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1. Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Stollenschuh sowie einen Stollen
für einen Stollenschuh.
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2. Der Stand der Technik
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Stollenschuhe,
die insbesondere beim Fußball verwendet werden, dienen
in erster Linie dazu, eine gute Bodenhaftung auf einem weichen Grund wie
etwa Rasen bereitzustellen. Dazu verfügen Stollenschuhe über
Stollen, die in den Grund eindringen und verhindern, dass der Stollenschuh über
den Boden rutscht.
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Zu
diesem Zweck sind seit langem rotationssymmetrische Stollen bekannt.
Wenn ein solcher Stollen in den Boden eindringt, wird die Bewegung des
Stollenschuhs in einem Bruchteil einer Sekunde vollkommen gestoppt.
Dabei treten enorme Bodenreaktionskräfte auf, die auf den
Körper und insbesondere die Füße des
Spielers wirken. Diese Bodenreaktionskräfte treten vor
allem bei Änderungen der Bewegungsrichtung und/oder der
Geschwindigkeit auf und hängen von der Nachgiebigkeit des
Bodens ab. Sie können zu einer vorzeitigen Ermüdung
der Gelenke und der Muskulatur führen und im schlimmsten Fall
Verletzungen hervorrufen. Messungen bei anderen Sportarten wie etwa
Basketball oder Tennis haben ergeben, dass zum Beispiel bei Richtungswechseln
(side cuts) Kräfte in Querrichtung von bis zu 1000 N auftreten
können.
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Es
sind deshalb im Stand der Technik verschiedene Versuche unternommen
worden, die auf den Fuß und den Körper einwirkenden
Bodenreaktionskräfte zu verringern, indem ein rotationssymmetrischer
Stollen eine gewisse Elastizität aufweist. Dadurch wird
die Zeit, in der die Bewegung des Stollenschuhs gestoppt wird, verlängert,
so dass sich der Impulsübertrag und damit die resultierende
Kraft verringern.
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Zur
Lösung dieser Probleme beschreibt die
DE 23 13 646 rotationssymmetrische
Einschraubstollen mit verschiedenen Dämpfungselementen
und Federn, die eine elastische Bewegung des Stollens senkrecht
zur Sohle sowie in Querrichtung und tangential ermöglichen
sollen.
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Ein ähnlicher
Ansatz findet sich in der
DE
41 23 302 , die einen ebenfalls rotationssymmetrischen Stollen
beschreibt, der insbesondere senkrecht zur Sohle gedämpft
ist, indem ein Dämpfungselement innerhalb des Stollens
angeordnet ist.
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Die
EP 0 356 637 A1 zeigt
einen Sportschuh, dessen Laufsohle direkt angeformte Nocken mit
einem verformbaren Ringkörper aufweist. Der biege elastische
Werkstoff der Laufsohle erlaubt eine Auslenkung der Nocken.
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Allerdings
bieten rotationssymmetrische Stollen nicht in allen Situationen
einen sicheren Halt des Stollenschuhs im Boden, vor allem im Zusammenhang
mit drehenden Bewegungen. In einer Extremsituation, zum Beispiel
bei einem Richtungswechsel, kann sich nur ein Stollen im Boden befinden,
während drehende Kräfte auf den Stollenschuh wirken.
Ein rotationssymmetrischer Stollen bietet keinen Widerstand gegen
diese Drehkräfte, so dass sich der Stollenschuh dreht und
der Spieler die beabsichtigte Richtungsänderung nicht ausführen
kann und dabei möglicherweise das Gleichgewicht verliert.
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Aus
diesem Grunde sind asymmetrische Stollen entwickelt worden, die
einen erhöhten Widerstand gegen drehende Kräfte
auf den Stollen und den Stollenschuh bieten und in ihrer Formgebung
auf die insbesondere beim Fußball auftretenden Belastungen
hin optimiert sind. Zum Beispiel beschreibt die
DE 198 50 449 B4 der Anmelderin
einen solchen Stollen, der eine längliche Form hat und
ein Drehen des Schuhs im Boden wirkungsvoll verhindern kann. Für
andere Sportarten sind ebenfalls asymmetrische Stollen bekannt,
d. h. Stollen, die keine rotationssymmetrische Form aufweisen, sondern
beispielsweise eine länglich Form haben, die für
den jeweiligen Einsatzzweck optimiert ist.
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Allerdings
entsteht durch einen erhöhten Drehwiderstand ein neues
Problem, denn wie beim plötzlichen Stoppen von geradlinigen
Bewegungen führt auch das plötzliche Abbremsen
einer Drehbewegung nach dem Eindringen des Stollens in den Boden
zu enormen Drehkräften, die zu den vorher beschriebenen
Bodenreaktionskräfte hinzukommen. Die Drehkräfte
wirken insbesondere auf die Gelenke, zum Beispiel den Knöchel
und das Knie und können zu schwersten Verletzungen führen.
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Die
US 5,377,431 und die
US 5,505,012 beschreiben
Stollen, die sich bei seitlich wirkenden Kräften in Querrichtung
zur Sohle deformieren, ausgelenkt werden oder in Querrichtung verschoben werden.
Die
US 5,617,653 zeigt
Stollen, die sich bei solchen seitlichen Kräften aus ihrer
Halterung lösen, um Verletzungen zu vermeiden.
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Weiterhin
beschreibt die
US 5,361,518 einen Schuh
mit einem Dämpfungselement zwischen Sohle und Stollen.
Der Stollen ist in axialer Richtung beweglich und kann seitlich
etwas gekippt worden, ohne dass er sich drehen kann.
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Nachteilig
ist bei allen genannten Stollenschuhen, dass die Beweglichkeit der
Stollen überwiegend darin besteht, dass sie senkrecht zur
Sohle beweglich sind oder aus ihrer Achse senkrecht zur Sohle gekippt
werden können. Dies trägt wenig zur Dämpfung
von horizontalen Bodenreaktionskräften bei, die parallel
zum Boden wirken und daher durch eine axiale Bewegung oder Kippbewegung
nur unzureichend gedämpft werden.
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Der
in
4 der
DE 23
13 646 beschriebene rotationssymmetrische Stollen soll
zwar elastische Seiten-, Dreh- und Schwenkbewegungen ermöglichen;
diese sind der Beschreibung zufolge jedoch nur klein und ermöglichen
deshalb nur eine unzureichende Dämpfung. Ebenso ist der
in der
US 5,377 431 und
der
US 5,505,012 beschriebene
Stollen dahingehend eingeschränkt, dass der Stollen nur
in Querrichtung zur Sohle verschoben werden kann.
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Insbesondere
beschreibt keines der genannten Dokumente einen Stollenschuh, der
sowohl eine gute Bodenhaftung bei drehenden Bewegungen als auch
eine Dämpfung der daraus entstehenden Bodenreaktionskräfte
bietet.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stollenschuh
und einen Stollen zu schaffen, der sowohl eine hohe Bodenhaftung
bietet als auch die dabei entstehenden Bodenreaktionskräfte
zum Schutz gegen Verletzungen besser dämpft als die aus
dem Stand der Technik bekannten Lösungen.
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3. Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe gemäß einem
ersten Aspekt durch einen Stollenschuh mit zumindest einem Stollen,
wobei der zumindest eine Stollen aufgrund seiner asymmetrischen Form
geeignet ist, Drehbewegungen des Stollenschuhs relativ zu einer
Bodenoberfläche einen Widerstand entgegenzusetzen. Der
zumindest eine Stollen ist so an dem Stollenschuh befestigt, dass
er gegenüber einer durch eine Sohle bestimmten ersten Fläche
eine Translations- und/oder eine Rotationsbewegung durchführen
kann.
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Anders
als die im Stand der Technik bekannten Lösungen verfügt
der beanspruchte Stollenschuh über mindestens einen asymmetrischen
Stollen, der gegen geradlinige und gegen drehende Bodenreaktionskräfte
gedämpft ist, indem er gegenüber der ersten Fläche
Translationsbewegungen oder Rotationsbewegungen oder beides durchführen
kann. Translationsbewegungen des Stollens alleine bieten bereits Schutz
gegen geradlinige Bodenreaktionskräfte. Außerdem
bieten Translationsbewegungen des Stollens einen teilweisen Schutz
gegen drehende Bodenreaktionskräfte, deren Rotationsachse
außerhalb einer Drehachse des Stollens liegt, genauer gesagt
gegen den linearen Anteil dieser Kräfte. Weiterhin bieten
Rotationsbewegungen des Stollens Schutz gegen drehende Bodenreaktionskräfte,
und besonders vorteilhaft ist die Kombination von Translationsbewegungen
und Rotationsbewegungen, die Schutz gegen beliebig kombinierte geradlinige
und drehende Bodenreaktionskräfte bieten. Damit hat der
Stollenschuh nicht nur gute Bodenhaftung bei verschiedensten Bewegungen,
sondern bewirkt damit auch Schutz gegen Überbeanspruchung
oder Verletzungen von Knochen und Muskulatur, die durch das plötzliche Stoppen
dieser Bewegungen beim Bodenkontakt verursacht werden können.
Die Beweglichkeit des Stollens gegenüber der ersten Fläche
kann auf verschiedene Weisen realisiert werden, die im Folgenden
beschieben werden. Dabei gilt grundsätzlich, dass mehrere
Stollen sich unabhängig voneinander bewegen und damit auf
die Bodenreaktionskräfte reagieren können.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Fläche,
gegenüber der die Translations- und/oder Rotationsbewegung
des Stollens erfolgt, eben. Dies erlaubt eine besonders einfache
mechanische und kostengünstige Ausführung des
beweglichen Stollens.
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In
einer alternativen Ausführungsform ist die erste Fläche,
gegenüber der die Translations- und/oder Rotationsbewegung
des Stollens erfolgt, gekrümmt. Dies erlaubt eine Anpassung
der Bewegung des Stollens an eine gewölbte Sohle, so dass auch
ein verschobener Stollen seine Orientierung zur Sohle beibehält.
Dies unterstützt die vorteilhafte Wirkung einer gewölbten
Sohle, die ein leichteres Abrollen des Fußes beim Laufen
ermöglicht.
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Bevorzugt
ist es weiterhin, wenn der Stollen die Translationsbewegung sowohl
in einer ersten Dimension als auch in einer davon unabhängigen
zweiten Dimension durchführen kann. Dies erlaubt eine Dämpfung
der Bodenreaktionskräfte in allen Richtungen der ersten
Fläche und bietet damit einen umfassenden Schutz für
den Träger des Stollenschuhs. Unter einer Dimension wird
ein Freiheitsgrad einer Bewegung verstanden. Eine zweidimensionale
Bewegung ermöglicht daher Bewegungen in einer Fläche.
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Es
ist auch bevorzugt, wenn eine Translationsbewegung in der ersten
Dimension und eine Translationsbewegung in der zweiten Dimension
begrenzt sind und besonders bevorzugt unterschiedlich begrenzt sind.
Dies erlaubt eine Anpassung an bestimmte Anforderungen. Zum Beispiel
kann quer zur Sohle eine größere Auslenkung des
Stollens möglich sein als in Längsrichtung der
Sohle. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zumindest
eine Stollen so ausgebildet, dass die Rotationsbewegung in eine
erste Drehrichtung und in eine zweite Drehrichtung durchführbar
ist. In einer weiteren Ausführungsform sind die Rotationsbewegung
in die ersten Drehrichtung und die Rotationsbewegung in die zweite Drehrichtung
unterschiedlich begrenzt. Dies erlaubt eine flexible Anpassung an
Anforderungen von Bewegungsabläufen sowohl in Hinsicht
auf Dämpfung (Stollen dreht sich) als auch sicheren Halt
im Boden (Drehbewegung wird begrenzt).
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Weiterhin
ist es bevorzugt, wenn die Translationsbewegung und/oder die Rotationsbewegung
in einem Ausgangszustand des zumindest einen Stollens in einer Sperrrichtung
blockiert ist. Damit ergeben sich weitere Möglichkeiten
zur Anpassung. Zum Beispiel kann es unerwünscht sein, dass
sich der Stollen in Laufrichtung des Stollenschuhs bewegt, da dies
zu einer Dämpfung der Beschleunigungskräfte bei
einem schnellen Sprint führen würde. Dieses Problem
kann gelöst wer den, indem eine Translationsbewegung des
Stollens in Laufrichtung blockiert wird.
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In
einem Ausführungsbeispiel weist der zumindest eine Stollen
eine Befestigungsvorrichtung mit einer zweiten Fläche auf.
Dabei ist bevorzugt, wenn die erste Fläche an der Sohle
des Stollenschuhs angeordnet ist und die zweite Fläche
die erste Fläche hintergreift. In einem weiteren Ausführungsbeispiel
hintergreift die zweite Fläche nicht die ersten Fläche,
sondern die zweite Fläche ist zwischen dem Stollen und
der ersten Fläche angeordnet.
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Diese
Lösung ermöglicht nicht nur eine sichere Befestigung
des Stollens an dem Stollenschuh, indem die zweite Fläche
der Befestigungsvorrichtung des Stollens die erste Fläche
hintergreift. In einem Beispiel „klemmen” der
Stollen und die zweite Fläche der Befestigungsvorrichtung
des Stollens die erste Fläche der Sohle zwischen sich ein
und ermöglichen damit eine mechanisch stabile Befestigung des
Stollens an der ersten Fläche. Darüber hinaus
ermöglicht diese flächige Befestigung aber auch
eine Verschiebbarkeit des Stollens gegenüber der Sohle. Damit
wird das Problem gelöst, dass ein asymmetrischer Stollen
(im Gegensatz zu einem rotationssymmetrischen Stollen) in einer
bestimmten Orientierung fixiert werden muss, gleichzeitig aber auch
Rotationsbewegungen erlauben muss. Dieses Problem wird durch eine
Schraubbefestigung eines Stollens nicht gelöst.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die zweite Fläche
gleitfähig auf der ersten Fläche angeordnet. Dies
ergibt eine sichere und mechanisch stabile Führung der
Bewegung des Stollens.
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Weiterhin
ist es bevorzugt, wenn sich die Befestigungsvorrichtung des zumindest
einen Stollens durch eine Aussparung in der ersten Fläche
erstreckt. Dies ermöglicht nicht nur eine besonders stabile
Befestigung des zumindest einen Stollens an der ersten Fläche,
indem der Stollen durch die Aussparung hindurch zentral fixiert
wird. Insbesondere begrenzt auch der Unterschied zwischen der Form
der Befes tigungsvorrichtung und der Form der Aussparung die Bewegung
der zweiten Fläche bezüglich der ersten Fläche
und damit die Bewegung des Stollens gegenüber der Sohle
des Stollenschuhs. Durch eine Variation der Formen der Aussparung
und (des Querschnitts) der Befestigungsvorrichtung lassen sich damit
verschiedene Einschränkungen der Bewegung des Stollens
realisieren.
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In
einem Ausführungsbeispiel weisen die Aussparung in der
ersten Fläche und ein Querschnitt der Befestigungsvorrichtung
eine längliche Form auf. Damit kann die Rotationsbewegung
des Stollens eingeschränkt werden. Eine Kreisform des Querschnitts der
Befestigungsvorrichtung würde dagegen die Rotationsbewegung
des Stollens aufgrund eines fehlenden Anschlags nicht einschränken.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Stollenschuh
ein Dämpfungselement auf, das mit dem Stollenschuh und
dem zumindest einen Stollen verbunden ist.
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Ein
solches Dämpfungselement erfüllt mehrere Funktionen.
Zum einen fixiert es den Stollen elastisch gegenüber der
Sohle des Stollenschuhs und sorgt damit für eine Ausgangsposition
des Stollens. Weiterhin sorgt das Dämpfungselement für
eine Rückstellkraft in die Ausgangsposition und damit für eine
elastische Verbindung von Sohle und Stollen.
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Weiterhin
ist es bevorzugt, wenn das Dämpfungselement an einer Außenseite
der ersten Fläche angeordnet ist. Dies erleichtert durch
einen modularen Aufbau die Herstellung und Montage des Stollenschuhs.
Unter einer Außenseite wird die dem Boden zugewandten Seite
(etwa einer Fläche) verstanden, die gleichzeitig die dem
Fuß des Trägers des Stollenschuhs abgewandte Seite
darstellt.
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Die
Anordnung des Dämpfungselements ermöglicht auf
besonders einfache Weise eine Verbindung zwischen dem Stollen und
der Sohle des Stollenschuhs, so dass das Dämpfungselement
nicht nur für eine Rückstellkraft sorgt, sondern
gleichzei tig auch als Abdichtung zwischen dem Stollen und der Sohle
des Stollenschuhs dienen kann. Daher kann das Dämpfungselement
auch wirksam verhindern, dass Feuchtigkeit und Schmutz am Stollen
in den Stollenschuh eindringen.
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In
einem Ausführungsbeispiel hat das Dämpfungselement
eine Federkonstante im Bereich von 60 bis 90 N/mm, vorzugsweise
etwa 75 N/mm, d. h., dass das Dämpfungselement bei einer
bestimmten Verschiebung des Stollens eine entsprechende Rückstellkraft
ausübt. Bei Messungen, die in den Labors der Anmelderin
durchgeführt wurden, hat sich dieser Bereich als besonders
vorteilhaft erwiesen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Stollen
für einen Stollenschuh mit einer Stollenaufnahme, wobei
der Stollen aufgrund seiner asymmetrischen Form geeignet ist, Drehbewegungen
des Stollenschuhs relativ zu einer Bodenoberfläche einen
Widerstand entgegenzusetzen. Der Stollen weist eine Befestigungsvorrichtung auf,
an der eine zweite Fläche befestigt werden kann, wobei
die zweite Fläche ausgebildet ist, um eine Translations-
und/oder eine Rotationsbewegung gegenüber der ersten Fläche
zu ermöglichen. Dieser Stollen bietet sowohl bei geradlinigen
als auch bei drehenden Bewegungen des Stollenschuhs eine hohe Bodenhaftung
und dämpft die dabei entstehenden Bodenreaktionskräfte
besser als die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen.
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Ein
solcher Stollen kann unabhängig vom restlichen Stollenschuh
hergestellt werden und etwa als Ersatzteil dienen, oder er kann
als Stollen mit anderen funktionellen Eigenschaften, etwa einer
anderen Form, als Austauschelement mit einem zugehörigen
Stollenschuh verwendet werden. Dies gilt auch für den folgenden
Stollen.
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Gemäß einem
noch weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Stollen
für einen Stollenschuh, wobei der Stollen aufgrund seiner asymmetrischen
Form geeignet ist, Drehbewegungen des Stollenschuhs relativ zu einer
Bodenoberfläche einen Widerstand entgegenzusetzen. Der
Stollen weist eine erste Flä che zur Befestigung an dem Stollenschuh
sowie eine zweite Fläche auf. Die zweite Fläche
kann eine Translations- und/oder eine Rotationsbewegung gegenüber
der ersten Fläche durchführen.
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Weitere
Ausführungsbeispiele sind in weiteren abhängigen
Patentansprüchen beschrieben.
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4. Kurze Beschreibung der
begleitenden Figuren
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Im
Folgenden werden Aspekte der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme
auf die begleitenden Figuren genauer erläutert. Diese Figuren
zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung des der Erfindung zugrunde liegenden
Funktionsprinzips;
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2:
eine schematische Darstellung mit einem Längsschnitt durch
einen Stollen einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Stollenschuhs mit einem
Stollen;
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3:
eine weitere schematische Darstellung der Ausführungsform
aus 2 mit einem Längsschnitt durch einen
Stollen;
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4:
eine perspektivische Ansicht von teilweise aufgeschnittenen Details
einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Stollenschuhs mit einem
Stollen;
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5:
eine weitere perspektivische Ansicht von Details der Ausführungsform
aus 4;
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6:
eine Explosionsansicht von Teilen einer Ausführungsform
eines Stollenschuhs mit einem Stollen;
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7:
Schritte bei der Herstellung einer gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Stollenschuhs mit einem Stollen; und
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8:
Messergebnisse der zur Verschiebung eines Stollens notwendigen Kraft,
die einen herkömmlichen festen Stollen und einen erfindungsgemäßen
Stollen vergleichen.
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5. Detaillierte Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung am
Beispiel eines Stollenschuhs und eines Stollens für Fußballschuhe
näher erläutert.
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Es
versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die
Verwendung für Fußballschuhe beschränkt
ist. Auch bei anderen Sportarten wie etwa Golf, Rugby, American
Football, Baseball, Hockey, Trecking, Wandern, Bergsteigen und anderen kann
der beschriebene Stollenschuh vorteilhaft sein, da er sowohl bei
geradlinigen als auch bei drehenden Bewegungen des Stollenschuhs
eine hohe Bodenhaftung bietet und die dabei entstehenden Bodenreaktionskräfte
dämpft. Weitere denkbare Anwendungsgebiete sind Arbeits-
und Sicherhitsschuhe.
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Die
der Erfindung zugrunde liegenden Funktionsprinzipien sind in 1 schematisch
dargestellt. Sie zeigt eine Untersicht einer Sohle eines Stollenschuhs
mit mehreren asymmetrischen Stollen 200. Unter einem asymmetrischen
Stollen wird ein Stollen verstanden, der insbesondere nicht rotationssymmetrisch
ist. Dennoch kann ein asymmetrischer Stollen noch einzelne Symmetrieachsen
aufweisen, zum Beispiel eine Spiegelsymmetrieachse entlang einer Längsachse.
Der in 1 dar gestellte asymmetrische Stollen 200 ist
länglich und bietet einen erhöhten Widerstand
gegen drehende Bewegungen der Sohle, wenn sich der Stollen im Boden
befindet. Um eine Dämpfung der dadurch entstehenden drehenden
Bodenreaktionskräfte zu ermöglichen, kann der Stollen 200 gegenüber
der Sohle Rotationsbewegungen durchführen, wie im rechten
Teil von 1 durch Pfeile angedeutet. Die
Rotationsbewegungen erfolgen gegenüber einer Fläche,
die durch die Sohle bestimmt wird. Die Rotationsachse steht im Wesentlichen
senkrecht zu der Fläche der Sohle. Unter einer Rotationsbewegung
wird nicht nur eine reine Drehung verstanden, sondern auch eine
Drehung zusammen mit einer linearen Verschiebung, wie im Folgenden
beschrieben.
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Darüber
hinaus ermöglicht der Stollen 200 auch Translationsbewegungen
gegenüber der Fläche der Sohle, wie im linken
Teil von 1 durch Pfeile angedeutet. Damit
können Bodenreaktionskräfte gedämpft
werden, die beim Eindringen des Stollens 200 in den Boden
aus geradlinigen Bewegungen entstehen.
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Die
in 1 beschriebenen Funktionsprinzipien von Translations-
und/oder Rotationsbewegungen eines asymmetrischen Stollens können
auf verschiedene Weisen realisiert werden, von denen einige im Folgenden
beschrieben werden.
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Eine
gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform eines asymmetrischen
Stollens, der solche Rotations- und/oder Translationsbewegungen
durchführen kann, ist in 2 dargestellt.
Insbesondere zeigt die Figur eine perspektivische Ansicht einer
Sohle 100 eines Stollenschuhs mit mehreren asymmetrischen
Stollen 200, wobei ein Stollen 200 im Längsschnitt
dargestellt ist.
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Wie
in dem Längsschnitt des Stollens 200 in 2 zu
erkennen, weist der Stollen 200 einen Stollenkörper 210 auf,
der eine asymmetrische Form hat. Der Stollenkörper 210 kann
Kunststoffmaterial wie etwa TPU (Thermoplastische Elastomere), vorzugsweise
für einen harten Boden, oder auch Metall oder Keramik,
vorzugsweise für einen weichen Boden, aufweisen. Im Inneren
des Stollenkörpers 210 ist eine erste Befestigungsvorrichtung 220 angeordnet, das
sich über den unteren Rand des Stollenkörpers 210 hinaus
erstreckt.
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Stollen
kann aus TPUs unterschiedlicher Härten hergestellt werden.
TPU-Mischungen mit einem hohen Gummianteil werden für das
Dämpfungselement verwendet. Um eine bessere Gleitfähigkeit zu
erzeugen, können die Flächen und die Abdeckplatte 250 entweder
mit Teflon beschichtet werden oder Teflon (PTFE) dem TPU beigemischt
werden. Durch Mehrkomponentenspritzguss kann ein Verbund zwischen
den einzelnen Teilen erreicht werden. Eine zweiteilige Befestigungsvorrichtung 220, 240 wird
vorzugsweise aus Metall hergestellt, da dadurch eine höhere
Stollenstabilität und eine bessere Verankerung zwischen
den Befestigungsvorrichtungen 220, 240 gewährleistet
ist (siehe konische Form von Befestigungsvorrichtung 220).
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2 zeigt
weiterhin eine zweite Fläche 230, die sich im
Wesentlichen parallel zur Sohle 100 erstreckt. Die zweite
Fläche 230 ist mit einer zweiten Befestigungsvorrichtung 240 verbunden,
welche die erste Befestigunsvorrichtung 220 umschließt.
Beide Befestigungsvorrichtungen 220, 240 bilden
eine schlüssige, feste Verbindung und erlauben eine einfache
Montage der zweiten Fläche 230 an dem Stollenkörper 210.
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2 zeigt
auch, dass der untere Rand des Stollenkörpers 210 und
die zweite Fläche 230 eine erste Fläche 130 einschließen,
die mit der Sohle 100 verbunden ist. Der Stollen 200 hintergreift
mit seiner zweiten Fläche 230 die erste Fläche 130 und
erlaubt damit eine besonders stabile Befestigung des Stollens 200 an
der Sohle 100. Außerdem kann sich der Stollen 200 durch
diese Anordnung gegenüber einer Fläche bewegen,
die durch die erste Fläche 130 zusammen mit der
zweiten Fläche 230 bestimmt wird.
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In
der in 2 gezeigten Ausführungsform hintergreift
der Stollen 200 die erste Fläche 130,
indem sich die erste Befestigungsvorrichtung 220 und die
zweite Be festigungsvorrichtung 240 durch eine Aussparung 131 in
der ersten Fläche 130 hindurch erstrecken. Dies
führt zu einer mechanisch stabilen Befestigung des Stollens 200 an
der Sohle 100.
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In
alternativen Ausführungsformen (nicht gezeigt) hintergreift
der Stollen die erste Fläche auf andere Weise, zum Beispiel
durch ein alternatives Verbindungselement zur Verbindung des Stollenkörpers mit
der zweiten Fläche, wobei das alternative Verbindungselement
die erste Fläche teilweise umschließt. In weiteren
nicht dargestellten Ausführungsformen kann die zweite Fläche
zwischen der ersten Fläche und dem Stollenkörper
angeordnet sein, wobei die zweite Fläche durch geeignete
Befestigungsmittel beweglich angeordnet ist. Denkbare Mittel sind
zum Beispiel eine magnetische Verbindung der beiden Flächen,
die eine horizontale Verschiebung erlaubt, nicht aber eine vertikale
Entfernung. Weiterhin könnten Rastmechanismen oder eine
Art Spreizdübel, mit dem eine Fläche durchgriffen
wird, eingesetzt werden.
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Wieder
Bezug nehmend auf 2 werden die Bewegungsmöglichkeiten
des Stollens 200 durch den Abstand 260 zwischen
der zweiten Befestigungsvorrichtung 240 und der ersten
Fläche 130 bestimmt. Alternativ können
die Bewegungsmöglichkeiten des Stollens 200 auch
durch den Abstand 270 zwischen der zweiten Fläche 230 und
der Sohle 100 bestimmt werden.
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Mit
anderen Worten werden die Bewegungsmöglichkeiten des Stollens 200 durch
die unterschiedlichen Formen der Aussparung 131 der ersten Fläche 130 und
der Befestigungsvorrichtung 240 (d. h., durch den Querschnitt
der Befestigungsvorrichtung 240 auf der Höhe der
ersten Fläche 130) festgelegt. In einem Ausführungsbeispiel
weisen die Aussparung 131 und ein Querschnitt der zweiten
Befestigungsvorrichtung 240 eine längliche Form
auf. Damit kann die Rotationsbewegung des Stollens 200 eingeschränkt
werden. Eine Kreisform des Querschnitts der zweiten Befestigungsvorrichtung 240 würde
dagegen die Rotationsbewegung des Stollens 200 nicht einschränken.
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Die
beschriebenen Anordnungen erlauben nicht nur Translationsbewegungen,
also geradlinige Bewegungen, des Stollens 200 in zwei unabhängigen
Dimensionen, sondern insbesondere auch Rotationsbewegungen, wobei
die Drehachse der Rotationsbewegungen im Wesentlichen senkrecht
zur Sohle 100 verläuft.
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In
dem Ausführungsbeispiel von 2 sind die
erste Fläche 130 und die zweite Fläche 230 eben und
führen damit zu einer entsprechenden Bewegung des Stollens 200 in
einer Ebene. In anderen Ausführungsformen (nicht dargestellt),
sind die erste Fläche und die zweite Fläche gekrümmt
und führen zu einer entsprechend gekrümmten Bewegung
des Stollens. Die Bewegung des Stollens folgt dieser gekrümmten
Oberfläche und erlaubt damit eine Anpassung an komplexere
Bewegungsabläufe, die zum Beispiel auch ein Kippen des
Stollenschuhs gegenüber dem Boden und ein entsprechendes
Kippen des Stollens umfassen. Dabei bleibt der Stollen im Wesentlichen
senkrecht zum Boden und bietet damit optimale Bodenhaftung. Weiterhin
ermöglichen gekrümmte Flächen eine Anpassung
der Bewegung des Stollens an eine gewölbte Sohle, so dass
auch ein verschobener Stollen seine vertikale Orientierung zur Sohle
beibehält. Dies unterstützt die vorteilhafte Wirkung
einer gewölbten Sohle, die ein leichteres Abrollen des
Fußes beim Laufen ermöglicht.
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In
den beschriebenen Ausführungsformen gleitet die erste Fläche 130 auf
der zweiten Fläche 230, und ebenso gleitet die
der zweiten Fläche 230 zugewandte Seite des Stollenkörpers 210 auf
der zweiten Fläche 230. In alternativen Ausführungsformen
(nicht dargestellt) wird diese Bewegung durch andere Mittel ermöglicht,
zum Beispiel durch Kugellager. Sie kann auch durch weitere Mittel
etwa eine Teflonbeschichtung unterstützt werden.
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Weiterhin
zeigt 2 ein Dämpfungselement 300,
das den Stollenkörper 210 mit der Sohle 100 verbindet.
Dazu weist das Dämpfungselement 300 eine umlaufende
erste Nut 310 auf, in die ein korrespondierender Vorsprung 211 des
Stollenkör pers 210 eingreift. Der Stollen 200 wird
dadurch in einer Ausgangsposition gehalten. Um elastische Bewegungen
des Stollens 200 zu ermöglichen und eine Rückstellkraft
in die Ausgangsposition bereitzustellen, ist das Dämpfungselement 300 vorzugsweise aus
einem elastischen Kunststoffmaterial hergestellt. Eine umlaufende
zweite Nut 330 kann bei Bewegungen des Stollens 200 zusammengedrückt
werden und bietet damit zusätzlichen Bewegungsspielraum.
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Die
Festlegung einer Ausgangsposition bietet auch Möglichkeiten
für spezifische Einschränkungen der Bewegung des
Stollens 200. Wie oben beschrieben, bestimmt der Abstand 260 zwischen
einem Rand der ersten Fläche 130 und der zweiten
Befestigungsvorrichtung 240 den Bewegungsspielraum des
Stollens 200. Indem nun eine Ausgangsposition des Stollens 200 so
eingestellt wird, dass der Stollen 200 an einem Punkt die
erste Fläche 130 berührt, ist eine Bewegung
des Stollens 200 in einer bestimmten Richtung (senkrecht
zum Rand der ersten Fläche 130 an diesem Berührungspunkt)
gesperrt.
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Damit
kann zum Beispiel eine unerwünschte Translationsbewegung
des Stollens 200 in Laufrichtung blockiert werden, die
zu einer Dämpfung der Beschleunigungskräfte bei
einem schnellen Sprint führen würde. In der Ausführungsform
von 2 könnte dies erreicht werden, indem
der Abstand 261 (auf der Seite des Stollenkörpers 210 in
Laufrichtung) zu Null gemacht würde. Dies würde
eine Verschiebung des Stollens 200 gegenüber der
Sohle 100 in Laufrichtung verhindern.
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Weiterhin
zeigt 2, dass das Dämpfungselement 300 auf
der Außenseite der ersten Fläche 130 angeordnet
ist. Dies ermöglicht nicht nur eine einfache, modulare
Montage eines Stollenschuhs. Insbesondere zusammen mit der Anordnung
des Dämpfungselements 300 zwischen Sohle 100 und Stollen 200 kann
das Dämpfungselement 300 eine weitere wichtige
Funktion als Abdichtung erfüllen. Damit wird das Eindringen
von Feuchtigkeit und Schmutz in die Bewegungsbereiche an der Unterseite
des Stollenkörpers 210, der ersten Fläche 130 und der zweiten
Fläche 230 vermieden. Dies ist notwendig, damit
der Stollen 200 beweglich bleibt. Vorzugsweise ist das
Dämpfungselement 300 am Rand der ersten Fläche 130 angeordnet.
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Schließlich
zeigt 2 auch eine Abdeckplatte 150, die den
Stollen 200 gegenüber der Innenseite der Sohle 100 abschließt.
Unter der Innenseite der Sohle 100 wird die dem Fuß des
Trägers des Stollenschuhs zugewandte Seite verstanden.
Auch an der Abdeckplatte 150 ist es wichtig, das Eindringen
von Feuchtigkeit und Schmutz zu verhindern, um die Beweglichkeit
des Stollens 200 zu gewährleisten.
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In
der in 2 gezeigten Ausführungsform ruht das
Dämpfungselement 300 direkt auf der ersten Fläche 130.
In einer alternativen Ausführungsform (in 2 nicht
dargestellt, siehe jedoch 5) ist zwischen
dem Dämpfungselement 300 und der ersten Fläche 130 ein
Abstand, so dass die Unterseite 221 des Stollenkörpers 200 nicht
mehr auf der ersten Fläche 130 aufliegt. Dies
ermöglicht es, dass der Stollen 200 sich auch
senkrecht zur Sohle 100 bis zur Größe des
Abstands elastisch bewegen kann.
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3 zeigt
eine weitere schematische Darstellung der Ausführungsform
aus 2, wobei der gezeigte Querschnitt des Stollens 200 senkrecht
zu dem von 2 liegt. In der Figur erkennt
man wieder die Sohle 100, die Abdeckplatte 150 und
den Stollen 200 mit dem Stollenkörper 210,
der ersten Befestigungsvorrichtung 220, der zweiten Befestigungsvorrichtung 240 und
der zweiten Fläche 230. Weiterhin zeigt 3 auch
die erste Fläche 130 mit der Aussparung 131,
durch die sich die zweite Befestigungsvorrichtung 240 erstreckt.
Auf der Außenseite der ersten Fläche 130 ist
das Dämpfungselement 300 mit der ersten Nut 310 zur
Aufnahme des entsprechenden Vorsprungs 211 des Stollenkörpers 210 sowie die
zweite Nut 330 angeordnet.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht von Details einer Ausführungsform
eines Stollens 200, wobei der Stollen 200 teilweise
aufgeschnitten ist. Zu erkennen ist die Sohle 100, das
Dämpfungselement 300 und der Stollen 200 mit
dem Stollenkörper 210, der ersten Befestigungsvorrichtung 220,
der zweiten Befestigungsvorrichtung 240 und der zweiten
Fläche 230. Die Figur verdeutlicht eine längliche
ovale Form der zweiten Fläche 230, die sich in
dem nicht sichtbaren Teil verbreitert.
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5 ist
eine weitere perspektivische Ansicht des Stollens 200 aus 4 aus
einem anderen Blickwinkel. Sie zeigt wieder die Sohle 100,
das Dämpfungselement 300 und den Stollen 200 mit
dem Stollenkörper 210, der ersten Befestigungsvorrichtung 220,
der zweiten Befestigungsvorrichtung 240 und der zweiten
Fläche 230. Außerdem zeigt 5 die
erste Fläche 130 im Querschnitt. Zur Verdeutlichung
der einzelnen Elemente liegt die zweite Fläche 230 nicht
auf der ersten Fläche 130, wie dies in einem endgültig
montierten Zustand der Fall ist. Wie außerdem gut zu erkennen
ist, besteht in diesem Ausführungsbeispiel ein Abstand
zwischen der ersten Fläche 130 und der Unterseite 221 des
Stollenkörpers 210. Dies ermöglicht,
wie auch schon oben beschrieben, elastische Bewegungen des Stollens 200 senkrecht
zur Sohle 100 bis zur Größe dieses Abstands.
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6 ist
eine Explosionsansicht von Teilen einer Ausführungsform
eines Stollenschuhs mit einem Stollen 200. Sie zeigt eine
Sohle 100, einen Stollen 200 mit einem Stollenkörper 210,
einer ersten Befestigungsvorrichtung 220, einer zweiten
Befestigungsvorrichtung 240 und einer zweiten Fläche 230, einem
Dämpfungselement 300, einer ersten Fläche 130 und
einer Abdeckplatte 150. Sie verdeutlicht zudem ein Beispiel
einer Aussparung 131 der ersten Flächen 130 als
im Wesentlichen rechteckige Form mit halbkreisförmigen
Enden. Die Form der Abdeckplatte 150 ist ein längliches
Oval, das jedoch an einem Ende deutlich breiter als am anderen Ende
ist. Diese Form entspricht im Wesentlichen der Form der ersten Fläche 130 und
der zweiten Fläche 230. Andere Ausführungsformen
weichen von diesen spezifischen Formen ab und führen damit
auch zu anderen Einschränkungen der Bewegungsmöglichkeiten
des Stollens 200.
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7 zeigt
Schritte bei der Herstellung einer gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsform eines Stollenschuhs mit einem Stollen 200.
In einem ersten Schritt 710 werden die Sohle 100,
die erste Fläche 130 und das Dämpfungselement 300 montiert.
Es folgt im zweiten Schritt 720 die Verbindung des Stollenkörpers 210 mit
dem Dämpfungselement 300, wobei der Stollenkörper 210 bereits
mit der ersten Befestigungsvorrichtung 220 verbunden ist.
Die Ansicht 730 zeigt dieses Stadium von der anderen Seite
der Sohle 100, wobei die erste Befestigungsvorrichtung 220 zu
erkennen ist. Im Schritt 740 wird die zweite Befestigungsvorrichtung 240 über
die erste Befestigungsvorrichtung 220 (nicht mehr sichtbar)
geschoben. Durch die leicht konische Form der ersten Befestigungsvorrichtung 220 „verklemmt” sich
diese in die zweite Befestigungsvorrichtung 240. Schließlich wird
bei Schritt 750 die Abdeckplatte 250 montiert.
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In
einem alternativen Herstellungsverfahren wird die Sohle mit Stollen
zumindest teilweise durch Mehrkomponenten-Spritzguss in einer Form
hergestellt. Zumindest Sohle, Stollenkörper, Dämpfungselement
und erste Fläche können durch Mehrkomponenten-Spritzguss
hergestellt werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Stollen
für einen Stollenschuh mit einer Stollenaufnahme, wobei
der Stollen aufgrund seiner asymmetrischen Form geeignet ist, Drehbewegungen
des Stollenschuhs relativ zu einer Bodenoberfläche einen
Widerstand entgegenzusetzen. Der Stollen weist eine Befestigungsvorrichtung auf,
an der eine zweite Fläche befestigt werden kann, wobei
die zweite Fläche ausgebildet ist, um eine Translations-
und/oder eine Rotationsbewegung gegenüber der ersten Fläche
zu ermöglichen. In einer Ausführungsform kann
zweite Fläche lösbar an der Befestigungsvorrichtung
befestigt werden.
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In
diesen Ausführungsformen kann der Stollen nachträglich
mit dem Stollenschuh verbunden werden, zum Beispiel durch einen
Vorsprung des Stollenkörpers mit einer Nut des Dämpfungselements
oder die umgekehrte Anordnung oder durch andere geeignete Verbindungsmöglichkeiten.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen
Stollen für einen Stollenschuh, wobei der Stollen aufgrund
seiner asymmetrischen Form geeignet ist, Drehbewegungen des Stollenschuhs
relativ zu einer Bodenoberfläche einen Widerstand entgegenzusetzen.
Der Stollen weist eine erste Fläche zur Befestigung an
dem Stollenschuh sowie eine zweite Fläche auf. Die zweite
Fläche kann eine Translations- und/oder eine Rotationsbewegung gegenüber
der ersten Fläche durchführen.
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Ein
solcher Stollen ist dazu geeignet, mit Hilfe geeigneter Mittel nachträglich
mit einer Sohle verbunden zu werden. Zum Beispiel könnte
die Sohle eine Aussparung aufweisen, in der der Stollen verclipst
oder anders zuverlässig befestigt wird. Auf diese Weise
kann die Herstellung eines Stollenschuhs mit einer Sohle und die
Herstellung des beweglichen Stollens vorteilhaft im Sinne einer
modularen Herstellung getrennt werden.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung, der auch unabhängig von
den vorangegangen Ausführungsbeispielen angewandt werden
kann, betrifft einen Stollenschuh mit einem Stollen sowie einen
Stollen für einen Stollenschuh, wobei der Stollen jedoch
rotationssymmetrisch ist. Der Stollen ist so an dem Stollenschuh
befestigt, dass er gegenüber einer durch eine Sohle bestimmten
ersten Fläche eine Translationsbewegung durchführen
kann. Solche Translationsbewegungen des Stollens bieten Schutz gegen
geradlinige Bodenreaktionskräffte. Außerdem bieten
Translationsbewegungen des Stollens einen teilweisen Schutz gegen
drehende Bodenreaktionskräfte, deren Rotationsachse außerhalb
einer Drehachse des Stollens liegt, genauer gesagt gegen den linearen
Anteil dieser Kräfte. Damit bietet der Stollenschuh gute
Bodenhaftung bei verschiedensten Bewegungen. Die Beweglichkeit des
Stollens gegenüber der ersten Fläche kann auf
verschiedene Weisen realisiert werden, die im Vorangegangenen beschieben
wurden.
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Die
Anmelderin hat in ihren Laboren Versuche durchgeführt,
um die Zeckmäßigkeit der hier beschriebenen Erfindung
zu demonstrieren. Dabei wurden die Kräfte gemessen, die
für verschiedene Auslenkung eines hier beschriebenen Stollens
notwendig sind. Diese Kräfte wurden mit denen verglichen, die
zur Auslenkung eines üblichen, fixierten Stollens notwendig
sind; auch bei diesen Stollen ist nämlich eine Auslenkung
nur aufgrund der Elastizität der verwendeten Materialien
möglich. Ein solcher Vergleich ist in 8 dargestellt,
wobei die Kurve 810 eine Messung für einen beweglichen
Stollen entsprechend der Erfindung und die Kurve 820 eine
Messung für einen üblichen, fixierten Stollen
darstellt. Aus den beiden Messkurven ist zu erkennen, dass der bewegliche
Stollen bei gleicher ausgeübter Kraft (Y-Achse) eine um
25% größere Auslenkung (X-Achse) aufweist. Dies
bedeutet eine entsprechend größere Dämpfung
der Bodenreaktionskräfte, da für eine Abbremsung
entsprechend mehr Weg und damit Zeit zur Verfügung steht.
Die Bodenreaktionskräfte, die einer Impulsänderung
pro Zeit entsprechen, werden daher im selben Maße verringert.
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Die
Dämpfungseigenschaften können durch die Größe/Form
der Ausnehmung und/oder der Wahl der Materialen beeinflusst und
eingestellt werden. Bei zu großer Dämpfung (z.
B. sehr weichen Materialen) stellt sich allerdings ein schlechtes
Laufgefühl ein. Eine Erhöhung der Auslenkung um
25% hat sich als optimal herausgestellt – ausreichende
Dämpfung und gutes Laufgefühl.
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Wie
die Messkurve 810 des beweglichen Stollens zeigt, übt
das Dämpfungselement beispielweise bei einer Auslenkung
von 4 mm eine Rückstellkraft von 300 N aus. Dies entspricht
einer Federkonstante von etwa 75 N/mm, d. h., dass das Dämpfungselement
bei einer bestimmten Auslenkung eine entsprechende Rückstellkraft
ausübt. Eine bevorzugte Federkonstante für dieses
Ausführungsbeispiel liegt im Bereich von 60 bis 90 N/mm.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 2313646 [0005, 0014]
- - DE 4123302 [0006]
- - EP 0356637 A1 [0007]
- - DE 19850449 B4 [0009]
- - US 5377431 [0011, 0014]
- - US 5505012 [0011, 0014]
- - US 5617653 [0011]
- - US 5361518 [0012]