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Die
Erfindung betrifft eine Schuh-Einlage bzw. Einlegesohle, insbesondere
für Sport- oder Orthopädieschuhe,
bestehend aus zwei Platten aus weichem, verschleißfestem
Material (Leder) und zwischen diesen angeordneten federnden Elementen.
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Die
Erfindung fällt
in das Gebiet der Herstellung von Schuhen und Schuhzubehör. Sie kann
u.a. bei der Herstellung von Arbeits-, Sport- und Orthopädieschuhen
angewandt werden.
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Bekannt
sind Sport- und Orthopädie-Einlegesohlen,
in deren Pedopunkturzonen einzelne Massage-Elemente eingearbeitet
sind. Bei herkömmlichen
Einlegesohlen dieser Art ist die funktionelle Begrenzung und der
niedrige Wirkungsgrad der Massage-Elemente von Nachteil.
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Vorgefederte
Einlegesohlen der eingangs erwähnten
Art sind z. B. aus der
EP
0449762 B1 bekannt. Die Herstellung dieser Sohlen ist wegen
der großen
Anzahl von einzubauenden Feder-Führungselementen aufwendig.
Nachteilig ist weiterhin das hohe Gewicht dieser bekannten Sohlen.
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In
der
RU 2 036 596 C1 ist
eine Einlegesohle beschrieben, die aus einer Stützplatte besteht, in deren Hackenteil
in konzentrischen Kreisen, den Pedopunkturzonen des Fußes entsprechend,
perforierte Öffnungen eingearbeitet
sind. In diesen sind gewundene Federn angebracht, die mittels eines
Auflegers und einer Unterplatte vorverdichtet und auf einer Stützplatte
aufgeklebt sind.
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Der
Hauptnachteil dieser Einlegesohle besteht in ihrer zu großen Dicke
infolge ihrer nicht unterschreitbaren Mindesthöhe. Überdies bringen die sich nach
oben windenden Federn eine Instabilität in Querrichtung mit sich,
die eine Zersplitterung in der Perforationszone zur Folge haben
kann und den Zusammenbau der Sohle erschwert. Auch bewirkt die Perforation
der Trägerplatte
eine die Effektivität
der Sohle begrenzende Verringerung der Reststeifigkeit.
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In
der
DE 141 998 C sind
elastische Einlagen für
Schuhwerk beschrieben, welche im wesentlichen aus einer Sohle bzw.
einem Fersenteil mit darunter angeordneten Federn bestehen. Es kommen
sowohl konische Spiralfedern infrage, die zwischen zwei Platten
nebeneinander mit abwechselnd nach oben oder unten gekehrter Spitze
angeordnet sind, als auch Blattfedern, welche an ihrem einen Ende
miteinander verbunden und an dem anderen Ende frei sind, so dass
sie sich frei biegen können.
Diese Einlege-Sohlen sind infolge der fehlenden Fixierung ihrer
federnden Elemente unstabil und haben sich wegen ihrer geringen
Effektivität
und Haltbarkeit in der Praxis nicht bewährt.
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Der
Erfindung hat die Aufgabe zugrunde gelegen, eine Einlage mit verbesserter
Stabilität
und Effektivität
durch Anpassungsfähigkeit
an die jeweilige Gangart (Gehkomfort) zu schaffen, bei gleichzeitiger
Ermöglichung
von Sohlen-Gewichts- und -Dickenverringerung.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Besondere
Ausgestaltungen einer Einlage gemäß der Erfindung ergeben sich
aus den Kennzeichen der Unteransprüche.
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Im
Anspruch 2 wird ein Größenbereich
für die
Eigenfrequenz der Sohle vorgeschlagen, in dem eine optimale Anpassung
des Vibrationsschutzsystems an die Resonanzfrequenzen der menschlichen
Organe erzielbar ist.
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Die
Ansprüche
3 und 4 beziehen sich auf vorzugsweise Ausbildungen der Federn hinsichtlich
des zu deren Herstellung verwendeten Drahtes, Anspruch 5 gibt eine
vorzugsweise Federausbildung in Bezug auf die Windungsform an, Anspruch
6 vermittelt eine Lehre für
den Bereich, in dem die Anzahl der Federn liegen sollte und Anspruch
7 schlägt
eine besondere Art Federvorverdichtung vor.
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Eine
beispielsweise Ausführungsform
einer sohlenförmigen
Einlage gemäß der Erfindung
ist nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese zeigen:
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1:
Eine Einlegesohle in Draufsicht,
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2:
Einen Schnitt nach der Linie A-A der 1 und
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3:
Eine auf experimentellem Wege ermittelte Wobbelamplituden-Charakteristik
einer Einlegesohle gemäß der Erfindung.
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Die
Sport- und Orthopädie-Einlage
ist aus einer oberen Platte 1 und einer unteren Platte 2 zusammengesetzt,
die durch eine sich über
die ganze Sohlenoberfläche
erstreckende Anordnung von Steppnähten 3 miteinander
verbunden sind. Die Nahtanordnung besteht aus zwei Gruppen von zueinander
unter gleichem Abstand parallel verlaufenden Nähten 3, wobei die
Nähte der
einen Gruppe zu den Nähten
der anderen Gruppe unter einem senkrechten Winkel verlaufen, so
dass quadratische Nest-Elemente 4 zwischen den Platten 1 und 2 durch
die Nähte 3 abgegrenzt
sind. In jedem Element 4 ist eine kegelförmige Feder 5 angeordnet,
die im Zwischenplattenvolumen des Nestes 4 vorverdichtet
ist.
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Durch
die konvexe Verformung des unter der Wirkung der statisch vorverdichteten
Federn stehenden Plattenmaterials erhält die obere Oberfläche der
Einlegesohle ein geriffeltes Aussehen. Die Einlegesohle wird nach
Maß angefertigt
und in einen Sport- oder
Orthopädieschuh
eingelegt.
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Die
Qualitätskriterien
von Sport- und Orthopädie-Einlegesohlen
sind der Bewegungskomfort bei der Osteochondrose, die Akkumulation
der kinetischen Energie beim Laufen, die Verringerung der Stoßbelastungen
auf den Bewegungsapparat sowie die Stimulation und Massage der Pedopunkturzonen
des Fußes.
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Der
Qualitätsbeiwert
der Wirksamkeit ist der Vibroisolationsbeiwert k als Verhältnis der
absoluten Beschleunigungsbeiwerte a des Objektes zu denen der Quelle.
Er ergibt sich aus folgender Gleichung, die dem russischen Nachschlagewerk „Vibration
in der Technik" (Herausgeber
K.W. Frolow) von 1981 in Band 6 (Maschinenbau) auf Seite 175 zu
entnehmen ist:
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Dabei
bedeuten:
- ϑ
- der Dämpfungsbeiwert,
der gleich ½ Q
ist, wobei Q die Qualität
des energieintensiven Elementes ist, und
- z
- das Verhältnis der
Vibrationshäufigkeit
(ωo) zu der Eigenfrequenz (ω) des Vibrationsschutzsystemes.
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Wie
der Seite 172 des vorstehend genannten Nachschlagewerkes zu entnehmen
ist, ergibt sich die Abhängigkeit
der Eigenfrequenz der Vibrationsschutzsysteme von der Starrheit
des biegsamen Elementes (c), der Belastungsmasse (m) und dem Grad
des statischen Setzens (ϑ
St) aus
folgender Gleichung:
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Die
gemäß den Gleichungen
(1) und (2) den Vibroisolationsbeiwert mitbestimmende Steifheit
(c) der kegelförmigen
Feder als biegsamem Element der Einlegesohle ist von Feder-Parametern
nach folgender Gleichung abhängig,
die dem russischen Nachschlagewerke „Geräte und Systeme für die Messung
der Vibration, des Geräusches
und des Stoßes" (Herausgeber W.W.
Klüew),
Moskau, 1978 im Band Maschinenbau auf Seite 46 zu entnehmen ist:
wobei
G der Gleitmodul des Drahtmaterials, d der Drahtdurchmesser, D
1 und D
2 der Windungsdurchmesser der
kegelförmigen
Federn an der Federbasis und der Federspitze sind und n die Windungszahl
der Feder ist. Auf diese Weise ist die Wirksamkeit der Einlegesohle
nicht nur von den ausgewählten
Verhältnissen
( ω / ωo) abhängig,
sondern auch in größerem Maße von der
Vervollkommnung der konstruktiven Lösung. Um die bestmögliche Qualität der Einlegesohle
zu erreichen, muss die Anzahl der kegelförmigen Federn optimal sein.
Die Resonanzfrequenz der verschiedenen menschlichen Organe (Kreuzbein,
Lendenwirbel) liegen in einem Intervall von 8 bis 32 Hertz (s. z.B.
Seite 372 des Bandes 6 des eingangs genannten russischen Nachschlagewerkes
von K. W. Frolow). Demnach muss die Eigenfrequenz des durch die
Gesamtzahl der kegelförmigen
Federn und die Gesamtmasse des menschlichen Körpers erzeugten Systems der
Einlegesohle im Bereich von 6 ... 8 Hz liegen. Die Qualität der Vibrationsschutzsysteme
kann man mittels der Resonanzbreite nach folgender Gleichung bestimmen
(siehe z. B. das russische „Nachschlagewerk
für die
Elektronik", Herausgeber
A.A. Kulikoswkii, Band 2, Verlag „Energie", Moskau, 1986, Seite 34):
wobei Δω die Breite der Resonanzkurve
auf dem Niveau 0,5 des Maximalwertes Q der Qualität ist.
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Gemäß der Theorie
des Fehlers (siehe z.B. „Die
Differential- und Integralrechnung" von N.S. Piskunow, Verlag Nauka, Moskau,
1964, Band 1, Seite 252) ist der relative Fehler der Funktion gleich
dem maximalen Fehler des Logarithmus dieser Funktion, d.h.:
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Um
den maximalen Gütewert
bei einem minimalen relativen Fehler zu erreichen, ist es nötig, das
volle Differential auszurechnen. Die numerische Rechnung der erhaltenen
Gleichung zeigt, dass zum Erreichen der möglichen optimalen Qualität der Feder
(maximale Güte
der Einlegesohle) die aus der nachfolgenden Tabelle ersichtlichen
Parameter erforderlich sind:
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Es
empfiehlt sich die Verwendung eines Drahtes mit einem Rockwelt-Härtegrad
von 53–57.
Die Anzahl der Federn in einer Einlegesohle für den Laufsport (Variante 1)
mit einer Stoßbelastungs-Dämpfung bis
zu 7 Dezibel sollte 90 bis 110 Stück betragen.
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Die
Innenseite der Quadratnestzellen 4 ist gleich dem großen Durchmesser
der Federn (6,4 oder 9 mm). In jede Zelle 4 ist eine einzelne
kegelförmige
Feder eingearbeitet. Die statische Federvorverdichtung entsteht
durch die Begrenzung des Zellenvolumens. Es besteht die Möglichkeit
der Erweiterung der Sohleneigenschaften in Abhängigkeit von den Nutzungsgegebenheiten
(Verwendung für
Sport-, Orthopädie-
oder normale Schuhe) durch die Regulierung der Oberflächenpackungsdichte,
die durch die Steppnahtabstände
bestimmt ist.
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Die
Vorgehensweise bei der Sohlenherstellung sieht die Einarbeitung
einer Steppnahtreihe in die Einlegesohle vor sowie die Einbettung
der Federn in die gebildeten Zellen und das Zusammennähen mittels
senkrechter Steppnahtreihen. Durch das Zusammenpressen der kegelförmigen Federn
in einer Fläche
kann das Zusammennähen
mittels einfacher handelsüblicher
Nähmaschinen
erfolgen.
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Die
Einlegesohlen werden aus folgenden Materialien hergestellt:
Die
kegelförmigen
Federn werden aus Federdraht mit einer einfachen Wickelmaschine
hergestellt. Nach dem Aufwickeln werden die Federn einer Normalisierung
im Ölnormalisator
bei einer Temperatur von 120°C
im Verlaufe von 20 Minuten unterzogen. Um Plattendurchstiche bei
der Vorverdichtung zu vermeiden, hat jede Feder an den Endungen
eine um 0,5 vorverdichtete Windung. Die obere und die untere Platte
werden aus weichem, verschleißfestem
Leder hergestellt und mit einem Kapronfaden in einer Doppelsteppnaht
zusammengenäht.
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Die
Testprüfung
von Einlegesohlen gemäß der Erfindung
wurde auf einem Prüfstand
unter Benutzung von Vibrationsmessvorrichtungen und mit einem Vibrationsstand
VP-1 durchgeführt.
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Die
experimentell ermittelte Amplitudenfrequenzcharakteristik der Einlegesohle
ist in 3 wiedergegeben. Aus ihr folgt, dass die integrale
Wirksamkeit der Einlegesohle im Eigenfrequenzbereich des menschlichen
Stützsystems
7 Dezibel beträgt.
wobei Δω die Breite der Resonanzkurve auf dem Niveau 0,5 des Maximalwertes Q der Qualität ist.
