DE102018118609A1

DE102018118609A1 - Vorrichtung zur Unterstützung der physiologischen Fußeigenschaften während der Fortbewegung und während statischer Bedingungen

Info

Publication number: DE102018118609A1
Application number: DE102018118609.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Stief; Tino Sprekelmeyer
Original assignee: Ts 2 GmbH
Current assignee: Ts 2 GmbH
Priority date: 2018-08-01
Filing date: 2018-08-01
Publication date: 2020-02-06
Also published as: JP7169728B2; US20210289885A1; WO2020025467A1; CN112888335B; CN112888335A; EP3829379A1; JP2021534935A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Unterstützung des menschlichen Fußes, wobei die Vorrichtung eine erste Schicht umfasst, die zumindest in einem mittleren Bereich der Vorrichtung einen Bogen bildet, und eine zweite Schicht, die in einem ersten Endbereich der Vorrichtung und in einem zweiten Endbereich der Vorrichtung mit der ersten Schicht verbunden ist, wobei die Vorrichtung zumindest ein Umlenkelement umfasst, wobei die zweite Schicht ausgebildet ist, eine bei dorsaler Flexion der Vorrichtung im zweiten Endbereich wirkende Spannung über das zumindest eine Umlenkelement so auf die erste Schicht im ersten Endbereich zu übertragen, dass die dorsale Flexion zu einer Vergrößerung einer Höhe des durch die erste Schicht gebildeten Bogens führt, wobei das zumindest eine Umlenkelement zumindest teilweise zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordnet ist, so dass die erste Schicht und die zweite Schicht einen durch das zumindest eine Umlenkelement vorgegebenen Abstand voneinander aufweisen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Unterstützung der physiologischen Fußeigenschaften wie eine Einlegesohle oder eine fest in oder an einem Schuh angeordnete Vorrichtung.
Technischer Hintergrund
Menschliche Füße stellen über ihren Aufbau aus Knochen, Muskeln, Sehnen und Bandstrukturen einerseits flexible Einheiten dar, die eine stabile aufrechte Haltung des gesamten Körpers durch eine möglichst optimale Anpassungsfähigkeit der Füße an unterschiedlichste Untergrundbedingungen ermöglichen und die auch als Stoßdämpfer dienen, um den gesamten Körper während der Fortbewegung zu entlasten. Andererseits dienen die Füße als Hebel für den Vortrieb beim Gehen. Um dies zu gewährleisten, muss v.a. der Mittel- und Rückfußbereich eine stabile Konfiguration einnehmen.
Eine Störung dieses Wechselspiels aus Flexibilität und Stabilität der Füße kann zu Beschwerden an den Füßen aber auch am gesamten Körper führen. Um solche Beschwerden zu behandeln, werden u.a. Vorrichtungen wie orthopädische Einlagen oder andere Einlegesohlen genutzt, die (herausnehmbar) in Schuhen angeordnet werden können, und die z.B. entlastende, stützende, führende oder stimulierende Eigenschaften haben. Solche Vorrichtungen können auch zur Unterstützung der Fußfunktionen bei sportlichen Aktivitäten vorgesehen sein.
Ein Beispiel einer Vorrichtung zur Unterstützung der Füße, die fest außen an Schuhen als Sohle angeordnet werden kann, ist in EP 2 822 414 B1 offenbart. Darin wird ein Sportschuh offenbart, der einen Fuß in verschiedenen Phasen beim Laufen unterstützen soll. Der Schuh umfasst eine Sohle, in welcher ein elastisches Band geführt wird. Das elastische Band dient dazu, die Sohle geeignet zu formen, wenn die Sohle nicht belastet wird.
Insbesondere beim Gehen, Laufen und Springen nutzen die Füße den sogenannten Windlass Mechanismus. Hierbei werden die Mittelfußregion und Teile der Rückfußregion als Resultat einer Überstreckung der Zehen (nach oben) u.a. beim Stehen auf dem Vorfuß und eine dadurch erfolgende Anspannung der Sehnen der an der Fußsohlenseite liegenden Zehenbeugemuskulatur angehoben und dreidimensional aufgespannt und eine stabile Hebelkonfiguration aus der Verriegelung der Mittel- und Rückfußknochen erzeugt. Unterstützt wird der Windlass Mechanismus durch in die Sehnen eingelagerte knöcherne Strukturen, die sogenannten Sesambeine. Die Sesambeine gewährleisten einen zusätzlichen Abstand von Sehne und Knochen und verstärken somit das beschriebene Anheben der Mittel- und Rückfußregion.
Analog dem Anspannen einer Sehne eines Bogens wird beim Anspannen der Sehnen der Fußsohlenseite Verformungsenergie gespeichert (Bogen-Sehne-Modell). Diese Energie steht für die weitere Fortbewegung zur Verfügung. Insbesondere wird diese Energie in Beschleunigungsarbeit gewandelt, die z. B. beim Gehen, Laufen und/oder Springen für ein effizientes und schnelles Abheben des Fußes und des gesamten Körpers genutzt wird.
Um die Funktionen der beschriebenen Mechanismen zu gewährleisten, müssen aber insbesondere Muskeln und Sehnen des Fußes ausreichende physiologische Steifigkeiten, Elastizitäten und physiologische Längenverhältnisse aufweisen. Bei zahlreichen Fußerkrankungen sind diese Eigenschaften allerdings nicht mehr vorhanden, so dass das beschriebene Wechselspiel zwischen Flexibilität und Stabilität der Füße nicht mehr gegeben ist.
Angesichts dessen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Unterstützung der menschlichen Fußfunktionen bereitzustellen, die fest oder herausnehmbar in einem Schuh angeordnet werden kann, und die das Wechselspiel zwischen Flexibilität und Stabilität der Füße und eine energieeffiziente Fortbewegung aktiv unterstützen kann. Dabei soll eine möglichst natürliche aktive Unterstützung der dynamischen Fußfunktionen gewährleistet werden. Es ist dabei insbesondere eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Unterstützung des menschlichen Fußes bereitzustellen, die die beschriebene Hebelfunktion des Rück- und Mittelfußes durch Verriegelung der Gelenke, das bogenförmige Aufspannen des Mittelfußbereiches und von Teilen des Rückfußes und das energieeffiziente Abheben der Füße unterstützten oder sogar ersetzten kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese und andere Aufgaben werden durch eine Vorrichtung zur Unterstützung des menschlichen Fußes gemäß Anspruch 1 und durch einen Schuh gemäß Anspruch 18 gelöst.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Unterstützung des menschlichen Fußes und seiner Funktionen, insbesondere während des Gangzyklus, bereit, die vorzugsweise in einem Schuh fest oder herausnehmbar angeordnet werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung eine Einlegesohle beispielsweise für einen Sport- und/oder Alltagsschuh. Insbesondere in diesem Fall kann die Vorrichtung herausnehmbar im Schuh angeordnet werden. Die Vorrichtung kann in einer anderen Ausführungsform als Bestandteil eines Schuhs ausgebildet sein. Entlang einer Längsachse, die einer Längsachse eines Schuhs entspricht, kann die Vorrichtung einem menschlichen Fuß entsprechend in eine Fersenregion (einen ersten Endbereich), eine Mittelfußregion (einen mittleren Bereich) und eine Vorfußregion (einen zweiten Endbereich) eingeteilt werden. Diese Regionen entsprechen jeweiligen Regionen eines Fußes, wenn die Vorrichtung in einem Schuh angeordnet ist, oder als Teil eines Schuhs ausgebildet ist.
Die Vorrichtung umfasst weiter zumindest eine erste Schicht, die zumindest im Bereich der Mittelfußregion (im mittleren Bereich) einen vorzugsweise konvexen Bogen bildet, bzw. vorzugsweise dreidimensional aufgespannt ist. Die erste Schicht kann beispielsweise eine flächige Struktur sein, die vorzugsweise im Umriss einer Innenform eines Schuhs angepasst ist. Die erste Schicht hat somit vorzugsweise eine Umrissform, die einer Schuheinlage oder Schuheinlegesohle entspricht. Gegebenenfalls können mehrere erste Schichten vorgesehen sein. Beispielsweise können mehrere erste Schichten entlang der Längsachse nebeneinander angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ können mehrere, übereinander angeordnete erste Schichten, beispielsweise im Verbund, vorgesehen sein. Eine erste Schicht kann als dreidimensionaler Körper eine innere Struktur, beispielsweise Hohlräume, Teilschichten und/oder geeignete Füllmaterialien aufweisen.
Vorzugsweise erstreckt sich der von der ersten Schicht gebildete Bogen schon aus der Fersenregion (dem ersten Endbereich) der Vorrichtung in die Mittelfußregion (den mittleren Bereich) der Vorrichtung hinein. Die erste Schicht bildet mit anderen Worten vorzugsweise eine zumindest teilweise dreidimensional konvexe Fläche, bei der eine Bogenhöhe vorzugsweise an einen entsprechenden Verlauf einer Sohle des menschlichen Fußes geeignet angepasst ist. In Teilbereichen kann die erste Schicht aber auch eine andere geeignete, dem menschlichen Fuß angepasste Form haben. Beispielsweise kann die erste Schicht in der Fersenregion (im ersten Endbereich) und in der äußeren Mittelfußregion (einem äußeren Teil des mittleren Bereichs) konkav ausgeformt sein. Die Vorrichtung kann somit in ihren Bereichen an entsprechende Bereiche des menschlichen Fußes angepasst sein, was dazu beiträgt, Funktionen des menschlichen Fußes möglichst naturgetreu zu unterstützen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Schicht zumindest teilweise oder bereichsweise mit einem strukturierten Füllmaterial gefüllt. Das Füllmaterial kann beispielsweise Trabekel aufweisen, d.h. bälkchenartige Strukturen, wie sie auch in menschlichen Organen vorkommen können. Eine solche strukturierte Füllung der ersten Schicht kann die Funktion der Vorrichtung die natürliche Funktion des Fußes, vorzugsweise den Windlass Effekt, unterstützen oder sogar ersetzen. Hierzu kann die Füllung in geeigneten Bereichen vorgesehen sein, die individuell an einen Fuß angepasst werden können. Hierbei kann in bevorzugten Ausführungsformen eine Homogenität der Füllung der ersten Schicht über das gesamte Volumen der ersten Schicht an eine gewünschte Anwendung angepasst sein. Um weiter die Flexibilität der ersten Schicht zu unterstützen, kann an geeigneten Stellen eine Materialreduktion vorgesehen sein, um in solchen Bereichen die Flexibilität gezielt zu erhöhen.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die erste Schicht eine Mehrzahl von Vertiefungen oder Öffnungen aufweisen, die vorzugsweise längsoval ausgebildet sind. In Falle der Öffnungen kann die erste Schicht vollständig durchbrochen sein, die Vertiefungen können aber auch nach Art einer Sackbohrung die erste Schicht nur teilweise durchdringen. Es können in bevorzugten Ausführungsformen auch Vertiefungen und Öffnungen vorgesehen sein. Diese Mehrzahl von Vertiefungen oder Öffnungen in der ersten Schicht kann eine Steuerung der Biege- und Torsionsflexibilität in verschiedenen Bereichen der ersten Schicht ermöglichen. Gleichzeitig kann die Mehrzahl von Vertiefungen oder Öffnungen eine Steigerung der Hautsekretion und der Luftzirkulation ermöglichen.
Um eine Bogenfunktion des oben beschriebenen Bogen-Sehne-Modells bereitstellen zu können, ist die erste Schicht vorzugsweise aus einem Material, das geeignet formstabil ist und/oder durch geeignet geformte (Stütz-)Elemente (zweite Umlenkelemente) Formstabilität erhält, um die Bogenform der ersten Schicht zu gewährleisten. Andererseits ist das Material vorzugsweise flexibel genug, um bei Biegung nach oben (dorsaler Flexion) der Vorfußregion ein Stauchen der ersten Schicht und eine damit einhergehende Vergrößerung der Bogenhöhe zu erlauben. Als geeignete Materialien für die formstabile Variante haben sich in bevorzugten Ausführungsformen die Materialien Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC), Polyamide (PA), Polyamid 11 (PA11), Polyamid 12 (PA12), Polylactide (PLA), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) und/oder Faserverbundstoffe wie Kevlar-, Carbon- oder Glasfaserverbundstoffe und diverse metallische Werkstoffe und andere additiv zu verarbeitende Materialien herausgestellt. Insbesondere aus diesen Materialien kann die erste Schicht so hergestellt werden, dass ein optimales Verhältnis von Schichtgewicht und Schichtfestigkeit erzielt werden kann.
Die Vorrichtung umfasst weiter eine zweite Schicht, die im Bereich der Fersenregion (im ersten Endbereich) und im Bereich der Vorfußregion (im zweiten Endbereich) mit der ersten Schicht vorzugsweise zugfest verbunden ist. Beispielsweise können die zweite Schicht und die erste Schicht hierzu in verschiedenen Ausführungsformen mit einer geeigneten Technik, lösbar, bedingt lösbar und nicht lösbar verbunden sein. Die erste Schicht und die zweite Schicht können in verschiedenen Ausführungsformen stoffschlüssig verbunden sein (beispielsweise verklebt, vernetzt, verschweißt, additiv verarbeitet, vulkanisiert oder gelötet). Die erste Schicht und die zweite Schicht können in verschiedenen Ausführungsformen auch formschlüssig verbunden sein, beispielsweise über eine Nut-Feder-Verbindung, eine Verzahnung oder eine Schwalbenschwanzverbindung. Die erste Schicht und die zweite Schicht können in verschiedenen Ausführungsformen kraftschlüssig, beispielsweise über eine Klettverschlussverbindung verbunden sein. Die erste Schicht und die zweite Schicht können vorzugsweise form- und kraftschlüssig, beispielsweise vernietet oder verschraubt, verbunden sein. Die erste Schicht und die zweite Schicht können in verschiedenen Ausführungsformen auch integral miteinander ausgebildet sein.
Die zweite Schicht ist vorzugsweise eine flächige Struktur, die vorzugsweise eine kleinere Fläche hat, als die erste Schicht. Wie im Fall der ersten Schicht können auch im Fall der zweiten Schicht gegebenenfalls mehrere zweite Schichten vorgesehen sein. Beispielsweise können mehrere zweite Schichten entlang der Längsachse nebeneinander angeordnet sein (mehrere Sehnen im Bogen-Sehne-Modell). Zusätzlich oder alternativ können mehrere, übereinander angeordnete zweite Schichten, beispielsweise im Verbund, vorgesehen sein. Auch eine zweite Schicht kann als dreidimensionaler Körper eine innere Struktur, beispielsweise Hohlräume, Teilschichten und/oder geeignete Füllmaterialien aufweisen. Die zweite Schicht ist vorzugsweise auf einer dem Bogen abgewandten Seite der ersten Schicht angeordnet. Mit anderen Worten ist die erste Schicht vorzugsweise eine obere Schicht und die zweite Schicht ist vorzugsweise eine untere Schicht, wenn die Vorrichtung in einem Schuh angeordnet ist oder als Teil eines Schuhs ausgebildet ist.
Um der Form einer Sohle eines menschlichen Fußes geeignet angepasst zu sein, kann die erste Schicht in einer bevorzugten Ausführungsform eine entsprechende Form eines dreidimensionalen Bogens bilden. Dazu kann in einer bevorzugten Ausführungsform die Höhe des Bogens vorzugsweise beidseitig lateral von einem Bereich größter Höhe abfallen. Die erste Schicht kann mit anderen Worten eine zumindest teilweise dreidimensional konvexe Fläche bilden, bei der eine Bogenhöhe an einen entsprechenden Verlauf der Sohle des menschlichen Fußes geeignet angepasst ist. Wie erwähnt kann die erste Schicht beispielsweise in einer seitlichen Mittelfußregion (einem seitlichen mittleren Bereich) einen dreidimensional konvexen, nach oben gewölbten Bogen bilden, kann aber in anderen Bereichen geeignete andere, dem menschlichen Fuß angepasste Formen haben. Beispielsweise kann die erste Schicht in einer Fersenregion (dem ersten Endbereich) und in einer äußeren Mittelfußregion (einem äußeren mittleren Bereich) konkav ausgeformt sein und so für die Vorrichtung vorteilhafte Effekte bieten.
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung zumindest ein Umlenkelement. Weiter erfindungsgemäß ist die zweite Schicht ausgebildet, bei Flexion der Vorrichtung im Bereich der Vorfußregion (im zweiten Endbereich) wirkende Spannungen (oder eine entsprechende entlang der zweiten Schicht wirkende Kraft) über das zumindest eine Umlenkelement so auf die erste Schicht im Bereich der Fersenregion (im ersten Endbereich) zu übertragen, dass die Flexion zu einer Vergrößerung einer Höhe des durch die erste Schicht gebildeten Bogens führt. Die Flexion ist dabei vorzugsweise eine dorsale Flexion. Wie der Fachmann versteht, entspricht eine dorsale Flexion der Vorrichtung einer zum Fußrücken hin nach oben gerichteten Flexion, wenn die Vorrichtung in einem Schuh verwendet wird.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung so ausgebildet, dass eine nach der dorsalen Flexion ausgeführte Rückführung des durch die erste Schicht gebildeten Bogens in eine Ausgangskonfiguration eine plantare (d.h. zur Fußsohle hin) Flexion der Vorfußregion (des zweiten Endbereichs) bewirkt. Mit anderen Worten ist die durch die dorsale Flexion der Vorrichtung im Bereich der Vorfußregion bewirkte Vergrößerung der Höhe des durch die erste Schicht gebildeten Bogens reversibel.
Die Vorrichtung ist somit in bevorzugten Ausführungsformen geeignet, den Fuß zumindest während des Gangzyklus aktiv zu unterstützen. Mit anderen Worten führt die dorsale Flexion der Vorrichtung im Bereich der Vorfußregion dazu, dass der durch die erste Schicht gebildete Bogen den Fuß aktiv nach oben drückt. Im Gegensatz beispielsweise zu herkömmlichen Einlagen beispielsweise im Sportbereich, die lediglich der Form der Sohle des menschlichen Fußes nachempfunden sind, und den Fuß dadurch passiv unterstützen, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung den Fuß beispielsweise während des Gangzyklus aktiv in seiner Bewegung unterstützen. Ebenfalls kann die Vorrichtung den Fuß bei anderen Aktivitäten, beispielsweise beim Springen oder Laufen unterstützen, so dass die Vorrichtung beispielsweise in Form einer Einlegesohle in jeglicher Art von Schuh, insbesondere auch in Alltagsschuhen oder Sportschuhen vorteilhaft verwendet werden kann. Die aktive Bewegung des durch die erste Schicht gebildeten Bogens (Bogenerhöhung bei dorsaler Flexion und Rückkehr in die Ausgangskonfiguration bei nachfolgender entgegengesetzter Flexion) unterstützt eine besonders naturgetreue Funktion der den menschlichen Fuß unterstützenden Vorrichtung.
Um dazu die Funktion einer Sehne im oben beschriebenen Bogen-Sehne-Modell geeignet bereitstellen zu können, ist die zweite Schicht vorzugsweise aus einem Material gefertigt, das insbesondere eine Festigkeit aufweist, die der Festigkeit der ersten Schicht entspricht, oder größer ist. Im Vergleich zur ersten Schicht dehnt sich die zweite Schicht vorzugsweise weniger unter Belastung. Die zweite Schicht sollte vorzugsweise ein möglichst gutes Verhältnis von Festigkeit und Gewicht aufweisen, was vorzugsweise neben einer Wahl eines geeigneten Materials über Formgebung erzielt werden kann. Als geeignete Materialien haben sich hierbei in bevorzugten Ausführungsformen zugfeste Kunststoffe wie Polyamid 11 (PA11), Polyamid 12 (PA12), Polyetheretherketon (PEEK), Polyvinylidenfluorid (PVDF) und/oder Faserverbundstoffe wie Kevlar-, Carbon- oder Glasfaserverbundstoffe herausgestellt.
Zudem ist die zweite Schicht vorzugsweise flächig ausgebildet, wobei vorzugsweise eine Breite (senkrecht zur Dicke und senkrecht zur Länge) der zweiten Schicht zumindest bereichsweise im Verhältnis zur Breite der ersten Schicht so eingestellt ist, dass die zweite Schicht einerseits breit genug ist, um auftretende Spannungen aufnehmen zu können, ohne dass das Material der zweiten Schicht überbeansprucht wird, und andererseits schmal genug ist, um eine Gewichtsreduktion zu erzielen. Mit anderen Worten kann über Formgebung und Materialauswahl sichergestellt werden, dass die zweite Schicht ausreichend fest ist, um auftretende Spannungen und Kräfte geeignet übertragen zu können.
Erfindungsgemäß ist das zumindest eine Umlenkelement zumindest teilweise zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordnet. Mit anderen Worten ist zumindest ein Teil des Umlenkelements zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordnet, so dass zumindest dieser Teil einen Abstand zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht bewirkt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zumindest eine Umlenkelement ein von den Schichten separates Element. Das zumindest eine Umlenkelement kann somit in bevorzugten Ausführungsformen ein dreidimensionaler solitärer Körper sein, der lose an der ersten und/oder zweiten Schicht platziert ist.
In anderen Ausführungsformen kann das zumindest eine Umlenkelement fest mit der ersten Schicht und/oder der zweiten Schicht verbunden sein. Dazu kann das zumindest eine Umlenkelement lösbar, bedingt lösbar oder nicht lösbar, vorzugsweise stoffschlüssig (beispielsweise verklebt, vernetzt, verschweißt, additiv verarbeitet, vulkanisiert, gelötet), formschlüssig (beispielsweise durch Nut-Feder-Verbindung, Verzahnung, Schwalbenschwanzverbindung), kraftschlüssig (beispielsweise durch Klettverschlussverbindung), oder form- und kraftschlüssig (beispielsweise vernietet, verschraubt) mit der ersten Schicht und/oder der zweiten Schicht verbunden sein. Das Umlenkelement kann in anderen bevorzugten Ausführungsformen mit der ersten und/oder zweiten Schicht integral ausgebildet sein.
Die Form des Umlenkelements ist vorzugsweise an eine Krümmung einer Sohle eines menschlichen Fußes angepasst und so gewählt, dass sie eine Hebelwirkung des Umlenkelements unterstützen kann. Mit anderen Worten ist die Form so gewählt, dass das zumindest eine Umlenkelement die oben beschriebenen bei dorsaler Flexion der Vorfußregion (dem zweiten Endbereich) auftretenden Spannungen geeignet übertragen kann, um so die Bogen-Sehne-Funktion der Vorrichtung zu unterstützen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die erste Schicht und/oder die zweite Schicht im Bereich des Umlenkelements eine Verdickung aufweisen, um so ein mechanisches Gegenlager zu bilden und zur Stabilisierung der Vorrichtung beizutragen.
Das Umlenkelement ist erfindungsgemäß so zumindest teilweise zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordnet, dass die erste Schicht und die zweite Schicht einen durch das zumindest eine Umlenkelement vorgegebenen Abstand voneinander aufweisen. Mit anderen Worten ist das zumindest eine Umlenkelement vorgesehen, einen erwünschten Abstand zwischen der ersten und der zweiten Schicht einzustellen. Hierbei kann dieser Abstand ein Minimalabstand zwischen den Schichten am Ort des zumindest einen Umlenkelements sein, der insbesondere im mittleren Bereich, in dem die erste Schicht den Bogen bildet, größer wird.
Das zumindest eine Umlenkelement, das vorzugsweise in einem Übergangsbereich zwischen Mittelfußregion (dem mittleren Bereich) und Vorfußregion (dem zweiten Endbereich) angeordnet ist, kann somit als Sesamelement bezeichnet werden. Die Wirkung des zumindest einen Umlenkelement ist vorzugsweise analog zur Wirkung eines Sesambeins, d.h. einem kleinen Knochen, der in eine Sehne eingelagert ist und einen zusätzlichen Abstand der Sehne zum Knochen bewirkt. Durch den vergrößerten Abstand entsteht beim Sesambein ein größerer Hebel für die Sehne, so dass eine geringere Kraft notwendig ist, um den mit der Sehne verbundenen Knochen zu bewegen. Analog dazu kann über das erfindungsgemäße zumindest eine Umlenkelement eine Hebelwirkung eingestellt werden, so dass die zweite Schicht bei dorsaler Flexion der Vorrichtung im Bereich der Vorfußregion auftretende Spannungen optimiert übertragen kann.
Der Abstand zwischen den Schichten, der durch das Umlenkelement vorgegeben wird, ermöglicht es eine Vergrößerung des durch die erste Schicht gebildeten Bogens bei dorsaler Flexion der Vorrichtung im zweiten Endbereich zu verstärken. Anders ausgedrückt kann die Einstellung des Abstands über eine geeignete Wahl der Dimension des Umlenkelements zum Einstellen der Bogenvergrößerung bei dorsaler Flexion der Vorrichtung verwendet werden. Die Vorrichtung kann so durch geeignete Anpassung des zumindest einen Umlenkelements individuell an einen Fuß und an gewünschte Anwendungen angepasst werden. Das zumindest eine Umlenkelement kann geeignet dimensioniert werden, es können in verschiedenen Ausführungsformen aber auch mehrere Umlenkelemente vorgesehen sein, die in Verteilung und Dimensionierung geeignet an eine Form einer menschlichen Fußsohle angepasst sind. Es können somit in einer bevorzugten Ausführungsform zumindest zwei Umlenkelemente, vorzugsweise unterschiedlicher Größe, beispielsweise unterschiedlicher Volumina, in einem Übergangsbereich zwischen Mittelfußregion (dem mittleren Bereich) und Vorfußregion (dem zweiten Endbereich) zumindest teilweise zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht, vorzugsweise im Wesentlichen entlang einer lateralen Breite der Vorrichtung, angeordnet sein.
Eine Einstellung der Bogenvergrößerung kann neben der Dimensionierung des zumindest einen Umlenkelements auch über eine Positionierung des Umlenkelements zwischen den Schichten erreicht werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Positionierung des zumindest einen Umlenkelements verwendet werden, um eine Unterstützung des Windlass Effekts zu optimieren. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zumindest eine Umlenkelement in einem Übergangsbereich zwischen Mittelfußregion (mittlerer Bereich) und Vorfußregion (zweiter Endbereich) zumindest teilweise zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordnet. Gerechnet von einem Anfang der Fersenregion (erster Endbereich) in Richtung der Vorfußregion (zweiter Endbereich) entlang der Längsachse kann das zumindest eine Umlenkelement vorzugsweise bei einer Distanz von diesem Anfang angeordnet sein, die etwa 45% bis 85% (mehr bevorzugt 50% bis 82%, noch mehr bevorzugt 60% bis 80%) der Gesamtlänge der Vorrichtung entspricht. Es hat sich herausgestellt, dass bei Anordnung des zumindest einen Umlenkelements in diesem Bereich der Vorrichtung der Windlass Effekt optimiert unterstützt werden kann, da die Position des zumindest einen Umlenkelementes in diesem Bereich einer Position der natürlichen Umlenkelemente, der Sesambeine, sehr gut nachempfunden ist. In diesem Bereich kann noch eine Anpassung der Position bei bestimmten Pathologien und/oder Kunden/Patienten möglich oder erforderlich sein.
Ein durch das zumindest eine Umlenkelement eingestellter Abstand zwischen der ersten und der zweiten Schicht am Ort des Umlenkelements kann vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 20 mm, weiter vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 10 mm, weiter vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 8 mm, und am meisten bevorzugt im Bereich von 1 bis 5 mm sein.
Mit anderen Worten ist das Umlenkelement so vorgesehen, dass bei einer Biegung der Vorrichtung im Bereich der Vorfußregion (im zweiten Endbereich) zum Fußrücken hin eine Spannung oder Kraft, die an der zweiten Schicht angreift, wie im oben beschriebenen Bogen-Sehne-Modell, die Höhe eines durch die erste Schicht gebildeten Bogens vergrößert, d.h. beispielsweise einen dreidimensionalen Bogen im Bereich der Mittelfußregion weiter nach oben wölbt.
Vorzugsweise ist das zumindest eine Umlenkelement entlang einer Breitenrichtung der Vorrichtung angeordnet. Das Umlenkelement kann eine elliptische Form entlang einer Querachse der Vorrichtung besitzen und einen im Wesentlichen runden Querschnitt haben, der vorzugsweise beidseitig lateral kleiner wird. Mit anderen Worten kann das zumindest eine Umlenkelement vorzugsweise der dreidimensional konvexen Fläche der ersten Schicht, und damit der menschlichen Fußsohle, geeignet angepasst sein, was eine den menschlichen Fuß unterstützende Funktion der Vorrichtung begünstigt. Vorzugsweise ist das Umlenkelement aus einem Material gefertigt, das auftretenden mechanischen Belastungen standhalten kann und die Biegeflexibilität der gesamten Vorrichtung möglichst nicht einschränkt. Das zumindest eine Umlenkelement ist dazu vorzugsweise druckstabil und biegeelastisch.
Zusätzlich oder alternativ zu dem zumindest einen Umlenkelement kann in bevorzugten Ausführungsformen ein Verbund aus einer Mehrzahl einzelner Umlenkkörper oder Stützelementen (zweiter Umlenkelemente) vorgesehen sein. Ein solcher Verbund aus zweiten Umlenkelementen kann die Funktion des beschriebenen zumindest einen Umlenkelements unterstützen oder verwirklichen. Hierbei sind die einzelnen Umlenkkörper (zweiten Umlenkelemente) aus dem Verbund vorzugweise elastisch. Die Umlenkkörper (zweiten Umlenkelemente) können die Form der ersten Schicht durch ihre Form und Anordnung unterstützen und auch die Wölbung der ersten Schicht bei der Biegung des Vorfußes nach oben begünstigen.
Das zumindest eine Umlenkelement und/oder die Umlenkelemente aus dem Verbund aus der Mehrzahl von Umlenkkörpern (zweiten Umlenkelementen) umfasst vorzugsweise ein Material wie beispielsweise ein festes Kunststoffmaterial wie Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC), Polyamid 11 (PA11), Polyamid 12 (PA12), Polylactide (PLA), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) und/oder einen Faserverbundstoff wie Kevlar-, Carbon- oder Glasfaserverbundstoffe. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das zumindest eine Umlenkelement und/oder die Umlenkkörper (zweiten Umlenkelemente) das gleiche Material wie die erste Schicht, oder besteht aus diesem Material.
Wie oben beschrieben ist das zumindest eine Umlenkelement erfindungsgemäß zumindest teilweise zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordnet, und gibt so einen vorbestimmten gewünschten Abstand zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht vor. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Schicht zwischen jeweiligen Verbindungsbereichen mit der ersten Schicht im Bereich der Vorfußregion (zweiter Endbereich) und im Bereich der Fersenregion (erster Endbereich) über das Umlenkelement gespannt. Vorzugsweise führt die Spannung dazu, dass ein durch die erste Schicht gebildeter Bogen (zumindest teil- und/oder bereichsweise) auch im belasteten Zustand (wenn ein Nutzer auf der im Schuh verwendeten Vorrichtung steht) erhalten bleibt. Insbesondere ist die Spannung vorzugsweise so, dass zumindest im Bereich der Mittelfußregion (mittlerer Bereich) der Bogen bestehen bleibt. Das zumindest eine Umlenkelement erlaubt vorzugsweise eine Relativbewegung der Schichten zueinander.
Mit anderen Worten ist die zweite Schicht vorzugsweise zwischen den Verbindungsbereichen mit der ersten Schicht über das Umlenkelement an der ersten Schicht so gespannt, wie eine Bogensehne an einem Bogen. Wird aufgrund dorsaler Flexion der Vorrichtung im Bereich der Vorfußregion (zweiter Endbereich) eine entsprechende Spannung oder Kraft über die zweite Schicht auf die erste Schicht im Bereich der Fersenregion (erster Endbereich) übertragen, und die erste Schicht dadurch weiter gebogen, und ihre entsprechende Bogenhöhe vergrößert, so wird Verformungsenergie gespeichert, die bei einem Zurückbiegen der Vorrichtung im Bereich der Vorfußregion (zweiter Endbereich) wieder frei wird.
Wie erwähnt kann die Vorrichtung in eine Fersenregion, eine Mittelfußregion und eine Vorfußregion eingeteilt werden. In verschiedenen Ausführungsformen entspricht der zweite Endbereich der Vorfußregion, der erste Endbereich der Fersenregion, und der mittlere Bereich der Mittelfußregion. Dabei beträgt in verschiedenen Ausführungsformen die Länge der Vorfußregion entlang einer Längsachse der Vorrichtung etwa 25% bis 45% einer Gesamtlänge der Vorrichtung, die entsprechende Länge der Fersenregion etwa 5% bis 25% der Gesamtlänge, und die entsprechende Länge der Mittelfußregion etwa 40% bis 60% der Gesamtlänge.
Die Vorrichtung ist so in der Lage sowohl den Windlass Effekt nachzuahmen, als auch den Federeffekt der Sehnen der Fußmuskulatur. Die Vorrichtung kann somit einen Fuß beim Gehen oder Laufen aktiv und in natürlicher Weise unterstützen. Durch die Vorrichtung können daher Fußpathologien, wie z. B. Senkfüße, Knick-Senkfüße, Spreizfüße und Hohlfüße, aktiv unterstützt und korrigiert werden. Die Vorrichtung kann alternativ oder zusätzlich auch verwendet werden, Füße bei diversen sportlichen Aktivitäten zu unterstützen.
Ein weiterer Effekt der Vorrichtung ist, dass diese außerdem schon während der frühen Standphasen z.B. beim Gehen, Laufen, Springen, etc. eine Stoßdämpfungsfunktion bewirken kann, eine Pronation zulässt, und Energie bis zum Ende des Bodenkontaktes speichern kann. Damit kann die Vorrichtung eine aktive Aufrichtung des Rückfußes mit einer Unterstützung des Windlass Mechanismus erreichen und hat somit einen positiven Einfluss auf den Bewegungsapparat. Durch den unterstützenden Windlass Mechanismus wird der Fuß bei der Verriegelung unterstützt.
Dieser Effekt wird insbesondere erreicht, wenn die zweite Schicht gegenüber der ersten Schicht über das Umlenkelement gespannt ist und die erste Schicht im Bereich der Mittelfußregion (im unbelasteten Zustand) nicht direkt kontaktiert. Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass beispielsweise ein die Stabilität der Vorrichtung unterstützendes Füllmaterial auch im Bereich der Mittelfußregion zwischen den Schichten vorgesehen ist, über das die zweite Schicht die erste Schicht dann indirekt kontaktiert.
Im Ergebnis kann das Zusammenspiel der ersten Schicht, der zweiten Schicht und des zumindest einen Umlenkelements eine Vorrichtung ermöglichen, die torsionsfähig um die Längsachse, biegeelastisch um die Querachse und an einen jeweiligen Fuß angepasst ist. Die Vorrichtung kann unterschiedliche Biege- und Torsionsflexibilitäten in verschiedenen Arealen aufweisen.
Die vorliegende Erfindung stellt weiter einen Schuh bereit, der eine wie oben beschriebene Vorrichtung zur Unterstützung des menschlichen Fußes umfasst. Die Vorrichtung ist geeignet mit jeglicher Art von Schuhen, insbesondere mit orthopädischen Maßschuhen, aber auch mit gewöhnlichen Schuhen (Alltagsschuhe, Businessschuhe) oder Sportschuhen verwendet zu werden. Die Vorrichtung kann in einer bevorzugten Ausführungsform eine Einlegesohle sein, die herausnehmbar im Schuh angeordnet werden kann. Alternativ kann die Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform fest in dem Schuh angeordnet sein oder als Teil eines Schuhs und/oder einer Schuhsohle ausgebildet sein.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen

1 schematische Darstellungen des menschlichen Fußes zur Illustration des Windlass Mechanismus;
2 schematische Darstellungen des menschlichen Fußes mit einer Vorrichtung zur Unterstützung des Fußes;
3 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Unterstützung des Fußes;
4 eine Darstellung einzelner Komponenten der Vorrichtung zur Unterstützung des Fußes;
5 eine Draufsicht einer Vorrichtung zur Unterstützung des Fußes;
6 verschiedene Ansichten einer Vorrichtung zur Unterstützung des Fußes;
7 eine zweite Schicht einer Vorrichtung zur Unterstützung des Fußes;
8 verschiedene Ansichten eines Umlenkelements einer Vorrichtung zur Unterstützung des Fußes;
9 verschiedene Ansichten einer zweiten Schicht einer Vorrichtung zur Unterstützung des Fußes;
10 eine Mehrzahl zweiter Umlenkelemente einer Vorrichtung zur Unterstützung des Fußes; und
11 eine Vorrichtung zur Unterstützung des Fußes mit einer Mehrzahl zweiter Umlenkelemente.

1 illustriert den Windlass Mechanismus am Beispiel eines schematisch dargestellten Fußes 300. Im linken Teil A der Figur ist der Fuß 300 in einer Querschnittansicht dargestellt, bei der insbesondere die Fußknochen 310 zu erkennen sind, die entlang dem gestrichelt angedeuteten Bogen 601 nach oben gebogen sind. Bei einer dorsalen Flexion der Zehen 311, also einer Überstreckung der Zehen 311 nach oben, wie in 1B durch Pfeil 605 gezeigt, werden Sehnen 301 der an der Fußsohlenseite 305 liegenden Zehenbeugemuskulatur (nicht dargestellt) und die sog. Plantarfaszie angespannt. Wie in den 1A und 1B durch entsprechende Veränderung des Bogens 601 und den Pfeil 603 angedeutet, wird dadurch die Mittelfußregion 310 angehoben. Die Höhe des Bogens 610 vergrößert sich. Analog zu einer an einem Bogen gespannten Bogensehne wird hierbei Verformungsenergie gespeichert, die bei der Entspannung für Beschleunigungen genutzt werden kann. Beispielsweise beim Gehen, wird die Verformungsenergie insbesondere bei der Zehenablösung freigegeben und für Beschleunigungsarbeit zum Abheben des Fußes 300 genutzt.
2 zeigt den Fuß 300 gemäß 1 und eine Vorrichtung 100 zur Unterstützung des Fußes 300, die innerhalb eines nicht dargestellten Schuhs zur Unterstützung des Fußes 300 verwendet wird. Wie dargestellt kann die Vorrichtung 100 (dem Fuß 300 entsprechend) in eine Fersenregion 610 (ein erster Endbereich 610), eine Mittelfußregion 620 (ein mittlerer Bereich 620) und eine Vorfußregion 630 (ein zweiter Endbereich 360) eingeteilt werden, die sich entlang einer Längsachse L der Vorrichtung 100 erstrecken, und die in der Figur durch Linien 607 und 609 unterteilt sind.
Wie dargestellt, umfasst die Vorrichtung 100 zunächst eine erste Schicht 101, die bei Anordnung im (nicht dargestellten) Schuh dem Fuß 300 zugewandt ist, die somit eine obere Schicht ist, wenn ein Schuh auf dem Boden platziert ist. Diese erste Schicht 101 bildet im Bereich der Mittelfußregion 620 in Fußrichtung einen Bogen und ist im Bereich 111 der Fersenregion 610 und im Bereich 113 der Vorfußregion 630 mit einer zweiten Schicht 103 verbunden. Wie dargestellt ist die zweite Schicht 103 bei Anordnung im (nicht dargestellten) Schuh auf einer dem Fuß 300 und dem Bogen der ersten Schicht 101 abgewandten Seite der Vorrichtung 100 angeordnet. Die zweite Schicht 103 ist somit unter der ersten Schicht 101 angeordnet, wenn der (nicht dargestellte) Schuh auf dem Boden platziert ist. Dabei ist zwischen der ersten Schicht 101 und der zweiten Schicht 103 ein Umlenkelement 105 angeordnet, das mit der zweiten Schicht 103 verbunden ist. Das Umlenkelement kann beispielsweise integral mit der zweiten Schicht 103 ausgebildet sein. Eine Verbindung zwischen der zweiten Schicht 103 und dem Umlenkelement verhindert unerwünschte Verschiebungen des Umlenkelements 105 innerhalb der Vorrichtung 100 beispielsweise entlang der Längsachse L, die die Funktion der Schichten 101, 103 verändern würde. Hierbei wird eine Biegung um die Querachse erleichtert, da die zweite Schicht 103 in der Frontalebene keine dreidimensionale Profilierung aufweist. Es ist aber auch möglich, das Umlenkelement zumindest teilweise in die erste Schicht 101 zu integrieren.
Wie in 2 zu erkennen, ist die zweite Schicht 103 zwischen den Verbindungsbereichen 111 und 113 der Fersenregion 610 und der Vorfußregion 630 mit der ersten Schicht 101 über das Umlenkelement 105 gespannt. In einem Bogen-Bogensehne-Modell entspricht die zweite Schicht 103 somit der Bogensehne, während die erste Schicht 101 dem Bogen entspricht. Dabei gibt das Umlenkelement 105 einen vorbestimmten Abstand zwischen den Schichten 101, 103 vor, der durch Dimensionierung und Platzierung des Umlenkelements 105 einstellbar ist. Wie es in der Figur weiter dargestellt ist, kontaktiert die zweite Schicht 103 die erste Schicht 101 im Bereich der Mittelfußregion 620 nicht. Diese Schichten 101, 103 sind so gegeneinander bewegbar.
Wie es insbesondere der 2B zu entnehmen ist, ist die zweite Schicht 103 so ausgebildet, dass sie eine bei der gezeigten dorsalen Flexion der Vorrichtung 100 im Bereich der Vorfußregion 630 wirkende Spannung oder Kraft über das Umlenkelement 105 so auf die erste Schicht 101 im Bereich der Fersenregion 610 überträgt, dass sich eine Höhe des durch die erste Schicht 101 gebildeten Bogens vergrößert. Dies entspricht der beschriebenen natürlichen Vergrößerung des Bogens 601 der Fußknochen 310 in 1B beim Strecken der Zehen 311 nach oben (in Richtung von Pfeil 605), was ein Aufrichten und Verriegeln des Fußes 300 und somit den Windlass Mechanismus des Fußes unterstützt. Dabei hat das Umlenkelement 105 insbesondere den Effekt, die Vergrößerung des Bogens zu verstärken was über geeignete Dimensionierung und Platzierung des Umlenkelements 105 zwischen den Schichten 101, 103 geeignet eingestellt werden kann.
Mit anderen Worten ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Lage, das eingangs beschriebene Wechselspiel aus Flexibilität und Stabilität der Füße, den sogenannten Windlass Effekt, in Form einer den Fuß unterstützenden Einlegesohle oder als fest in einen Schuh integrierte Vorrichtung technisch umzusetzen und so den Fuß aktiv zu unterstützen. Dabei sieht die Erfindung insbesondere vor, ein Umlenkelement zum Spannen der zweiten Schicht 103 vorzusehen, über das ein Abstand zwischen der ersten Schicht 101 und der zweiten Schicht 103 eingestellt werden kann, wodurch die Funktionalität der Vorrichtung an individuelle Bedürfnisse angepasst werden kann.
Die Vorrichtung passt sich nicht nur dem Fuß während des Gangzyklus an, die Vorrichtung unterstützt den Fuß aktiv. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit in der Lage, einen Fuß beispielsweise beim Gehen oder Laufen aktiv aufzurichten und den Fuß bei der eigenen Verwirklichung des Windlass Effektes zu führen. Durch das Vorsehen des zumindest einen Umlenkelements 105 im Übergangsbereich von Vorfußregion zur Mittelfußregion wird es möglich, die Vergrößerung des Bogens innerhalb der Mittelfußregion aktiv zu unterstützen, was die für den Vortrieb beim Gehen notwendige Hebelfunktion der Vorfußregion und der Mittelfußregion unterstützt. Durch die Bogen-Sehnen-Konstruktion mit Umlenkelement unterstützt die Vorrichtung weiterhin die Federwirkung der Zehenbeugesehnen, die durch Vorspannung der entsprechenden Muskeln beim Abheben der Ferse und Überstrecken der Zehen erzeugt wird. Diese Konstruktion der Vorrichtung unterstützt weiterhin auch die Stoßdämpfungsfunktion der Füße.
Die Vorrichtung 100 kann somit genutzt werden, um pathologische Veränderungen von Füßen auszugleichen. Insbesondere können mit der Vorrichtung Fußpathologien, wie z. B. Senkfüße, Knick-Senkfüße, Spreizfüße und Hohlfüße, aktiv unterstützt und korrigiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung aber auch genutzt werden, Füße bei sportlicher Aktivität zu unterstützen, beispielsweise wenn die Vorrichtung in einem Sportschuh (fest oder herausnehmbar) angeordnet ist.
3 zeigt eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung 100 im zusammengebauten Zustand und 4 zeigt die einzelnen Komponenten der 3. Vorzugsweise ist die Vorrichtung 100 eine Einlegesohle, die herausnehmbar in einem Schuh angeordnet werden kann. Alternativ kann die Vorrichtung 100 auch fest in einem Schuh angeordnet sein, wobei dann die zweite Schicht 103 entweder mit einer Sohle des Schuhs fest verbunden ist, oder eine Teilschicht der Schuhsohle ist.
Wie in 3 gezeigt, ist die erste Schicht 101 im Bereich 11 der Fersenregion 610 und im Bereich 113 der Vorfußregion 630 mit der zweiten Schicht 103 verbunden. Hierbei ist die erste Schicht 103 eine flächige Struktur beispielsweise aus Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC), Polyamide (PA), Polyamid 11 (PA11), Polyamid 12 (PA12), Polylactide (PLA), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) und/oder einem Faserverbundstoff wie Kevlar-, Carbon- oder Glasfaserverbundstoff oder aus einem oder mehrere von diversen metallischen Werkstoffen und/oder andere auch additiv zu verarbeitende oder expansive Materialien wie Polyurethane (PU) thermoplastisches Polyurethan (TPU), PLE, Nylon, diverse Elastomere, und ist dreidimensional konvex nach oben aufgespannt. Mit anderen Worten bildet die erste Schicht 101 entlang der Längsachse L der Vorrichtung 100 in einem Bereich (der Bereich 121 größter Bogenhöhe in der Figur) der ersten Schicht 101 einen höchsten Bogen, der hin zu einem Bereich 123 der ersten Schicht 101 niedriger wird. Die erste Schicht bildet in diesem Fall mit anderen Worten eine dreidimensional aufgespannte, vorzugsweise konvexe Fläche, die der Sohle des menschlichen Fußes angepasst ist. In 4 ist das in 3 zwischen den Schichten 101, 103 angeordnete Umlenkelement 105, das in einem Übergangsbereich zwischen der Vorfußregion 630 und der Mittelfußregion 620 angeordnet ist, separat dargestellt. Im gezeigten Fall ist das Umlenkelement 105 etwas nach links von der Trennlinie 609 verschoben angeordnet, was bei gleicher Dimensionierung des Umlenkelements 105 zu einem kleineren Abstand im Vorfußbereich zwischen der ersten Schicht 101 und der zweiten Schicht 103 führt, im Vergleich zu einem Fall in dem das Umlenkelement 105 von der Linie 609 nach rechts verschoben wäre. Somit kommt es zu einer Optimierung der Aufbauhöhe im Vorfußbereich.
5 zeigt eine Draufsicht auf die Vorrichtung 100, bei der die zweite Schicht 103 über der ersten Schicht 101 angeordnet ist (eine Ansicht von unten, wenn die Vorrichtung 100 in einem Schuh angeordnet ist - die zweite Schicht 103 ist durch die erste Schicht 101 sichtbar). 6 zeigt zusätzlich zur Draufsicht (Teil B) noch eine Seitenansicht (Teil A) und eine Ansicht entlang der Längsachse der Vorrichtung 100 von der Fersenregion 610 zur Vorfußregion 630 (Teil C). Wie man der Figur entnehmen kann, sind sowohl die erste Schicht 101 als auch die zweite Schicht 103 flächig ausgebildet, wobei eine kleinste Breite der zweiten Schicht 103 (in der Figurenebene) so breit vorgesehen ist, dass die zweite Schicht 103 die in den einzelnen Bereichen auftretenden Spannungen aufnehmen kann, eine Überbeanspruchung des Materials verhindert wird und ein optimiertes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis gewährleistet ist. Die Breite der Schichten ist hierbei eine Breite entlang einer Ebene parallel zum Boden, wenn die Vorrichtung 100 in einem Schuh angeordnet ist, und dieser auf dem Boden platziert ist. Aufgrund der Breite der zweiten Schicht 103 ist diese fest genug, um die Funktion einer Sehne im oben beschriebenen Bogen-Sehne-Modell zu erfüllen.
In 6C sind der Bereich 121 größter Bogenhöhe und der Bereich 123 kleinster Bogenhöhe zu erkennen. Wie dieser Figur zu entnehmen ist, ist die Konvexität der ersten Schicht 101 somit der dreidimensionalen Form der menschlichen Fußsohle angepasst, und kann in ihrer Formgebung somit auch individuell variieren.
Insbesondere den 5 und 6 kann man entnehmen, dass die zweite Schicht 103 vorzugsweise nach hinten tailliert ist und im Verhältnis zur ersten Schicht 101 so geformt ist, dass sie auftretende Spannungen optimal aufnehmen kann. Wie in 5 gezeigt, weist die zweite Schicht 103 insbesondere in der Vorfußregion eine geeignete Breite auf, so dass zwischen der ersten Schicht 101 und der zweiten Schicht 103 ein geeigneter Formschluss erzeugt werden kann.
In 5 und 6 ist weiter dargestellt, dass die erste Schicht 101 vorzugsweise eine längsovale Schlitzung/Lochung aufweist, die zur Reduktion von axialen und polaren Widerstandsmomenten dient. Wie dargestellt, umfasst die erste Schicht 101 dazu vorzugsweise eine Mehrzahl von Vertiefungen oder Öffnungen 1001 auf, die vorzugsweise längsoval ausgebildet sind. Im gezeigten Fall sind diese als Mehrzahl von Löchern 1001 ausgebildet, d.h. als Öffnungen die die erste Schicht 101 vollständig durchbrechen. Wie erwähnt können alternativ oder zusätzlich auch Vertiefungen vorgesehen sein, die nach Art einer Sackbohrung die erste Schicht nur teilweise durchdringen. Durch ein Anpassen der Mehrzahl von Vertiefungen 1001 oder Öffnungen 1001 in der ersten Schicht 101 kann eine Biege- und Torsionsflexibilität in verschiedenen Bereichen der ersten Schicht 101 angepasst werden. Gleichzeitig kann die Mehrzahl von Vertiefungen 1001 oder Öffnungen 1001 eine Steigerung der Hautsekretion und der Luftzirkulation ermöglichen.
Weiter ist in 5 ein Bereich 1002 gekennzeichnet, in dem eine Materialverdickung der ersten Schicht 101 auf Höhe des Umlenkelementes 105 als mechanisches Gegenlager und zur Stabilisierung der Schicht 101 und des Umlenkelementes 105 vorgesehen ist. In einem Bereich 1003 ist weiterhin eine flächige Einmuldung der ersten Schicht 101 sowie eine Reduktion der Materialstärke der ersten Schicht 101 dargestellt. Hierdurch wird eine Verstärkung der Flexibilität gezielt in diesen Bereichen erreicht.
7 zeigt die zweite Schicht 103 mit zwei Umlenkelementen 105 unterschiedlicher Größe. Eine Anordnung von mehr als einem Umlenkelement 105 ermöglicht es, die Umlenkelemente 105 geeignet an eine Form der nach oben konvex geformten ersten Schicht 101, und damit an die Fußsohle, anzupassen. Über verschiedene Größen der Umlenkelemente 105 können entsprechend verschiedene Abstände zwischen erster und zweiter Schicht eingestellt werden. Somit kann durch Verteilung geeignet dimensionierter Umlenkelemente entlang einer Breite der Vorrichtung der gewünschte Effekt geeignet an den menschlichen Fuß angepasst werden.
Dabei können Umlenkelemente 105 beispielsweise wie in 8 dargestellt geformt sein. 8 zeigt ein Umlenkelement in einer Querschnittsansicht (Teil A), einer ersten Seitenansicht (Teil B) und einer zweiten, im Vergleich zur ersten Seitenansicht um 90° um die Längsachse 106 des Umlenkelements 105 gedrehten Seitenansicht (Teil C). Mit anderen Worten können die Umlenkelemente in bevorzugten Ausführungsformen zumindest teilweise einen im Wesentlichen ovalen Querschnitt aufweisen, was eine Anpassung der Vorrichtung an eine menschliche Fußsohle unterstützt. Die Form des Umlenkelementes 105 kann angepasst sein, den Bogen-Sehne-Mechanismus der ersten Schicht 101 und der zweiten Schicht 103 zu unterstützen. Hierzu kann das Umlenkelement 105 vorzugsweise als längliches Element mit zumindest teilweise ovalem Querschnitt ausgebildet sein. Dabei ist, wie in 7 gezeigt, eine Längsachse 106 des Umlenkelements 105 vorzugsweise im Wesentlichen in Richtung einer Breitenrichtung 611 ausgerichtet. Anders ausgedrückt bildet diese Längsachse 106 des Umlenkelements 105 einen Winkel im Bereich von 60° bis 120° mit der Längsachse L (siehe 3) der Vorrichtung 100. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Umlenkelement aus Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC), Polyamide (PA), Polyamid 11 (PA11), Polyamid 12 (PA12), Polylactide (PLA), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) und/oder einem Faserverbundstoff wie Kevlar-, Carbon- oder Glasfaserverbundstoff, diversen metallische Werkstoffen, anderen auch additiv zu verarbeitenden Materialien herausgestellt gefertigt. Bei geeigneter Wahl insbesondere aus diesen Materialien ,kann ein optimales Verhältnis von Gewicht zu Festigkeit erreicht werden, so dass das Umlenkelement zugfest, formstabil, druckfest, biege- und torsionselastisch sein kann.
9 zeigt eine zweite Schicht 103 ohne Umlenkelement 105 (Teil A, in Seitenansicht links und in Draufsicht rechts) und eine zweite Schicht 103 mit einem Umlenkelement 105 in einer weiteren Ausführungsform (Teil C, in Seitenansicht links und in Draufsicht rechts). Die Teile B und D aus 9 zeigen die entsprechenden zweiten Schichten 103 der jeweils darüber dargestellten Teile A und C von hinten entlang der Längsachse der Vorrichtung 100 von einem Fersenbereich 610 in Richtung der Vorfußregion 630. Wie dargestellt, umfasst die zweite Schicht 103 in dieser bevorzugten Ausführungsform vorzugsweise eine längsovale Aussparung 107, die der Reduktion des axialen und polaren Widerstandsmomentes dient. In bevorzugten Ausführungsformen kann die zweite Schicht 103 somit zumindest eine längsovale Aussparung aufweisen, die im Wesentlichen entlang einer Längsrichtung der zweiten Schicht 103 orientiert ist. Es können auch mehrere solcher Aussparungen vorgesehen sein. Wie in der Figur dargestellt erstreckt sich im gezeigten Beispiel die längsovale Aussparung 107 vom Vorfußbereich 630 auf der zweiten Schicht 103 über das Umlenkelement 105 in den Mittelfußbereich 620.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Vorrichtung 100 eine Mehrzahl von Umlenkkörpern oder Stützelementen (zweite Umlenkelemente 115) zusätzlich oder alternativ zum beschriebenen zumindest einen Umlenkelement 105 aufweisen. In beiden Fällen können diese Umlenkkörper, Stützelemente, zweite Umlenkelemente 115, einen Verbund bilden, bei dem die Umlenkkörper, Stützelemente, zweite Umlenkelemente 115 miteinander fest verbunden sind. 10 zeigt einen Verbund aus einer Mehrzahl solcher zweiter Umlenkelemente 115 in einer Seitenansicht (A) und einer Draufsicht (B). In der Figur sind der Übersichtlichkeit halber jeweils nur zwei der zweiten Umlenkelemente 115 bezeichnet. Wie dargestellt, sind diese zweiten Umlenkelemente im Wesentlichen röhrenförmig und weisen einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf. Wie dargestellt sind die zweiten Umlenkelemente 115 zumindest im Bereich der Mittelfußregion der Vorrichtung in einer Richtung miteinander in Kontakt und/oder fest verbunden, die einer Längsachse der Vorrichtung 100 entspricht. Durch diese bündige Anordnung der zweiten Stützelemente 115 und eine geeignete geometrische Ausgestaltung, z.B. der einzelnen Querschnitte der jeweiligen zweiten Stützelemente beispielsweise in Abhängigkeit einer Fußform wird bei Verformung der Vorrichtung um eine Querachse (insbesondere bei einer dorsalen Flexion der Vorrichtung im Bereich der Vorfußregion) die erste Schicht 101 im Mittelfußbereich vorteilhaft aufgespannt/angehoben. Diese Anhebung der ersten Schicht, d.h. die Vergrößerung der entsprechenden Bogenhöhe wird von den zweiten Umlenkelementen aktiv unterstützt.
Vorzugsweise sind die zweiten Umlenkelemente 115, die den Verbund aus der Mehrzahl von zweiten Umlenkelementen 115 bilden, fest miteinander verbunden. Die zweiten Umlenkelemente 115 können dazu in verschiedenen Ausführungsformen stoffschlüssig verbunden sein (beispielsweise verklebt, vernetzt, verschweißt, additiv verarbeitet, vulkanisiert oder gelötet). Die zweiten Umlenkelemente 115 können dazu in verschiedenen Ausführungsformen auch formschlüssig verbunden sein, beispielsweise über eine Nut-Feder-Verbindung, eine Verzahnung oder eine Schwalbenschwanzverbindung. Die zweiten Umlenkelemente 115 können dazu in verschiedenen Ausführungsformen kraftschlüssig, beispielsweise über eine Klettverschlussverbindung verbunden sein. Die zweiten Umlenkelemente 115 können dazu in verschiedenen Ausführungsformen form- und kraftschlüssig, beispielsweise vernietet oder verschraubt, verbunden sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die zweiten Umlenkelemente 115 beispielsweise aus Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC), Polyamide (PA), Polyamid 11 (PA11), Polyamid 12 (PA12), Polylactide (PLA), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) und/oder einem Faserverbundstoff wie Kevlar-, Carbon- oder Glasfaserverbundstoff oder aus einem oder mehreren von diversen metallischen Werkstoffen und/oder anderen auch additiv zu verarbeitenden oder expansiven Materialien wie Polyurethane (PU), thermoplastisches Polyurethan (TPU), PLE, Nylon, oder diverse Elastomere.
Der Verbund der zweiten Umlenkelemente 115 ist somit ein Verbund dreidimensionaler Körper, die geometrisch so angeordnet sind, dass eine direkte Beeinflussung aller oder jedes einzelnen Körpers stattfinden kann. Der dargestellte Verbund zweiter Umlenkelemente 115 unterstützt die Stabilität der ersten Schicht 101 in der Mittelfußregion beim Aufbringen einer Flächenlast, hervorgerufen z.B. durch einen Fuß.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die zweiten Umlenkelemente 115 wie dargestellt röhrenförmig ausgebildet. Die Röhrenform hat sich als geeigneter Querschnitt bzgl. der Längsrichtung dieser zweiten Umlenkelemente 115 herausgestellt, da bei einer Reduktion der Breite einer Röhre diese an Höhe gewinnt, wenn ein entsprechendes zweites Stützelement 115 elastisch verformt wird. Diese Form unterstützt somit das beschriebene Vergrößern der Bogenhöhe der ersten Schicht 101 in vorteilhafter Weise. In alternativen Ausführungsformen können die zweiten Umlenkelemente 115 auch hohlkugelförmig oder kugelschalenförmig ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die zweiten Umlenkelemente 115 elastisch verformbar und in ihrem jeweiligen Durchmesser so ausgewählt, dass die Bogenhöhe der ersten Schicht 101 geeignet eingestellt werden kann. Die Mehrzahl von zweiten Umlenkelementen kann zusätzlich zu dem zumindest einen ersten Umlenkelement 105 vorgesehen sein, um dessen Wirkung zu unterstützen. Insbesondere kann die Mehrzahl zweiter Umlenkelemente 115 ein besonders kontrolliertes Absenken und Anheben der ersten Schicht 101 während des Gangzyklus ermöglichen.
Eine solche Konstruktion, bei der die Vorrichtung 100 die Mehrzahl von zweiten Umlenkelementen 115 zusätzlich zu dem oben beschriebenen ersten Umlenkelement 105 aufweist, ist in 11 dargestellt. Hierbei zeigt 11A eine Seitenansicht, 11B eine Draufsicht und 11C eine Rückansicht von hinten, von der Fersenregion 610 hin zu der Vorfußregion 630 der Vorrichtung. Wie dargestellt, sind die zweiten Umlenkelemente 115 zumindest im Bereich der Mittelfußregion 620 (mittlerer Bereich 620) entlang der Längsachse (siehe 3) der Vorrichtung 100 in Kontakt miteinander nebeneinander angeordnet. Wie man 11 entnehmen kann, sind die einzelnen zweiten Umlenkelemente 115 in einer Breitenrichtung der Vorrichtung 100 zwischen der ersten Schicht 101 und der zweiten Schicht 103 angeordnet, wobei eine Dicke der jeweiligen im Wesentlichen zylinderförmigen Umlenkelemente 115 geeignet beispielsweise an eine Form der ersten Schicht 101 angepasst sein kann. Wie dargestellt, kann die Mehrzahl der zweiten Umlenkelemente 115 verwendet werden, die Funktion des ersten Umlenkelements 105 zu unterstützen. Alternativ kann in einer bevorzugten Ausführungsform die Mehrzahl der zweiten Umlenkelemente 115 das erste Umlenkelement 105 ersetzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2822414 B1 [0004]

Claims

Vorrichtung (100) zur Unterstützung des menschlichen Fußes, wobei die Vorrichtung zumindest eine erste Schicht (101) umfasst, die zumindest in einem mittleren Bereich (620) der Vorrichtung (100) einen Bogen bildet, und zumindest eine zweite Schicht (103), die in einem ersten Endbereich (610) der Vorrichtung und in einem zweiten Endbereich (630) der Vorrichtung mit der ersten Schicht (101) verbunden ist, wobei die Vorrichtung (100) zumindest ein Umlenkelement (105, 115) umfasst, und wobei die zweite Schicht (103) ausgebildet ist, eine bei Flexion der Vorrichtung (100) im zweiten Endbereich (630) wirkende Spannung über das zumindest eine Umlenkelement (105, 115) so auf die erste Schicht (101) im ersten Endbereich (610) zu übertragen, dass die Flexion zu einer Vergrößerung einer Höhe des durch die erste Schicht (101) gebildeten Bogens führt, wobei das zumindest eine Umlenkelement (105, 115) zumindest teilweise zwischen der ersten Schicht (101) und der zweiten Schicht (103) angeordnet ist, so dass die erste Schicht (101) und die zweite Schicht (103) einen durch das zumindest eine Umlenkelement (105, 115) vorgegebenen Abstand zueinander aufweisen.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Umlenkelement (105, 115) ein separates Element ist.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Umlenkelement (105, 115) fest mit der ersten Schicht (101) und/oder mit der zweiten Schicht (103) verbunden ist, oder integral mit der ersten Schicht (101) und/oder mit der zweiten Schicht (103) ausgebildet ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Umlenkelement (105, 115) in einem Übergangsbereich von dem mittleren Bereich (620) zu dem zweiten Endbereich (630) zumindest teilweise zwischen der ersten Schicht (101) und der zweiten Schicht (103) angeordnet ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (103) in einem ersten Verbindungsbereich (111) im ersten Endbereich (610) und in einem zweiten Verbindungsbereich (113) im zweiten Endbereich (630) fest mit der ersten Schicht (101) verbunden ist, oder integral mit der ersten Schicht (101) ausgebildet ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (103) zwischen einem ersten Verbindungsbereich (111) mit der ersten Schicht (101) im ersten Endbereich (610) und in einem zweiten Verbindungsbereich (113) mit der ersten Schicht (101) im zweiten Endbereich (630) über das zumindest eine Umlenkelement (105, 115) gespannt ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Umlenkelement (105, 115) ein länglich geformtes Element mit einer Längsachse ist, die einen Winkel im Bereich von 60° bis 120° mit der Längsachse (L) der Vorrichtung (100) bildet.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (101) eine Mehrzahl von Vertiefungen (1001), die die erste Schicht (101) teilweise durchdringen, und/oder Öffnungen (1001), die die erste Schicht (101) vollständig durchbrechen, aufweist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (103) zumindest eine Aussparung (107) aufweist, die im Wesentlichen entlang einer Längsrichtung der zweiten Schicht (103) orientiert ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) eine Mehrzahl von Umlenkelementen (105, 115) aufweist, wobei die Umlenkelemente (105, 115) zumindest im mittleren Bereich (620) entlang der Längsachse (L) der Vorrichtung (100) in Kontakt miteinander nebeneinander angeordnet sind.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkelemente (115) der Mehrzahl von Umlenkelementen (115) fest miteinander verbunden sind.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkelemente (115) der Mehrzahl von Umlenkelementen (115) im Wesentlichen röhrenförmige, elastische Elemente sind.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) zusätzlich zu dem zumindest einen Umlenkelement (105), das in dem Übergangsbereich von dem mittleren Bereich (620) zu dem zweiten Endbereich (630) zumindest teilweise zwischen der ersten Schicht (101) und der zweiten Schicht (103) angeordnet ist, weiter einen Verbund aus einer Mehrzahl von zweiten Umlenkelementen (115) aufweist, die zumindest im mittleren Bereich (620) entlang der Längsachse der Vorrichtung (100) in Kontakt miteinander nebeneinander zwischen der ersten Schicht (101) und der zweiten Schicht (103) angeordnet sind.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Umlenkelement (105), das in dem Übergangsbereich von dem mittleren Bereich (620) zu dem zweiten Endbereich (630) zumindest teilweise zwischen der ersten Schicht (101) und der zweiten Schicht (103) angeordnet ist, fest in die erste und/oder zweite Schicht (103) integriert ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Umlenkelemente (115), die den Verbund aus der Mehrzahl von zweiten Umlenkelementen (115) bilden, fest miteinander verbunden sind.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Umlenkelemente (115), die den Verbund aus der Mehrzahl von zweiten Umlenkelementen (115) bilden, im Wesentlichen röhrenförmige, elastische Elemente sind.
Vorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) eine Einlegesohle ist.
Schuh, umfassend eine Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 17.