CN112888335A - 用于在运动和静止状态下支持脚部生理特性的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于支持人脚的装置，其中所述装置包括：第一层，所述第一层至少在该装置的中心区域中形成拱形；和第二层，所述第二层在第一端区域和第二端区域连接至所述第一层，其中，所述装置包括至少一个偏转元件，其中，随着所述装置的背屈，第二层被设计成作用于所述第二端区域的张力通过所述至少一个偏转元件传递到所述第一端区域中的所述第一层，使得所述弯曲增加由所述第一层形成的拱形的高度，其中，至少一个偏转元件至少部分地布置在第一层和第二层之间，使得第一层和第二层以至少一个偏转元件规定的距离彼此间隔开。

Description

用于在运动和静止状态下支持脚部生理特性的装置

技术领域

本发明涉及一种以鞋垫的形式支持脚部生理特性的装置或永久性地设置在鞋内或鞋上的装置。

背景技术

人的脚是由骨头、肌肉、肌腱和韧带组成的柔韧单元，通过脚对各种地面条件的最佳适应性，它使整个身体保持稳定的直立姿势，以及它还可以作为减震器，以减轻在运动过程中对全身的压力。此外，当行走时，脚充当杠杆还起到推动作用。为了保证这一功能，脚部的跖骨区域和脚跟区域必须采用稳定的结构。

如果脚部的柔韧性和稳定性之间的这种相互作用受到干扰，就会导致不仅影响脚部而且影响整个身体的症状。为了治疗这些症状，例如使用矫形插入物或其他鞋垫等装置，这些装置可以(可拆卸地)布置在鞋子中，并且具有缓解、支持、引导或刺激脚的作用。这些装置还可以提供在体育活动期间以支持脚的功能。

在EP 2 822 414 B1中公开了一种用于支持脚的装置的示例，该装置可以作为鞋底固定在鞋的外部。后者公开了一种运动鞋，其目的是在跑步的不同阶段支持脚。该鞋包括弹性带被引导的鞋底。当鞋底不负重时，弹性带用于适当地塑形鞋底。

特别是在走路、跑步和跳跃时，脚利用所谓的锚机机构。在这里，由于脚趾(向上)过度伸展，特别是当站在前掌上时，以及由于脚底筋膜上的脚趾屈肌肌腱的张力，跖骨区域和部分跟骨区域升高和三维拉伸，并且稳定的杠杆结构是通过跖骨和跟骨的锁定产生的。锚机机构是由嵌入肌腱的骨结构，即所谓的籽骨来支持的。籽骨确保了肌腱和骨的额外间距，从而加强了跖骨和跟骨区域的高度。

类似于当弓的弓弦被拉伸时，当脚底筋膜的肌腱拉伸时(弓和弓弦模型)，存储变形能量。这种能量可用于进一步的运动。特别地，例如在步行、奔跑和/或跳跃期间，这种能量被转换成加速功，用于脚和整个身体高效且快速的抬高。

但是，为了确保所描述的机构的功能，特别是脚的肌肉和肌腱需要具有足够的生理刚度和弹性以及生理长度比。然而，在脚部的许多医学条件下，这些特征不再存在，因此，所描述的脚部的柔韧性和稳定性之间的相互作用不再存在。

鉴于以上所述，本发明的目的是提供一种用于支持的人脚部功能的装置，该装置可以永久地或可拆卸地布置在鞋子中，并且可以主动地支持脚的柔韧性和稳定性与节能运动之间的相互作用。其目的是确保尽可能自然地主动支持脚部的动态功能。特别地，本发明的另一目的是提供一种支持人的脚部的装置，并且该装置能够通过锁定关节、跖骨区域和部分跟骨区域的拱形拉伸来支持甚至替换所描述的跟骨和跖骨区域的杠杆功能，以及提升脚部的节能。

发明内容

根据权利要求1所述的用于支持人脚部的装置，和根据权利要求18所述的鞋，实现这些目的和其他目的。

本发明提供了一种用于支持人的脚部及其功能的装置，特别是在步态周期中，所述装置优选为可以永久地或可拆卸地布置在鞋子中。在优选的实施例中，所述装置为鞋垫，例如可用于运动鞋和/或日常鞋。特别是在这种情况下，所述装置可以可拆卸地布置在鞋子中。在其他实施例中，所述装置可以被设计为鞋子的组成部分。沿着与鞋子的纵轴相对应的纵轴，可以根据人的脚部，将装置分为脚跟区域(第一端区域)，跖骨区域(中心区域)和前脚区域(第二端区域)。当将装置布置在鞋子中或设计为鞋子的一部分时，这些区域对应于脚部的相应区域。

特别地，本发明涉及一种用于支持人脚部的装置，其中所述装置包括至少一个第一层，所述第一层至少在该装置的中心区域中形成拱形；和至少一个第二层，在所述装置的脚跟区域中的第一端区域的第一连接区域和在所述装置的前脚区域中的第二端区域中第二连接区域，所述第二层与所述第一层连接，其中，所述装置包括至少一个偏转元件，布置在所述第一连接区域和所述第二连接区域之间，并且至少部分布置在所述第一层和所述第二层之间，使得在所述偏转元件的位置，所述第一层和所述第二层之间具有通过至少一个偏转元件预定义的间距，其中所述第二层通过所述至少一个偏转元件在第一连接区域和第二连接区域之间张紧，并且，其中所述第二层被设计成在所述装置弯曲期间，作用于所述第二端区域的张力通过所述至少一个偏转元件传递到所述第一端区域中的所述第一层，使得所述弯曲增加由所述第一层形成的拱形的高度。

所述装置还包括至少一个第一层，所述第一层至少在跖骨区域(在中心区域)，优选地形成凸弓或优选地三维拉伸。例如，第一层可以是一种二维结构，优选地其轮廓适应于鞋的内部形状。因此所述第一层优选地具有与鞋子插入物或鞋垫相对应的轮廓形状。如果合适，可以设置多个第一层。例如，多个第一层可以沿纵轴彼此相邻地布置。额外地或可替代地，可以提供多个布置在彼此上方的第一层，例如在组件中。作为三维体的所述第一层可以具有内部结构，例如空腔、部分层和/或合适的填充材料。

优选地，由所述第一层形成的拱形从所述装置的脚跟区域(第一端区域)延伸到装置的跖骨区域(中心区域)。换句话说，所述第一层优选形成至少部分地三维凸面，其中拱形高度优选地适当地适应于人脚底的相应轮廓。然而，在子区域中，所述第一层还可以有另一种适应于人类脚的合适的形状。例如，所述第一层可以在所述脚跟区域(在所述第一端区域)和外跖骨区域(在所述中心区域的外部部分)形成凹形。因此，所述装置可以在其区域适应人类脚的相对应区域，这有助于以尽可能真实的方式自然地支持人类的脚部的功能。

在优选实施例中，所述第一层至少部分或在某些部分中填充有结构化的填充材料。例如，所述填充材料可具有骨小梁，即杆状结构，这也可能出现在人体器官中。所述第一层的这种结构化填充可以支持甚至替代装置支持脚部的自然功能方面的功能，优选为锚机效应。为此，填充物可以设置在可以单独适应脚部的合适区域中。在优选实施例中，通过所述第一层的整个体积，所述第一层填充物的均匀性，可以适应期望的用途。为了进一步支持所述第一层的柔韧性，可以在适当的位置减少材料，以增加这些区域的柔韧性。

在优选实施例中，第一层优选具有多个凹陷或多个开口，其优选具有细长椭圆形设计。在开口的情况下，所述第一层可以完全穿透，然而所述凹陷只能以盲孔的方式部分穿过第一层。在优选实施例中，可以同时提供凹陷和开口。第一层中的多个凹陷或开口可以允许控制第一层不同区域中的弯曲柔韧性和扭转柔韧性。同时，所述多个凹陷或开口可允许增加皮肤分泌和空气循环。

为了能够实现上述弓和弓弦模型的弓功能，第一层优选由具有合适尺寸稳定性和/或由通过适当形状的(支持)元件(第二偏转元件)获得尺寸稳定性的材料制成，以确保第一层的拱形形状。另一方面，该材料优选为具有足够的柔韧性，以允许在前脚区域向上弯曲(背屈)期间压缩第一层和增加相应的弓高。在优选实施例中，已证明适用于尺寸稳定性变体的材料为聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺(PA)、聚酰胺11(PA11)、聚酰胺12(PA12)、聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和/或纤维复合材料如凯夫拉(Kevlar)、碳或玻璃纤维复合材料，以及各种金属物质和其他可额外加工的材料。所述第一层可特别由这些材料制造，使得可以实现层重量与层强度的最佳比例。

此外，所述装置还包括第二层，所述第二层优选以抗张力的方式连接到在脚跟区域(在第一端区域)和前脚区域(在第二端区域)的第一层。为此，例如，在不同实施例中，第二层和第一层可以通过合适的技术以可释放地、部分可释放地或不可释放地方式连接。在不同的实施例中，第一层和第二层可以粘合连接(例如粘合、交联、焊接(welded)、附加处理、硫化或焊接(solder))。在不同的实施例中，第一层和第二层也可以通过形状配合连接，例如榫槽连接、锯齿连接或鸠尾连接。在不同的实施例中，所述第一层和所述第二层可以通过力配合连接，例如通过钩环紧固件。优选地，所述第一层和所述第二层可以通过形状配合和力配合接合连接，例如铆接或拧紧。在不同的实施例中，所述第一层和所述第二层也可以彼此形成一个整体。

优选地，所述第二层为二维结构，其优选具有比所述第一层更小的表面积。与所述第一层的情况一样，在所述第二层的情况下，也可以提供多个第二层。例如，多个第二层可以沿着纵轴彼此相邻地布置(弓和弓弦模型中的多个弓弦)。额外地或可替代地，也可以支持布置在彼此上方地多个第二层，例如在组合中。作为三维体的第二层也可以具有内部结构，例如空腔、部分层和/或合适的填充材料。优选地，第二层布置在第一层远离拱形的一侧。换句话说，当装置布置在鞋中或被设计成鞋的一部分时，第一层优选为上层，第二层优选为下层。

为了适当地适应人类脚底的形状，在优选实施例中，第一层可以形成相应的三维拱形形状。为此，在优选实施例中，拱形的高度可以优选地从最大高度的区域在两个方向上横向下降。换句话说，第一层可以形成至少部分的三维凸面，使拱形的高度适当地适应于人脚底的相应轮廓。如之前所提到的，第一层可以形成三维凸起、向上隆起的拱形，例如在外跖骨区域(外中心区域)；然而在其他区域，它可以有其他适应人类脚部的形状。例如，第一层可以在脚跟区域(第一端区域)和外跖骨区域(外中心区域)凹陷成型，从而为装置提供有益的效果。

根据本发明，所述装置包括至少一个偏转元件。此外，根据本发明，所述第二层被设计成在装置弯曲期间，作用于前脚区域(在第二端区域)的张力(或沿第二层作用的相应力)通过至少一个偏转元件传递到脚跟区域(第一端区域)的第一层，使得弯曲增加由第一层形成的拱形的高度。这里的屈曲最好是背屈。正如本领域技术人员理解的这样，当装置使用于鞋子中时，装置的背屈对应于向上指向脚背的屈曲。

优选地所述装置设计成在背屈之后，由第一层形成的拱形回到起始形态的回程运动，导致前脚区域(第二端区域)的脚底屈曲(即向鞋底屈曲)。换句话说，由装置在前脚区域中的背屈引起的由第一层形成的拱形高度的增加是可逆的。

在优选的实施例中，因此该装置至少在步态周期期间适用于主动支持脚。换句话说，装置在前脚区域的背屈具有由第一层形成的拱形主动向上按压脚的效果。例如，与传统的插入物相比，例如在体育领域的插入物，其仅模拟人脚底的形状因此被动地支持脚，而根据本发明的装置能够在运动时主动地支持脚，例如在步态周期期间。所述装置同样能够在其他活动时支持脚，例如跳跃或者跑步，使得所述装置在任何类型的鞋中可以有效的利用，尤其是日常鞋子或者运动鞋。由所述第一层形成的拱形的主动运动(拱形在背屈时抬高，并在随后向相反方向弯曲时返回到起始形态)促进装置支持人类脚部的特别地自然的功能。

为了实现上述弓和弓弦模型中弓弦的功能，所述第二层优选地由具有与第一层强度相对应或超过第一层的强度的材料制成。与所述第一层相比，所述第二层在载荷作用下优选地延伸较小的程度。所述第二层应优选尽可能具有最佳强度重量比，这优选地不仅可以通过选择合适的材料，而且可以通过选择合适的成型来实现。在优选的实施例中，已证明合适的抗张力材料为聚酰胺11(PA11)、聚酰胺12(PA12)、聚醚酮(PEEK)、聚偏二氯乙烯(PVDF)和/或纤维复合材料例如为凯夫拉(Kevlar)、碳或玻璃纤维复合材料。

此外，优选地，所述第二层为二维，其中优选地，第二层的宽度(垂直于厚度并且垂直于长度)至少在某些部分是相对于第一层的宽度来设置。一方面，使得第二层足够宽以能够承受发生的应力，而不会使第二层的材料过载，和，另一方面，使得第二层足够窄以减轻重量。换句话说，通过成型和材料的选择，确保第二层足够坚固，能够适当地传递产生的应力和力。

根据本发明，所述至少一个偏转元件至少部分地布置在第一层和第二层之间。换句话说，至少部分偏转元件布置在第一层和第二层之间，使得至少该部分导致第一层和第二层之间的间距。在优选实施例中，至少一个偏转元件是与层分开的元件。在优选实施例中，至少一个偏转元件可以是三维独立体，其松散地放置在第一和/或第二层上。

在其他实施例中，至少一个偏转元件可以刚性连接到第一层和/或第二层。为此，至少一个偏转元件可以可释放地、部分可释放地或不可释放地连接到第一层和/或第二层，优选粘合连接(例如粘合、交联、焊接(welded)、附加处理、硫化，焊接(solder))，通过形状配合连接(例如通过榫槽连接、锯齿连接，鸠尾连接)，通过力配合连接(例如钩环紧固件)，或通过形状配合和力配合接合连接(例如铆接、拧紧)。在其他优选实施例中，偏转元件可以与第一层和/或第二层形成一个整体。

优选地，偏转元件的形状适应于人类脚底的曲率，并且被选择成可以支持偏转元件的杠杆效应。换句话说，选择的形状使得至少一个偏转元件可以适当地传递在前脚区域(第二端区域)背屈时产生的上述应力，从而支持装置的弓和弓弦功能。在优选实施例中，第一层和/或第二层可以在偏转元件区域中增厚，从而形成机械反向支撑并有助于装置的稳定性。

根据本发明，所述偏转元件至少部分地布置在所述第一层与所述第二层之间，使所述第一层与所述第二层之间的间距由所述至少一个偏转元件预定义。换句话说，提供至少一个偏转元件以在第一层和第二层之间设置所需间距。这里，所述间距可以是至少一个偏转元件所处位置的层之间的最小距离，特别是在第一层形成拱形的中心区域所述间距变得更大。

优选地，至少一个偏转元件布置在跖骨区域(中心区域)和前脚区域(第二端区域)之间的过渡区域，因此可以被指定为籽骨元件。优选地，至少一个偏转元件的作用类似于籽骨的作用，即能够嵌入肌腱中并导致肌腱与骨头产生额外间距的小骨头。由于间距的增加，在籽骨处为肌腱提供了更大的杠杆，使得移动连接到肌腱的骨头所需的力更小。与此类似，可以通过本发明中的至少一个偏转元件来提供杠杆效应，使得第二层可以最佳地传递在装置前脚区域背屈时产生的应力。

装置在第二端区域中背屈时，由偏转元件预定义的层之间的间距，使得第一层形成的拱形得到扩大。换句话说，通过适当地选择偏转元件的尺寸，所述间距的设置能够用于调整装置背屈时拱形的增大。通过对在至少一个偏转元件的适当调整，所述装置由此可以单独地适应于脚和所期望的用途。所述至少一个偏转元件可以适当地确定尺寸。然而，在不同的实施例中，就分布和尺寸而言，也可以提供多个偏转元件适当地适应于人脚底的形状。因此，在优选实施例中，可以在跖骨区域(中心区域)和前脚区域(第二端区域)之间的过渡区域中设置至少两个偏转元件，其优选具有不同尺寸例如不同体积，并至少部分位于第一层和第二层之间，优选地基本上沿着装置的横向宽度。

拱形的扩大不仅可以通过至少一个偏转元件的尺寸设置，还可以通过偏转元件在各层之间的位置来设置。在不同的实施例中，至少一个偏转元件的定位来可以用来优化锚机效应的支持。在优选实施例中，至少一个偏转元件布置在跖骨区域(中心区域)和前脚区域(第二端区域)的过渡区域中，并至少部分地在第一层和第二层之间。从沿着纵轴的前脚区域(第二端区域)方向上的脚跟区域(第一端区域)开始计算，至少一个偏转元件可布置在距该起始点，优选地对应于装置总长度的约45％到85％(更优选50％到82％，进一步更优选60％到80％)的距离处。可以发现的是，由于该区域中至少一个偏转元件的位置非常有效地模拟了自然偏转元件，籽骨的位置，通过在所述装置的该区域布置至少一个偏转元件，锚机效应可以得到最佳支持。在该区域，可能也有必要的针对某些病理和/或客户/病人调整位置。

由至少一个偏转元件设置的，并在偏转元件位置的第一层和第二层之间的间隔，可以优选地在0.1至20mm的范围内，更优选地在0.2至10mm的范围内，更优选地在0.5至8mm的范围内，最优选地在1至5mm范围内。

换句话说，如果装置在前脚区域(第二端区域)向脚背弯曲，所述偏转元件的设置使得施加到第二层的应力或力，如在上述弓和弓弦模型中，增加由第一层形成的拱形的高度，即例如导致跖骨区域的三维拱形进一步向上凸起。

优选地，至少一个偏转元件沿所述装置的宽度方向设置。所述偏转元件可以沿所述装置的横轴具有椭圆形形状，并且可以具有基本上圆形的横截面，其优选地向两侧变小。换句话说，至少一个偏转元件优选地适应于第一层的三维凸面，从而能够适应于人的脚底，这有利于所述装置支持人脚的功能。优选地，所述偏转元件由能够承受产生的机械载荷，并尽可能不限制整个装置弯曲柔韧性的材料制成。为此，优选地，至少一个偏转元件在压力作用下是稳定且具有弯曲弹性。

额外地或可替代地至少一个偏转元件，还可在优选实施例中提供多个单独偏转体或支持元件(第二偏转元件)的组合。所述第二偏转元件的组合可支持或实现所述至少一个偏转元件的功能。在这里，组件的单独偏转体(第二偏转元件)优选为有弹性的。偏转体(第二偏转元件)可以通过其形状和排列支持第一层的形成，也有利于在前脚向上弯曲时第一层的凸出。

所述至少一个偏转元件和/或多个偏转体的组合中的偏转元件(第二偏转元件)的组件材料优选包括，例如，强塑性材料，例如，聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺11(PA11)、聚酰胺12(PA12)、聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和/或纤维复合材料例如为凯夫拉(Kevlar)、碳或玻璃纤维复合材料。在优选实施例中，至少一个偏转元件和/或偏转体(第二偏转元件)包括与第一层相同的材料或由这个材料组成。

如上述所述，根据本发明，至少一个偏转元件至少部分地布置在第一层和第二层之间，从而在第一层和第二层之间设置预定义的期望间距。在优选实施例中，在前脚区域(第二端区域)和脚跟区域(第一端区域)中，第二层通过各连接区域之间的偏转元件与第一层张紧。该张紧优选地具有这样的效果，即，即使在负载状态下(当使用者站在使用所述装置的鞋中时)，由第一层形成的拱形也可以(至少部分地和/或在一些部分中)保持。特别地，所述张紧优选地使得拱形至少保持在跖骨区域(中心区域)。所述至少一个偏转元件优选地允许层与层相对于彼此的移动。

换句话说，优选地，连接到第一层的连接区域之间的第二层，通过第一层的偏转元件以弓上弓弦的方式张紧。当由于所述装置在前脚区域(第二端区域)背屈时，相应的应力或力通过第二层传递到脚跟区域(第一端区域)中的第一层，第一层因此进一步弯曲，其相应的拱形高度增加，储存变形能量，然后当装置在前脚区域(第一端区)中向后弯曲时，变形能量再次释放。

如之前所提到的，所述装置可以被分为脚跟区域、跖骨区域和前脚区域。在不同的实施例中，第二端区域与前脚区域相对应，第一端区域与脚跟区域相对应，中心区域与跖骨区域相对应。在不同的实施例中，沿着所述装置的纵轴，所述前脚区域的长度对应于所述装置总长的25％到45％，所述脚跟区域则对应所述装置总长的5％到25％，所述跖骨区域的长度则对应所述装置总长的40％到60％。

该装置因此能够模拟锚机效应和脚部肌肉肌腱的弹簧作用。因此所述装置能够在行走或跑步时以自然的方式主动支持脚。脚部病变，例如，扁平脚、外翻扁平脚、外八字脚和高弓脚能够被所述装置主动进行校正。可替代地或额外地，所述装置也可用于在体育活动时支持脚部。

所述装置的进一步效果为，它甚至可以在早期站立阶段提供减震功能，例如当行走、跑步、跳跃等等，所述装置可以允许内旋，并可以储存能量直到与地面接触。因此所述装置可以通过锚机机构的支持主动抬起脚的后部，从而对运动装置产生积极的影响。通过运用锚机机构，在锁定期间脚部得以支持。

如果第二层通过偏转元件相对于第一层拉伸，并且不直接接触跖骨区域中的第一层(在不负载状态下)则尤其可以实现此效果。然而，例如，也有可能的是在跖骨区域的各层之间具有用于支持装置稳定性的填充材料，第二层通过填充材料间接接触第一层。

结果是，第一层、第二层和至少一个偏转元件的相互作用能够允许所述装置围绕纵轴扭转、围绕横轴时具有弯曲弹性，能够适应于相应的脚。所述装置在不同的区域可具有不同程度的弯曲柔性和扭转柔性。

本发明还提供一种鞋，所述鞋包括上述用于支持人脚的装置。该装置适用于任何类型的鞋，特别是定制的矫形鞋，也适用于普通鞋(日常鞋，工作鞋)或运动鞋。在优选实施例中，所述装置可以为鞋垫，所述鞋垫可拆卸地安置在所述鞋中。可替代地，在优选实施例中，所述装置可以永久地安置在鞋中，或者成为鞋的一部分和/或鞋的鞋底。

优选实施方式说明

下面更详细地解释本发明的实施例，并在图中列出，其中

图1示出了人脚部的示意图，以说明锚机机构；

图2示出了带有支持脚部的装置的人脚部的示意图；

图3示出了用于支持脚部的装置的侧视图；

图4示出了用于支持脚部的装置的各个部件的视图；

图5示出了用于支持脚部的装置的平面图；

图6示出了用于支持脚部的装置的各种视图；

图7示出了用于支持脚部的装置的第二层；

图8示出了用于支持脚部的装置的偏转元件的各种视图；

图9示出了用于支持脚部的装置的第二层的各种视图；

图10示出了用于支持脚部的装置的多个第二偏转元件；及

图11示出了用于支持脚部的装置，该装置中具有多个第二偏转元件。

图1说明了使用示意性描绘的脚部300的锚机机构。在图的左侧A部分中，示出了脚部300的剖视图，该剖视图特别揭示了沿着用虚线表示的拱形601向上弯曲的足部骨骼310。脚趾311背屈时，即脚趾311向上过度伸展，如图1B中箭头605所示，位于脚底305的脚趾屈肌(未示出)的肌腱301，脚底筋膜处于张紧状态。如图1A和1B中拱形601和箭头603的相应变化所示，跖骨区域310因此被抬高。拱形610的高度增加。类似于弓弦上拉紧的弓，使得变形能量储存起来，当松弛时，变形能量可用于加速。例如，在行走过程中，特别是在脚趾离开时，变形能量被释放，并用于抬脚时的加速功。

图2根据图1示出了脚部300和用于支持脚部300的装置100，装置100设置在鞋(未示出)的内部以起到支持脚部300的作用。如图所示，装置100可(对应于脚部300)分为脚跟区域610(第一端区域610)，跖骨区域620(中心区域620)和前脚区域630(第二端区域360)，其沿着装置100的纵轴L延伸，并在图中用线607和线609划分。

如图所示，装置100首先包括第一层101，当布置在鞋(未示出)中时，第一层朝向脚300，因此当鞋子放在地上时，第一层为上层。第一层101在跖骨区域620上形成脚部方向的拱形，并在脚跟区域610的区域111和前脚区域630的区域113与第二层103连接。如图所示，当第二层103布置在鞋中(未示出)时，第二层103布置在装置100远离脚300和第一层101的拱形的一侧。当鞋子(未示出)放置在地上时，第二层103因此位于第一层101的下面。与第二层103相连的偏转元件105，布置在第一层101和第二层103之间。例如，偏转元件105可以与第二层103形成一个整体。第二层103和偏转元件之间的连接可以防止偏转元件105在装置100内部不希望有的移动，例如沿纵轴L的移动，这种移动会改变层101、103的功能。由于第二层103在正面中没有三维轮廓，因此能够促进横向轴的弯曲。然而，也可以将偏转元件至少部分地集成在第一层101中。

如图2所示，在脚跟区域610和前脚区域630的连接区域111和113之间，第二层103通过偏转元件105与第一层101张紧。在弓弦模型中，第二层103与弓弦相对应，而第一层101与弓相对应。偏转元件105预定义层101和103之间的预定间距，该间距可以通过偏转元件105的尺寸和定位来调整。如图所示，第二层103在跖骨区域620与第一层101接触。因此这些层101和103相对于彼此是可移动的。

特别从图2B可以看出，第二层103被设计成，在装置100的背屈的过程中，作用于前脚区域630张力或力，通过偏转元件105传递到脚跟区域610中的第一层101，使得由第一层101形成的拱形高度增加。这与图1B中描述的脚趾向上伸展(箭头方向)时拱形601的自然增大相一致，这支持了脚300的抬高和锁定，从而也支持了脚的锚机机构。在这里，偏转元件尤其具有增大拱形的作用，可以通过在层101、103之间适当设置偏转元件的尺寸和位置进行调整。

换句话说，根据本发明的装置能够在技术上实施上述的脚的柔韧性和稳定性之间的相互作用，即起锚效应，其以鞋垫的形式支持脚部，或者把它作为一个整体固定在鞋子里的装置，从而能够主动地支持脚。本发明特别提出了一种用于张紧第二层103的偏转元件，通过偏转元件可以调节第一层101和第二层103之间的间距，从而该装置的功能能够适应于个人需求。

所述装置不仅仅在步态周期中适应于脚，并且能够主动地支持脚。根据本发明的装置因此能够主动地抬高脚，例如在行走或跑步期间，并在实际中引导脚实现起锚效应。通过在前脚区域到跖骨区域的过渡区域中提供至少一个偏转元件105，能在跖骨区域内主动支持拱形的增大，这支持了前脚区域和跖骨区域的杠杆功能，杠杆功能对于行走时的推进是必要的。借助带有偏转元件的弓和弓弦设计，该装置还支持脚趾屈肌肌腱的弹簧作用，该作用通过在脚跟提升和脚趾过度伸展时相应肌肉的预紧产生。此外，该装置的设计还支持脚部的减震功能。

因此，该装置100可用于补偿脚部的病理变化。特别是，足部疾病例如扁平脚、外翻扁平脚、外八字脚和高弓脚，能够通过该装置主动地支持和纠正。然而，可选地或者另外地，该装置也可用于在体育活动中支持双脚，例如，当装置(永久性地或可拆卸地)安装在运动鞋中。

图3示出了装置100处于组装状态的侧视示意图，图4显示了图3中的各个部件。装置100优选为可拆卸地安置在鞋中的鞋垫。或者，装置100也可以永久性地设置在鞋子中，在这种情况下，第二层103要么与鞋子的底部刚性连接，要么是鞋子底部的部分层。

如图3所示，在脚跟区域610的区域11和前脚区域630的区域113中，第一层101与第二层103连接。这里，第一层103是二维结构，例如聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺(PA)、聚酰胺11(PA11)、聚酰胺12(PA12)、聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和/或纤维复合材料例如凯夫拉(Kevlar)、碳或玻璃纤维复合材料，或一种或多种金属物质和/或其他可额外加工或膨胀材料，如聚氨酯(PU)、热塑性聚氨酯(TPU)、PLE、尼龙、各种弹性体，并向上凸起拉伸以形成一个三维形式。换句话说，在第一层101的区域(图中拱高最大的区域121)，第一层101沿装置100的纵轴L形成最高拱形，该拱形向第一层101的区域123处变小。换句话说，在这种情况下，第一层形成三维拉伸，优选为凸面，其适应于人的脚底。在图4中分别示出了偏转元件105，该偏转元件105布置在图3中的层101、103之间并且布置在前脚区域630和跖骨区域620之间的过渡区域中。在所示的情况下，偏转元件105布置成从分界线609稍微向左偏移，并且与偏转元件105从分界线609向右偏移的情况相比，在偏转元件105的尺寸相同的情况下，这导致了第一层101和第二层103之间的前脚区域更小的间距。因此，在前脚区域有一个优化的结构高度。

图5示出了该装置100的平面图，图中第二层103布置在第一层101的上方(从下往上看，当所述装置100布置在鞋中时，通过第一层101可以看见第二层103)。图6除了平面图(B部分)以外，还示出了侧视图(A部分)以及沿装置100的纵轴从脚跟区域610到前脚区域630(C部分)的视图。从图中可以看出，第一层101和第二层103都是二维设计，其中第二层(103)(在平面图中)的宽度很宽，使得第二层103可以承受在各个区域产生的应力，以防止材料过载并确保最佳的强度重量比。层的宽度是当装置100布置在鞋中之后再放置在地面上时，沿着平行于地面的平面的宽度。基于第二层103的宽度，后者足够坚固，以满足上述弓和弓弦模型中的弓弦功能。

图6C示出了最大拱形高度的区域121和最小拱形高度的区域123。从图中可以看出，第一层101的凸面因此适应于人脚底的三维形状，并因此也可以在其形状上基于个体而变化。

从图5和图6可以特别看出，第二层103相对于第一层101优选为向后变窄，其形状使得其能够以最大程度承受产生的应力。如图5所示，特别是在前脚区域，第二层103具有合适的宽度以确保可以在第一层101和第二层103之间产生合适的形状配合。

图5和图6还显示，第一层101优选为具有细长的椭圆形夹缝/穿孔，其用于减少轴向和极向阻力力矩。如图所示，用于此目的的第一层101优选包括多个凹陷和开口1001，凹陷和开口优选为细长的椭圆形。在所示情况下，它们形成多个孔1001，即完全穿透第一层101的开口。如前面所提到的，还可以以盲孔的方式替代地或附加地提供凹陷，盲孔仅部分穿透第一层。通过在第一层适配多个凹陷1001或开口1001，可以在第一层101的不同区域中调整弯曲柔韧性和扭转柔韧性。同时，多个凹陷1001或开口1001能够增强皮肤分泌物与空气循环。

图5还示出了区域1002，在该区域1002中，第一层101在偏转元件105的高度处增厚的材料，作为机械反向支承并用于稳定层101和偏转元件105。在区域1003中还示出了第一层101的平面压痕和第一层101的材料厚度的减小。通过这种方式，在这些区域中以有针对性的方式实现了更大的柔韧性。

图7示出了具有两个不同尺寸的偏转元件105的第二层103。多个偏转元件105的布置允许其适当地适应第一层101向上凸起的形状，从而能够适应脚底。通过不同尺寸的偏转元件105，可以在第一层和第二层之间设置对应的不同间距。因此，通过沿着装置的宽度分布适当尺寸的偏转元件，可以达到所期望的适用于人脚效果。

偏转元件105的形状例如可以如图8所示。图8示出了偏转元件的横截面图(A部分)、第一侧视图(B部分)和第二侧视图(C部分)；与第一侧视图相比，第二侧视图围绕偏转元件105的纵轴106旋转90°。换句话说，在优选实施例中的偏转元件至少部分地具有大体上为椭圆形的横截面，使该装置能够适配人的脚底。偏转元件105的形状可适于支持第一层101和第二层103的弓和弓弦模型。为此，偏转元件105优选设计为至少部分具有椭圆形横截面的细长元件。如图7所示，偏转元件105的纵轴106优选为基本朝向宽度方向611的方向。换句话说，偏转元件105的纵轴106与装置100的纵轴L形成60°至120°的夹角(如图3)。在优选实施例中，偏转元件由聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺(PA)、聚酰胺11(PA11)、聚酰胺12(PA12)、聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和/或纤维复合材料，如凯夫拉(Kevlar)、碳或玻璃纤维复合材料，各种金属物质，或其他可重复加工的材料制成。通过合适的选择，特别是从这些材料中，可以实现最佳的重量与强度比，使得偏转元件可以是抗张力的、尺寸稳定的、抗压的、弯曲弹性的和扭转弹性的。

图9显示了在另一个实施例中没有偏转元件105的第二层103(A部分，在左侧的侧视图中和在右侧的平面图中)，以及具有偏转元件105的第二层103(C部分，在左侧的侧视图和右侧的平面图中)。图9中的B部分和D部分示出了从脚跟区域610沿前脚区域630的方向沿着装置100的纵轴从后方看时，上述示出的各个部分A和部分C的对应的第二层103。如图所示，该优选实施例中，第二层103优选为包括细长椭圆形切口107，其用于减小轴向和极向阻力力矩。因此，在优选实施例中，第二层103可以具有至少一个细长椭圆形切口，该切口基本上沿第二层103的纵向方向定向。还可以提供多个这样的切口。如图所示，所示例中的细长椭圆形切口107通过偏转元件105从第二层103上的前脚区域630延伸到跖骨区域620。

在优选实施例中，除了或替代所描述的至少一个偏转元件105之外，装置100还可以具有多个偏转体或支持元件(第二偏转元件115)。在这两种情况下，这些偏转体、支持元件、第二偏转元件115可以形成一个组合，偏转体、支持元件、第二偏转元件115之间为彼此刚性连接。图10在侧视图(A)和平面图(B)中示出了多个此类第二偏转元件115的组合。为了清楚起见，图中仅指定了第二偏转元件115中的两个。如图所示，这些第二偏转元件基本上是管状的，并且具有基本上为圆形的横截面。如图所示，第二偏转元件115至少在装置的跖骨区域，在与装置100的纵轴相对应的方向上相互接触和/或刚性连接。借助于第二支持元件115的这种齐平布置，以及借助于例如根据相应的第二支持元件的各个横截面的适当的几何构造，例如，根据脚的形状，跖骨区域中的第一层101在装置围绕横轴变形期间(特别是在装置在前脚区域的背屈期间)被有效地拉伸/升高。第一层的抬高，即相应拱形的高度的扩大，由第二偏转元件主动支持。

形成多个第二偏转元件115组合的第二偏转元件115优选地彼此刚性连接。为此目的，可以将不同实施例中的第二偏转元件115粘合连接(例如，粘合、交联、焊接(welded)、附加处理、硫化或焊接(solder))。为此目的，不同实施例中的第二偏转元件115也可以通过形状配合连接，例如通过榫槽连接，锯齿连接或鸠尾连接。为此目的，不同实施例中的第二偏转元件115可以通过力配合连接，例如通过钩环紧固件。为此目的，不同实施例中的第二偏转元件115可以通过形状配合和力配合接合连接，例如铆接或拧紧。

在优选实施例中，第二偏转元件115由例如聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺(PA)、聚酰胺11(PA11)、聚酰胺12(PA12)、聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和/或纤维复合材料如凯夫拉(Kevlar)，碳或玻璃纤维复合材料，或一种或多种各种金属物质和/或其他额外加工或膨胀材料，如聚氨酯(PU)、热塑性聚氨酯(TPU)、PLE、尼龙，或各种弹性体制成。

因此，第二偏转元件115的组合是三维体的组合，其按几何方式排列，以便可以直接影响所有个体或每个单独的个体。图示的第二偏转单元115的组合，在施加如由脚引起的表面荷载例时，能够在跖骨区域支持第一层101的稳定性。

在优选实施例中，第二偏转元件115为管状，如图所示。管状形状已被证明对于这些第二偏转元件115的纵向方向是合适的横截面，因为，在管道宽度减小的情况下，如果相应的第二支持元件115弹性变形，后者的高度会增加。因此这种形状以一种有利的方式支持所描述的第一层101的拱形高度的增大。在可替代的实施例中，第二偏转元件115也可以配置为空心球体或球形壳体。第二偏转元件115优选为可弹性变形，并选择各自的直径，以便可以适当调整第一层101的拱形高度。多个第二偏转元件可以附加地设置到至少一个第一偏转元件105上，以支持第一偏转元件的效果。特别是，多个第二偏转元件115可以在步态周期期间控制第一层101的降低和提升。

图11中示出了这种设计，其中装置100具有除上述第一偏转元件105之外还具有多个第二偏转元件115。这里，图11A示出了侧视图，图11B是平面图，图11C示出了从后侧自脚跟区域610朝向装置的前脚区域630的视图。如图所示，至少在跖骨区域620(中心区域620)中，第二偏转元件115沿装置100的纵轴彼此相邻并接触布置(如图3)。从图11中可以看出，单个第二偏转元件115在装置100的宽度方向上布置在第一层101和第二层103之间，其中，可以适当地使各个基本上为圆柱形的偏转元件的厚度适应于例如第一层的形状。如图所示，多个第二偏转元件115可用于支持第一偏转元件105的功能。或者，在优选实施例中，多个第二偏转元件115可以代替第一偏转元件105。

Claims (17)

1.一种用于支持人脚部的装置(100)，其中所述装置包括：

至少一个第一层(101)，至少在所述装置(100)的中心区域(620)中形成拱形；和，

至少一个第二层(103)，在所述装置的脚跟区域中的第一端区域(610)的第一连接区域(111)和在所述装置的前脚区域中的第二端区域(630)中第二连接区域(113)与所述第一层连接，

其中，所述装置(100)包括至少一个偏转元件(105，115)，所述偏转元件布置在所述第一连接区域(111)和所述第二连接区域(113)之间，并且至少部分地在所述第一层(101)和所述第二层(103)之间，使得在所述偏转元件的位置，所述第一层(101)和所述第二层(103)之间具有通过至少一个偏转元件(105，115)预定义的间距，其中所述第二层(103)通过至少一个偏转元件(105，115)在所述第一连接区域(111)和所述第二连接区域(113)之间张紧；和，

其中，所述第二层(103)被设计成在所述装置(100)弯曲期间，作用于所述第二端区域(630)的张力通过所述至少一个偏转元件(105，115)传递到所述第一端区域(610)中的所述第一层(101)，使得所述弯曲增加由所述第一层(101)形成的拱形的高度。

2.如权利要求1所述的装置(100)，其特征在于，所述至少一个偏转元件(105，115)为独立元件。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个偏转元件(105，115)与所述第一层(101)和/或所述第二层(103)刚性连接，或与所述第一层(101)和/或所述第二层(103)一体成型。

4.如前述任一项权利要求所述的装置(100)，其特征在于，所述至少一个偏转元件(105，115)至少部分地设置在所述第一层和所述第二层之间的过渡区域，所述过渡区域从所述中心区域(620)到所述第二端区域(630)。

5.如前述任一项权利要求所述的装置(100)，其特征在于，在所述第一端区域(610)的第一连接区域(111)和所述第二端区域(630)的第二连接区域(113)，所述第二层(103)与所述第一层(101)刚性连接或与所述第一层(101)形成一体成型。

6.如前述任一项权利要求所述的装置(100)，其特征在于，所述至少一个偏转元件(105、115)是具有纵轴的细长元件，所述纵轴与所述装置(100)的纵轴(L)形成60°至120°的夹角。

7.如前述任一项权利要求所述的装置(100)，其特征在于，所述第一层(101)具有多个凹陷(1001)和/或多个开口(1001)，所述凹陷部分地穿过所述第一层(101)，所述开口完全穿透所述第一层(101)。

8.如前述任一项权利要求所述的装置(100)，其特征在于，所述第二层(103)具有至少一个切口(107)，所述切口基本上沿所述第二层(103)的纵向方向定向。

9.如前述任一项权利要求所述的装置(100)，其特征在于，所述装置(100)具有多个偏转元件(105，115)，其中，至少在所述中心区域(620)，所述偏转元件(105，115)沿所述装置(100)的纵轴L彼此相邻且相互接触地布置。

10.如权利要求9所述的装置(100)，其特征在于，所述多个偏转元件(115)中的所述偏转元件(115)彼此刚性连接。

11.如权利要求9或10所述的装置(100)，其特征在于，所述多个偏转元件(115)中的所述偏转元件(115)基本上是管状的弹性元件。

12.如权利要求4-8任一项所述的装置(100)，其特征在于，除了所述至少一个偏转元件(105)至少部分地设置在所述第一层和所述第二层之间的过渡区域，所述过渡区域从所述中心区域(620)到所述第二端区域(630)之外；至少在所述中心区域(620)，所述装置(100)还具有多个第二偏转元件(115)的组合，所述多个第二偏转元件(115)在所述第一层(101)和所述第二层(103)之间沿所述装置(100)的纵轴彼此相邻并相互接触地布置。

13.如权利要求12所述的装置(100)，其特征在于，至少部分地设置在所述第一层和所述第二层之间的过渡区域的所述至少一个偏转元件(105)永久性地集成到所述第一和/或第二层(103)中，所述过渡区域从所述中心区域(620)到所述第二端区域(630)。

14.如权利要求12或13所述的装置(100)，其特征在于，形成所述多个第二偏转元件(115)组合的所述第二偏转元件(115)彼此刚性连接。

15.如权利要求12-14任一项所述的装置(100)，其特征在于，形成所述多个第二偏转元件(115)组合的所述第二偏转元件(115)基本上是管状的弹性元件。

16.如前述任一项权利要求所述的装置(100)，其特征在于，所述装置(100)为鞋垫。

17.一种鞋，包括权利要求1至16中任一项所述的装置(100)。

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