für z.B. den Antrieb von Fahrrädern und ähnlichen Geräten weit verbreitet ist, wird durch wechselseitiges Strecken des linken und rechten Beines betätigt. Die hierbei aufgebrachte Leistung entsteht in bekannter Art durch die Streckkraft der Beine, also der Pedalkraft, und ist abhängig von der bei üblichen Kurbeltrieben konstanten Kurbelarmlänge und der Drehzahl:The simple crank drive, as it is widely used e.g. for driving bicycles and similar devices, is used actuated by alternately stretching the left and right leg. The power applied here is created in known type by the stretching force of the legs, i.e. the pedal force, and is dependent on that of conventional crank mechanisms constant crank arm length and speed:

N = Md.n=P.a.n (kp.m/sec)N = Md.n = P.a.n (kp.m / sec)

N - Wellenleistung (mkp/s)
Md- Drehmoment (mkp)
η - Drehzahl (1/s)
P - Pedalkraft (kp)
a - Länge des Kurbelarmes (m)N - shaft power (mkp / s)
Md torque (mkp)
η - speed (1 / s)
P - pedal force (kp)
a - length of the crank arm (m)

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Zur Unterstützung der Streckkraft, die beim einfachen Kurbeitrieb, also dem oben beschriebenen, als "Tret-Kurbeltrieb" zu bezeichnenden Antrieb, nur abwechselnd von je einem Bein auf die Kurbeln ausgeübt werden kann, hat man die Pedale beim heutigen Stand der Technik mit Anbauten 'versehen, die den Vorderfuß des Fahrenden umfassen, den sog. Renn- oder Zehenhaken, in der Fachwelt kurz "Haken" genannt. Bei Anwendung dieser Zehenhaken ist es möglich, auf das eine Pedal eine nach oben weisende Hubkraft auszuüben, während das andere Pedal durch Beinstreckung nach unten gedrückt wird. Hierdurch ist eine Leistungssteigerung möglich, aus der z.B. im Straßensport Nutzen gezogen wird.To support the stretching force that is required in simple spa activities, so the one described above, as "pedal crank drive" The drive to be designated, can only be exerted alternately by one leg on the cranks, one has the pedals in the current state of the art with attachments' provided that include the forefoot of the rider, the so-called racing or toe hooks, called "hooks" for short in the technical world. Using these toe hooks it is possible to to exert an upward lifting force on one pedal, while the other pedal by stretching the legs is pressed down. This enables an increase in performance, which can be used in street sports, for example will.

.Ausschließlich dem Bahn-Rennsport vorbehalten sind jene Pedalkonstruktionen, bei denen der Fuß praktisch unlösbar mit dem Pedal verbunden wird. Diese Konstruktionen, also die Haken des Bahn-Rennsportes, betreffen den Straßenradsport oder den allgemeinen Betrieb von Fahrrädern auf öffentlichen Verkehrsflächen nicht und bleiben daher im Folgenden unberücksichtigt.Those are reserved exclusively for track racing Pedal constructions in which the foot is practically permanently connected to the pedal. These constructions, so the hooks of track racing, affect road cycling or the general use of bicycles public traffic areas and are therefore not considered in the following.

Kritik des Standes der Technik:State of the art criticism:

Bei Verwendung des vor/beschriebenen einfachen Kurbeltriebes werden ausschließlich die der Beinstreckung dienenden Muskelgruppen der Vorderseite des Beines betätigt. Wesentliche Muskelpartien des Beines, nämlich die gesamte Rückseite, werden nicht eingeschaltet, während speziell das System des Muskulus quadriceps femoris dann überlastet wird, wenn hohe Leistungsentwicklung angestrebt wird. Besonders beansprucht wird insbesondere das Kniegelenk und hier insbesondere die Kniescheibe und das Kniescheiben-Band, also Organe, die oft bereits vorgeschädigt sind.When using the simple crank mechanism described above, only those used for leg extension are used Muscle groups in the front of the leg are activated. Essential muscle parts of the leg, namely the entire back, are not switched on while the system of the quadriceps femoris muscle in particular is then overloaded, when high performance development is sought. The knee joint, in particular, is particularly stressed the kneecap and the kneecap ligament, organs that are often already damaged.

.'Ί Kur l,tM:;i.imq;i:;Lei(ioninq worden die beschriebenen "Haken", korrekter wohl Zehenhaken genannt, verwendet:, die den Vorderfuß des Fahrenden in Fahrtrichtung umschließen. Um guten Kontakt des Fußes mit dem Pedal zu erzielen, wird der.'Ί Kur l, tM:; i.imq; i:; Lei (ioninq been the described "hook", more correctly called toe hook, used: that of the forefoot of the driver in the direction of travel. In order to achieve good contact between the foot and the pedal, the

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Vorderfuß häufig mittels eines Riemens eng niedergcschnallt. Hierdurch, wie überhaupt bei Verwendung von Zehenhaken, entstehen schwerwiegende Nachteile.Forefoot often tightly buckled with a strap. As a result, as with the use of toe hooks, serious disadvantages arise.

Erstens muß auch die Hubkraft des einen Beines, das die Streckkraft des anderen beim Kurbeltrieb unterstützt, ebenfalls im wesentlichen durch die Muskelgruppen der Vorderseite des Beines aufgebracht werden. Betätigt werden beim Aufwärtshub die dem Beinhub im Hüftgelenk dienenden Muskelgruppen des Hüftgelenkes, was hohe Belastung der Leistengegend bedeutet.First, the lifting force of one leg, which supports the stretching force of the other with the crank mechanism, must also applied essentially through the muscle groups in the front of the leg. Are operated at Upward stroke the muscle groups of the hip joint that are used to lift the leg in the hip joint, which places high stress on the groin area means.

Ein weiterer ergonomischer Nachteil von Zehenhaken ist darin zu sehen, daß es mit ihnen nur möglich ist, im oberen Totpunkt des jeweiligen Pedales durch nach vorwärts ge~ richtete Streckkraft des Unterschenkels eine geringe zusätzliche Leistung zu erbringen. Es ist also nur erschwert möglich, die Kurbel in die ergonomisch günstige Hebelstellung zu bringen, in der die Beinstreckkraft optimal wirksam werden kann. Auch diese, den oberen Totpunkt überwindende Kraft muß ausschließlich vom ::iusculus quadriceps femoris über Kniescheibe und deren Band, das Ligamentum patellae aufgebracht werden.Another ergonomic disadvantage of toe hooks is to be seen in the fact that with them it is only possible in the upper part Dead center of the respective pedal due to the forward stretching force of the lower leg a little additional To perform. It is therefore only more difficult to move the crank into the ergonomically favorable lever position to bring, in which the leg extension force can be optimally effective. This too, the top dead center Overcoming force must only come from the: iusculus quadriceps femoris via the kneecap and its ligament, the ligamentum patellae are applied.

Zunächst ist also am jetzigen Stand der Technik zu kritisieren, daß die Muskulatur der Vorderseite des Beinbereiches einseitig beansprucht wird, was zu frühzeitiger Ermüdung bzw. zu frühzeitigem Leistungsabfall führt.The first thing to criticize about the current state of the art is that the muscles of the front of the leg area is stressed on one side, which leads to early fatigue or to an early drop in performance.

Ein besonders ernst zu nehmender wichtiger weiterer Mangel der bisher verbreiteten Zehenhaken sowie aller den Fuß fest mit dem Pedal verbindenden Elemente besteht darin,· daß der Fahrer im Bedarfsfall die Beine nicht mit der notwendigen Schnelligkeit vom Pedal abheben und abspreizen kann, um beim Anhalten einen Sturz zu vermeiden. Vor allem die zahlreichen Teilnehmer am öffentlichen Straßenverkehr sind bei Verwendung der bisher den Stand der Technik kennzeichnenden Zehenhaken einer, hohen Sturz- und UnfallgefahrAnother important defect that has to be taken particularly seriously is the toe hooks that have been widespread up to now, as well as all of the foot firmly with the pedal connecting elements is that · that the driver does not use the legs when necessary Ability to lift off the pedal and spread it apart quickly in order to avoid a fall when stopping. Above all the numerous participants in public road traffic are using the state-of-the-art technology Toe hooks pose a high risk of falls and accidents

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ausgesetzt, was besonders bei sportlich schnellem Radfahren auf öffentlichen Verkehrsflächen im Straßenverkehr gilt.exposed, which applies especially to fast, sporty cycling on public roads in traffic.

Diese Unfallgefahren haben auch verhindert, daß Zehenhaken, abgesehen von sportlich verwendeten Fahrrädern, eine wesentliche Verbreitung oder gar massenhafte Anwendung gefunden haben. Zurecht müssen sie als ein Bauteil betrachtet werden, dessen Verwendung im öffentlichen Interesse sowie im Interesse des individuellen Unfallschutzes im Straßenverkehr unterbunden werden sollte.These accident hazards have also prevented toe hooks, apart from bicycles used for sporting purposes, it has been widely used or even used on a large scale to have. Rightly they must be viewed as a component, its use in the public interest as well should be prevented in the interest of individual accident protection in road traffic.

Weitere Nachteile der bisher gebräuchlichen Konstruktionen lagen insgesamt darin, daß die Muskulatur der Rückseite des Beinbereiches weitgehend unbeansprucht blieb. Diese mächtigen Muskelpartien blieben bislang für den Antrieb von Fahrrädern etc. ungenutzt. Sie dienen beim aufrechten Gang des Menschen und beim Laufen der Vorwärtsbewegung. Sie sind also für Laufsportler von erheblichem Interesse und wurden bisher beim Radfahren nicht wesentlich trainiert. Es handelt sich um die besonders durch den Musculus biceps femoris gekennzeichneten Muskeln der Rückseite des Oberschenkels. Unbeansprucht blieben bisher ferner die mächtigen Partien der Adduktoren-Muskeln sowie insbesondere jene Muskeln, die der Hüftstreckung, also der Gerade-Streckung des Hüftgelenkes dienen. Eine nach rückwärts gerichtete Kraftwirkung des Beines, die das Fahrrad zu einem wirksamen Trainingsgerät für Muskulatur und Kreislauf von LaufSportlern werden läßt, wurde bisher für die derzeit üblichen Kurbelantriebe nicht nutzbar gemacht.Further disadvantages of the constructions commonly used up to now lay in the fact that the muscles of the back the leg area remained largely unused. These powerful muscle groups have so far remained for the drive unused by bicycles etc. They are used for walking upright and for moving forward. So they are of considerable interest to runners and have not received much training while cycling. These are the muscles on the back of the breast, which are particularly characterized by the biceps femoris muscle Thigh. So far, the powerful parts of the adductor muscles and in particular have remained unstressed those muscles that serve to stretch the hips, i.e. straighten the hip joint. One looking backwards Power of the leg, which makes the bike an effective training device for muscles and circulation Running athletes has been hitherto for the present conventional crank drives not made usable.

Aufgabe:Task:

Zu entwickeln war also eine Vorrichtung oder Pedalform, die maximale Leistung beim Antrieb von z.B. Fahrradge-(t U;tu«n mit Mti:;kt· I k.t\i ft οπικκι 1 ich I . Zugleich sollte ein r.L-vi i ·.·.'.. i 1 .·Γ :··..ϋ·.Γ,·.ι.:::ι".:ι'\ί '. ϋ.υ die unteren Zxtre-i^cironWhat had to be developed was a device or pedal shape, the maximum power when driving, for example, bicycle (t U; tu «n with Mti:; kt · I kt \ i ft οπικκι 1 i I. At the same time, a rL-vi i ·. ·. '.. i 1. · Γ: ·· ..ϋ · .Γ, · .ι. ::: ι ".: Ι' \ ί '. Ϋ.υ the lower Zxtre- i ^ ciron

14'j erzielt und eine physiologisch und ergonomisch möglichst ausquwoqone allsei. L i.qi; Beanspruchung der üeinmuskulatur14'j achieved and a physiologically and ergonomically as possible ausquwoqone allsei. L i.qi; Stress on the muscles

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ο r'/Leib werden. Zu vermelden war dabei jegliche UnEaIl-ο r '/ become body. Any UNEAL-

und die Beine abspreizbar sein, um beim Anhalten jederzeit sicher zum Stand kommen zu können.and legs spread apart when stopping at any time to be able to get to the booth safely.

Lösung:Solution:

Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß It.According to the invention, It.

Anspruch 1 an den Pedalen der Kurbeln "Fersenhaken" · .Claim 1 on the pedals of the cranks "heel hooks" ·.

genannte Vorrichtungen vorgesehen, gegen die sich bei der Betätigung.des Kurbeltriebes durch Beinkraft die Fersen andrücken lassen. Bei diesen Bauteilen der Pedale handelt es sich um Elemente, die.es gestatten, mittels der Muskulatur der Rückseite des Beines auf die Pedale Zugkräfte auszuüben, wobei der Fuß von Pedal und Fersenhaken nach Bedarf nach vorne, seitlich oder nach oben abgehoben werden kann, so daß jederzeit z.B. vom Fahrrad abgestiegen werden kann.mentioned devices are provided, against which the leg force during the operation of the crank drive Let the heels press on. These components of the pedals are elements that allow the muscles of the back of the leg exert tensile forces on the pedals, keeping the foot off the pedal and heel hook can be lifted forwards, to the side or upwards as required, so that you can get off your bike at any time, for example can be.

Beschreibung eines Ausführungsbeispieles:Description of an embodiment:

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. .Die Ferse des Fußes legt sich gegen ein z.B. ~" schlaufenf örmiges oder bügeiförmiges Bauteil des Pedales. Hierdurch kann die in Fig. 1 mit PF bezeichnete Fersenkraft auf das Pedal übertragen werden. In der Phase der Beinstreckung kann bereits vor Erreichen des unteren Totpunktes UP zusätzlich zur Beinstreckkraft PS durch Hüftstreckung und nach rückwärts gerichtetem Druck des Beines eine zusätzliche Fersenkraft PF in den Kurbeltrieb geleitet werden, wodurch sich die für das Drehmoment bei konstanter Kurbellänge maßgebliche resultierende Pedalkraft PR ergibt. Im Bereich des unteren Totpunktes UP bewirkt die Fersenkraft PF, daß das den oberen Totpunkt OT durchlaufende Pedal der Kurbel 2 schnell in eine Lage kommt, in der Drehmoment durch Beinstreckung erzielt werden kann. Außerdem kann bei Verwendung von Fersenhaken dem Kurbeltrieb auch in Totpunktstellung der Kurbeln durch die Fersenkraft PF ein Drehmoment, mitgeteilt werden.In Fig. 1 , an embodiment of the invention is shown. The heel of the foot rests against a loop-shaped or bow-shaped component of the pedal, for example. In this way, the heel force labeled PF in FIG. 1 can be transferred to the pedal. In the leg extension phase, UP In addition to the leg extension force PS through hip extension and backward pressure of the leg, an additional heel force PF is passed into the crank drive, which results in the resulting pedal force PR, which is decisive for the torque at constant crank length. In the area of the bottom dead center UP, the heel force PF causes the pedal of the crank 2 passing through top dead center OT quickly comes into a position in which torque can be achieved by extending the legs.

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Nach Durchlaufen des unteren Totpunktes UP ergibt sich die resultierende Pedalkraft PR dann aus dem Zusammenwirken der Fersenkraft PF und einer Hubkraft PH, dieAfter passing through the bottom dead center UP, the resulting pedal force PR then results from the interaction the heel force PF and a lifting force PH, the

durch Abwinkein des Beines und Anheben des Fußes aufgebracht werden kann.can be applied by bending the leg and lifting the foot.

Fig. 2 zeigt Ausführungsbeispiele für Fersenhaken, und zwar in Form von Schlaufen S bzw. in Form von seitlich offenen Bügeln B. Fig. 2 shows embodiments for heel hooks, namely in the form of loops S or in the form of laterally open brackets B.

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Claims (4)

Dipl.Ing. Max T. Bietschacher Hangstraße 22, Illerberg D-7917 Vöhringen 2 4. Dezember 1984 An das Deutsche Patentamt Zweibrückenstraße 12 D-8OOO München 12 Betr.: Patentanmeldung PatentansprücheDipl.Ing. Max T. Bietschacher Hangstrasse 22, Illerberg D-7917 Vöhringen 2 December 4, 1984 To the German Patent Office Zweibrückenstrasse 12 D-8OOO Munich 12 Subject: Patent application for patent claims 1. Fersenhaken zur Übertragung von Muskelkraft auf die Pedale von durch menschliche Beinkraft betätigten Kurbeltrieben mittels der Ferse,1. Heel hook for transferring muscle power to the pedals crank drives operated by human leg strength by means of the heel, dadurch gekennzeichnet, daß die Pedale der Kurbeln, z.B. von Fahrrädern, Bauteile aufweisen, gegen die bei Betätigung des Kurbeltriebes durch Beinkraft die Fersen angedrückt werden können.characterized in that the pedals of the cranks, e.g. of bicycles, have components against which when operated of the crank drive the heels can be pressed on by leg force. 2. Fersenhaken nach Anspruch 1,2. heel hook according to claim 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch Beinstreckung sowie durch die gegen den Fersenhaken gerichtete Kraft auf das Pedal und die Kurbel wirkende Fuß jederzeit nach Bedarf nach oben, in Fahrtrichtung sowie seitlich vom Fersenhaken und zugleich vom Pedal abgehoben werden kann.characterized in that the force directed against the heel hook by the leg extension and by the force the pedal and the crank acting foot at any time as required, in the direction of travel and to the side of the heel hook and can be lifted off the pedal at the same time. COPYCOPY