AT402680B - Stoss-dämpfende, energie-speichernde fersenfeder- und stabilisierungseinrichtungfür einen sportschu h - Google Patents

Description

AT 402 680 B

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Sportschuh mit einem Schuhoberteil, einer an dem Schuhoberteil angebrachten Sohle, die eine elastische Zwischensohle, eine elastomere Laufsohle und einen Absatzteil aufweist, und einem plattenförmigen Federelement, das in den Absatzteil integriert ist, wobei das aus einem festen, steifen, jedoch federnd flexiblen Material geformte Federelement im Absatzbereich der Zwischensohle des Schuhs über der Laufsohle eingekapselt ist und Von einer Schicht der Zwischensohle überlagert ist. Für die meisten umfaßt die Handlung des Gehens oder Laufens die Benützung des ganzen Fußes und beginnt mit dem Aufsetzen der Ferse, gefolgt von einem Abrollen auf den Mittelfuß und dann schließlich von einem Abstoßen vom Vorderfuß und den Zehen. Vor dem Aufsetzen der Ferse ist der Fuß in einer Supinations-Stellung, d.h. in einem Aufwärtswinkel relativ zum Boden ausgerichtet und auswärts verdreht. Beim Aufsetzen der Ferse beugen sich der betroffene Knöchel, das Knie und die Hüfte, um den Aufsetzstoß abzufedern und zu dämpfen, und der Fuß rollt und dreht sich einwärts in einem Vorgang, der Pronation genannt wird. Während dieses Vorgangs ist es wünschenswert, im Einklang mit der Stabilität beim Aufsetzen möglichst viel von der Stoßenergie beim Aufsetzen des Fußes zu absorbieren, um eine chronische oder traumatische Verletzung des Läufers zu vermeinden. Aus Gründen der Energieausnutzung ist es (wo es möglich ist und mit einer guten Laufstabilität im Einklang steht) auch wünschenswert, die Stoßenergie, welche absorbiert wurde, zu speichern und diese während der Abstoß-Phase des Schrittes dem Fuß zurückzugeben. Sowohl aus medizinischen als auch aus Gründen der Laufstabilität ist es auch wünschenswert, jede Tendenz des Fußes zu einer zu großen Supination oder Pronation während der Berührung des Fußes mit dem Boden zu begrenzen.

Es ist im Schuh-Fachgebiet bekannt, Feder-Einrichtungen in den Schuhsohlen einzubauen, und insbesondere im Fersenbereich der Schuhe, um die Stoßenergie zu speichern, die beim Aufsetzen des Fußes abgegeben wird, und um zumindest einen Teil dieser Energie dem Fuß des Schuhträgers während des Hebens des Fußes zurückzugeben. Ebenso ist es bekannt, quer- und längslaufende Versteifungselemente innerhalb der Sohle eines Schuhes vorzusehen, um eine Über-Supination oder Über-Pronation des Fußes des Schuhträgers während des Laufens zu vermeiden. M.F. Rudy beschreibt z.B. in den U.S.-Patenten Nr. 4,486,964 und 4,506,460 verschiedene Typen von "Feder-Dämpfern" aus Kunststoff und vergütetem Stahl, deren Hauptzweck es sein soll, die Kräfte beim Aufsetzen des Fußes gleichmäßiger und schneller auf die darunterliegenden, gasgefüllten Sohlenteile zu verteilen. Ein hufeisenförmiger Fersenbestandteil dieser Dämpfer soll wie eine Tellerfeder in Zusammenwirkung mit dem Fuß funktionieren, um Energie während des Laufens zu speichern und zurückzugeben. Eine Ausführungsform soll auch eine vertikale Stabilisierung des Knöchels bereitstellen.

In den U.S.-Patenten Nr. 2,357,281 und 2,394,281 beschreibt V.P. Williams eine stoßfest aufgebaute Anordnung im Fersen bereich für Straßenschuhe, welche eine Stahlfeder enthält. Die US-PS 2,394,281 zeigt einen nicht gattunsgemäßen Schuh älteren Typs mit einer separaten Absatzstruktur. Der Schuh, auf den sich die vorliegende Erfindung bezieht, ist dagegen ein Sportschuh mit einer flachen Sohle, der eine elastische Zwischensohle oberhalb der Laufsohle aufweist. Ein solcher Schuh hat zu der Zeit, als die US-PS 2,394,281 veröffentlicht wurde, noch gar nicht existiert. Die Laufsohle eines Sportschuhs ist aus einem elastomeren Material und Befestigungsmittel wie Nieten oder Nägel, wie sie in der US-PS 2,394,281 verwendet werden, sind daher nicht geeignet. Während die Laufsohle der US-PS 2,394,281 der Laufsohle eines gattungsgemäßen Schuhs entspricht, gibt es keinen Teil des Schuhs der US-PS 2,394,281, der der Zwischensohle entspricht. Weiters wird in der US-PS die Stoßdämpfung nicht durch das Federelement bewirkt, sondern durch eine "Gummizunge", die sich beim Gehen in und aus dem Hohlraum bewegt. Die Funktion des - optional verwendbaren - Federelementes ist nur die Rückführung der Gummizunge in ihre ursprüngliche Lage.

Eine ähnliche Situation liegt bei der EP-A 295 611 vor, außer daß dort das Federelement zumindest tatsächlich eine Dämpfungsfunktion hat. Wiederum ist es in einer separaten Absatzstruktur angeordnet, die eine aus mehreren Elementen bestehende Sandwich-Struktur aufweist, in der zwischen Pufferelementen ein piaffenförmiges Federelement und eine Spiralfeder angeordnet sind. Diese aus vier Elementen bestehende Struktur ermöglicht in ihrer Gesamtheit die Federwirkung.

Im U.S.-Patent Nr. 4,709,489 beschreibt K.F. Weiter eine Feder-Einrichtung für einen Schuhabsatz, welche eine Stahlplatte aufweist, die an ihren seitlichen Enden von einem U-förmigen, nicht-komprimierba-ren Tragteil getragen wird. Zusätzlich zur Bereitstellung einer Fersenfeder-Wirkung soll der Tragteil auch eine seitliche Stabilisierung der Ferse liefern.

Im U.S.-Patent Nr. 4,881,329 zeigt K.J. Crowley noch eine andere Form einer energiespeichernden Fersenfeder, welche aus hochfesten Materialien wie Graphit und/oder Glasfasern und Harz abformbar bzw. gießbar sein soll. 2

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Ein Sportschuh der eingangs genannten Art ist aus der EP-A 352 807 bekannt. In dieser ist ein nicht metallisches Federelement in die elastische Zwischensohle eines Sportschuhs eingegossen, um eine Dämpfung und Stabilisierung des Fußes zu erreichen. Der in der EP-A 352 807 gezeigte Schuh weist eine spezielle Bauart auf, bei der die Laufsohle selbst gewölbt ist, sodaß ein tunnelförmiger Hohlraum unter dem Schuh entsteht und die Laufsohle auf diese Weise selbst Dämfungsfunktionen übernehmen kann. Das Federelement soll nur diese Federeigenschaft der Laufsohle selbst vergrößern. Es kann daher nicht bei einem Sportschuh mit einer im wesentlichen flachen Sohle verwendet werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schuh der eingangs genannten Art bereitzustellen, dessen Konstruktion nicht wie bei der EP-A 352 807 auf eine tunnelförmige Laufsohle limitiert ist.

Erfindungsgemäß gelingt dies bei einem Schuh der eingangs genannten Art dadurch, daß ein vorderes Ende des Federelementes in der Zwischensohle waagrecht verlaufend festgelegt ist und ein sich nach hinten erstreckendes, nach oben geneigtes, in vertikaler Richtung wirkendes Federteil angeformt trägt, das mit einem hinteren Bereich im wesentlichen unterhalb des Fersenbeines des Fußes eines Schuhträgers angeordnet ist und von diesem während des Aufsetzens der Ferse nach unten biegbar ist, wobei es in einer Aussparung der Zwischensohle frei bewegbar ist.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine neuartige Einrichtung zur Einkapselung innerhalb der Zwischensohle eines Sportschuhes bereitgestellt, welche die Vorteile einer Fersenfeder zur Dämpfung, Speicherung und Rückführung der während des Laufens auftretenden Stoßenergie an den Fuß des Schuhträgers, und die Vorteile einer Stabilisator-Platte verbindet, welche bei der gleichen Aktivität hilft, eine Über-Supination und eine Über-Pronation des Fußes zu verhindern. Die Einrichtung ist wegen der Verfahren und dem Material seiner Herstellung einfach und billig zu erzeugen und sehr leicht im Gewicht. Günstigerweise weist die Platte ein Paar von aufwärts gebogenen seitlichen Kanten auf. Die Feder kann auf der Platte durch ein Paar von offenen Schlitzen begrenzt sein, die sich nach vom in die Platte von deren Hinterende erstrecken. Ein "Dämpfer" oder eine Stopper kann in die Laufsohle des Schuhes eingegossen sein, um die maximale Abwärtsbiegung des Federteils zu begrenzen.

Ein besseres Verständnis der Einrichtung, zusammen mit den vielen damit verbundenen Vorteilen, erlangt man durch die detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen.

Figur 1 ist eine teilweise Seitenansicht des Fersenbereiches eines rechten Sportschuhes, in welcher die Einrichtung der vorliegenden Erfindung in strichlierten Linien gezeigt ist;

Figur 2 ist eine teilweise Unteransicht des Fersenbereiches des in Figur 1 dargestellten Schuhes gemäß der Linie 2-2, in welcher die Einrichtung der vorliegenden Erfindung wieder in strichlierten Linien gezeigt ist;

Figur 3 ist ein Längsschnitt durch den Schuhfersenbereich und durch die Einrichtung der vorliegenden Erfindung, wie sie in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist, wobei der Schnitt gemäß der Linie 3-3 der Figur 2 verläuft;

Figur 4 ist ein Querschnitt durch den Schuhfersenbereich und die in den Figuren 1-3 dargestellte Einrichtung gemäß der Linie 4-4 der Figur 2; und

Figur 5 ist eine perspektivische Ansicht der Einrichtung der Fersenfeder und Stabilisatorplatte der vorliegenden Erfindung.

Wie man am besten in den Figuren 1 und 2 sieht, weist ein Sportschuh 1 typischerweise einen Oberteil 2 und einen unteren oder Sohlenteil 3 auf. Der Schuh 1 kann je nach seinem besonderen Zweck beispielsweise als Laufschuh oder anderer Sportschuh ausgeführt sein.

Der Oberteil 2 kann entweder einen hohen oder einen niederen Schaft aufweisen und kann aus Leder und/öder einer Reihe von künstlichen Materialien, einschließlich Vinyl, hergestellt sein. Der Sohlenteil 3 weist typischerweise eine Zwischensohle 4 und eine Laufsohle 5 auf. Der Sohlenteil 3 kann auch eine Innensohlenschicht (nicht dargestellt) enthalten, welche in die Zwischensohle integriert ist oder von dieser getrennt ist und welche einen Umriß einnimmt, der genau der Unterseite des Fußes des Schuhträgers entspricht und welche die Fußlasten gleichmäßiger auf die Zwischensohle verteilt.

Typische Zwischensohlenmaterialen für moderne Sportschuhe beinhalten geschäumtes Ethylen-Vinyl-Azetat ("EVA”) und geschäumtes Polyurethan ("PU"), welches abgeformt bzw. gegossen werden kann, um viele gewünschte funktionelle und dekorative Details und dimensionsgerechte Besonderheiten zu beinhalten, und auch um während des Form- bzw. Gußverfahrens Einrichtungen innerhalb der Stärke der Zwischensohle einzukapseln, wie z.B. die Einrichtung der vorliegenden Erfindung.

Typische Materialien für die Laufsohle 5 beinhalten viele künstliche Gummiarten und ungeschäumtes PU, Wie es bei den Materialen der Zwischensohle 4 der Fall ist, eignen sich auch diese gut zur Aufnahme von gewünschten Merkmalen oder Mustern an der Unterseite oder an den äußeren Wänden der Laufsohle 5 durch Abformen bzw. Gießen, wie z.B. die Stege 6, die man in den Figuren sieht. Ein Beispiel eines 3

AT 402 680 B möglichen Laufsohlenmusters ist in der parallelen U.S.-Muster-Patentanmeldung dieses Anmelders für eine Laufsohle dargestellt (Anmeldenummer 07/505,003, Anmeldedatum 5.4.90).

Ein beispielhaftes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Fersenfeder und Stabilisatoreinrichtung 10 für einen Sportschuh, der den Gegenstand dieser Erfindung enthält, kann man sich durch die Figuren 3-5 der Zeichnungen besser vorstellen. Die dargestellte Einrichtung 10 betrifft einen rechten Schuh 1, und muß als eine von einem Paar solcher Einrichtungen verstanden werden, wobei sich eine in jedem eines Paares solcher Schuhe befindet und die andere (linke) symmetrisch zu der dargestellten Einrichtung 10 ist bezüglich einer sagittalen Ebene durch den Schuhträger.

Die Einrichtung 10 weist eine dünne, flache, fersengroße Platte 12 auf, welche aus einem starken, steifen, jedoch elastisch-flexiblen Material geformt ist, das unten beschrieben ist. Die Einrichtung wird in einer im allgemeinen horizontalen Lage innerhalb des elastischen Materials des Fersenteiles der Zwischensohle 4 während des Abform- bzw. Gußprozesses in der letzteren eingekapselt, wie vorher beschrieben.

Die Platte 12 wird vorzugsweise von einem größeren, flachen Blechmaterial abgestanzt und dann, wie im folgenden beschrieben, geformt. Die Platte 12 hat ein Paar von aufwärts-gebogenen seitlichen Kanten 14A und 14B, Vorder- und Hinterenden 16 bzw. 18, und einen einstückig damit ausgebildeten, nach hinten verlängerten, aufwärts-geneigten, vertikal-wirkenden Federteil 20, welcher auf dieser Platte von einem Paar von offenen Schlitzen 22A und 22B begrenzt wird, die sich nach vom in die Platte von deren Hinterende 18 erstrecken.

Die erläuterte Einrichtung 10 kann aus einer Reihe von Materialien hergestellt werden, einschließlich vergütetem Federstahl, aber das bevorzugte Material für die exemplarische Einrichtung 10 ist ein Verbundwerkstoff (Sandwich-Bauweise) aus einem thermoplastischen Harz mit Deckschichten aus verwobenen Fasern oder einer Matrix aus Kohlenstoff und Fiberglas. Das Material, welches von der Medical Materials Corporation für biomedizinische Anwendungen unter der Marke TL-61, und für kommerzielle Anwendungen unter dem Namen Novetek verkauft wird, ist detaillierter im U.S.-Patent Nr. 4,778,717 beschrieben.

Das bevorzugte Material ist in Platten mit Stärken, die zwischen 0,035 und 0,055 Zoll (0,089 und 0,140 cm) schwanken, erhältlich. Es hat - in Abhängigkeit von der Stärke - eine Zugfestigkeit von zwischen 24 und 42 Tausend psi (165*10® und 290*10® Pascal), und einen Elastizitätsmodul zwischen 1,3 und 3,6 Millionen psi (9,0*10® und 24,8*10® Pascal). Es ist einfach zu schneiden, sägen oder, wie im Falle des bevorzugten Ausführungsbeispiels, welches erläutert wird, unter Verwendung relativ kostengünstiger Werkzeugbestückung auszustanzen.

Das Material kann weiters warmgeformt werden, um verschiedene erwünschte Formen und Konturen zu erhalten, wie z.B. die Aufwärtsneigung des Federteiles 20 und die aufwärts gebogenen seitlichen Kanten 14A, 14B, indem das Material bei relativ niedrigen Temperaturen (350-500°F) mit geeigneter Werkzeugbestückung erwärmt wird. Wenn die Temperatur des so geformten Materials auf Zimmertemperatur zurückgeführt ist, sind dessen Elastizität und Festigkeit gänzlich wiederhergestellt. Es wurden vom Anmelder Lebensdauer-Tests an Testmustern einer Anordnung der Einrichtung 10 durchgeführt, welche im wesentlichen dem exemplarisch erläuterten Ausführungsbeispiel ähnlich ist, in welchem der Federteil 20 mit einer Geschwindigkeit von sechs Zyklen pro Sekunde von seinem nicht abgebogenen Zustand in eine mit der Platte 12 bündige Position hin abgebogen wurde. Die Test-Exemplare hielten mehr als 1 Million solcher Zyklen stand, ohne Defekt und ohne irgendwelcher Brüche, Ermüdungsrisse oder meßbaren Abnahmen der Materialfestigkeit oder Elastizität. Man kann also sehen, daß die physikalischen Eigenschaften des bevorzugten Verbund-Materials im Vergleich zu jenen von vergüteten Stahl-Legierungen vorteilhaft sind, wobei diese Eigenschaften sogar bei einer signifikanten Verringerung von Gewicht und Herstellungskosten, im Vergleich zu äquivalenten Stahlteilen, erreicht werden.

Die Einrichtung 10 ist innerhalb des Fersenbereichs des Materials der Zwischensohle 4 angeordnet, sodaß der hinterste Teil des Federteils 20 im allgemeinen unter dem großen Fersenbein, oder Kalkaneus, des Fußes des Schuhträgers liegt, und sodaß eine Schicht 24 des Materials der Zwischensohle 4 über dieser liegt. Die Zwischensohle ist in einem Bereich 26 unter dem Federteil ausgespart, um dem letzteren ein freies Abwärtsbiegen zu erlauben.

Die Schicht 24 wirkt als Dämpf-Polster zwischen der Ferse des Schuhträgers und der oberen Oberfläche des Federteils 20 und dient auch dazu, die Last, welche dem Federteil vom Fuß übertragen wird, gleichmäßiger zu verteilen. Die Schicht 24 dient auch dazu, sowohl die gesamte Elastizität des Federteils - von der Ferse aus gesehen - etwas zu reduzieren, als auch die Fähigkeit des Federteils zu reduzieren, dessen Abbiegungsenergie während des Fersen-Hebens zurückzugeben, hauptsächlich infolge von Energieverlust durch Wärme-Dissipation in der Schicht 24 während Kompression und Expansion. Angesischts des erhöhten Fußkomforts und um eine Fersen-Feder-Wirkung zu vermeiden, welche zu "federnd" ist, hält man jedoch diesen geringfügigen Verlust für akzeptabel. Außer diesem Effekt und dem in der Abbiegung begrenzten Zustand, welcher unten beschrieben ist, ist das Ansprechen des Federteils 4

Claims (6)

1. AT 402 680 B ziemlich linear über den ganzen beabsichtigten Abbiegungsbereich und ist höchst wirksam (>85%) im Zurückführen der Abbiegungs-Energie an den Fuß des Schuhträgers beim Heben der Ferse, welche darin beim Aufsetzen der Ferse gespeichert wird. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die seitlichen Kanten 14A, 14B der Platte 12 aufwärts gebogen dargestellt; diese könnten aber in einer geeigneten Ausführung auch abwärts gebogen sein. Die gebogenen Kanten dienen dazu, die Einrichtung in der Längsrichtung beträchtlich zu versteifen, und, weil sie an jeder Seite leicht seitlich außerhalb der Ferse des Fußes des Schuhträgers angeordnet sind, wirken sie wie Ausleger auf einem Kanu, um Über-Supination und Über-Pronation des Fußes des Schuhträgers während der beim normalen Gehen oder Laufen stattfindenden Aufeinanderfolge des Aufsetzens der Ferse, Abrollen des Fußes und Abstoßens zu verhindern. Die gebogenen Kanten helfen auch die Einrichtung 10 innerhalb des Materials der Zwischensohle 4 zu verankern und ein Wandern zu verhindern, sollte die Einrichtung aus irgendeinem Grund nicht mehr an dem Material der Zwischensohle haften. Bei dem exemplarisch bevorzugten Ausführungsbeispiel, welches erläutert wird, ist ein fakultativer "Dämpfer" oder Stopper 28 in die Laufsohle 5 des Schuhes eingegossen und unmittelbar unter dem Federteil 20 und Kalkaneus-Bein angeordnet, um die maximale Abwärts-Abbiegung des Federteils während beträchtlicher von der Ferse erteilter Stöße zu begrenzen, welche z.B. während des Springens eintreten würden. Die vertikale Ausdehnung des Dämpfers 28 ist so bemessen, daß dieser den Federteil 20 während normaler Steh- oder Gehtätigkeit nicht berührt, sondern nur bei Federteil-Abbiegungen zur Wirkung kommt, welche eine gewünschte maximale Abwärts-Abbiegung des Federteils überschreiten, was z.B. während Spring- oder kräftigen Laufaktivitäten eintreten würde. Ein erfahrener Praktiker wird aus der vorausgegangenen Erörterung erkennen, daß in Abhängigkeit von der speziellen Aufgabe oder Anwendung viele Modifikationen der Merkmale, Materialien und Herstellungsverfahren der Fersenfeder- und Stabilisatorplatten-Einrichtung, welche hierin gezeigt ist, möglich sind. Demgemäß sollten die hier erläuterten und erörterten Ausführungsbeispiele nur als Beispiele verstanden werden, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung sollte nur von den folgenden Patentansprüchen beschränkt sein. Patentansprüche 1. Sportschuh mit einem Schuhoberteil, einer an dem Schuhoberteil angebrachten Sohle, die eine elastische Zwischensohle, eine elastomere Laufsohle und einen Absatzteil aufweist, und einem plattenförmigen Federelement, das in den Absatzteil integriert ist, wobei das aus einem festen, steifen, jedoch federnd flexiblen Material geformte Federelement im Absatzbereich der Zwischensohle des Schuhs über der Laufsohle eingekapselt ist und von einer Schicht der Zwischensohle überlagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorderes Ende (16) des Federelementes in der Zwischensohle (4) waagrecht verlaufend festgelegt ist und ein sich nach hinten erstreckendes, nach oben geneigtes, in vertikaler Richtung wirkendes Federteil (20) angeformt trägt, das mit einem hinteren Bereich im wesentlichen unterhalb des Fersenbeines des Fußes eines Schuhträgers angeordnet ist und von diesem während des Aufsetzens der Ferse nach unten biegbar ist, wobei es in einer Aussparung (26) der Zwischensohle 84) frei bewegbar ist.
2. 2. Sportschuh nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement eine dünne Platte (12) von Fersengröße aufweist, welche aus festem, steifem, jedoch federnd flexiblem Material geformt ist und mit einem vorderen Ende (16) sowie zwei Seitenrä-ndern (14A.14B), die die Ferse des Schuhträgers auf beiden Seiten seitlich überragen, in der Zwischensohle (4) waagrecht verlaufend verankert sind, und daß von der Platte (12) das einstückig angeformte Federteil (20) ausgeht, das durch wenigstens einen in das Material der Platte (12) eingeschnittenen Schlitz (22) gebildet ist, der zum hinteren Ende (18) der Platte (12) offen ist und sich nach vorne in diese hinein erstreckt.
3. 3. Sportschuh nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federteil (29) durch zwei Schlitze (22A.22B) gebildet ist, die zum hinteren Ende (18) der Platte (12) offen sind und sich nach vorne in diese hinein erstrecken.
4. 4. Sportschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Platte (12) ein Verbundmaterial aus thermoplastischem Harz und einer Matrix aus Carbon und Glasfaserstoff aufweist. 5 AT 402 680 B
5. 5. Sportschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenränder (14A.14B) der Platte (12) flanschartig aufwärts oder abwärts gebogen sind.
6. 6. Sportschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Dämpfereinrichtung (28) aus elastischem Material, die an der Laufsohle (5) unterhalb des Federteiles (20) angeordnet ist, um seine maximale Abwärtsbiegung zu begrenzen. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 6