DE202007018165U1

DE202007018165U1 - Schuh, insbesondere Sportschuh

Info

Publication number: DE202007018165U1
Application number: DE202007018165U
Authority: DE
Original assignee: Puma AG Rudolf Dassler Sport
Current assignee: Puma SE
Priority date: 2007-12-29
Filing date: 2007-12-29
Publication date: 2009-05-14
Anticipated expiration: 2017-12-30
Also published as: WO2009083098A1

Abstract

Schuh, insbesondere Sportschuh, der ein Schuhoberteil (1) und eine Sohle (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in der Sohle (2) mindestens zwei Sensoren (3, 4) angeordnet sind, mit denen eine Verformung der Sohle (2) in einer definierten Richtung gemessen werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schuh, insbesondere einen Sportschuh, der ein Schuhoberteil und eine Sohle aufweist.
Es ist bereits länger bekannt, einen Schuh der gattungsgemäßen Art mit einem System auszustatten, mit dem aktiv das Feder- bzw. Dämpfungsverhalten beeinflusst werden kann. Hierfür werden bestimmte Bewegungszustände des Schuhs gemessen und mittels beeinflussbarer Elemente die Feder- bzw. Dämpfungseigenschaften des Schuhs gezielt eingestellt. Eine Lösung dieser Art ist beispielsweise in der US 5 813 142 offenbart.
In dem genannten Dokument ist ein Sensorsystem zur Ermittlung des Drucks in einer Kammer vorgesehen, die fluidbeaufschlagbar in der Schuhsohle integriert ist. Abhängig vom gemessenen Druck veranlasst eine Steuereinrichtung die Medienzufuhr in die Fluidkammer.
Mit einem solchen System kann grundsätzlich auch – was sehr wünschenswert ist – auf die pronationsregulierende Wirkung des Schuhs beim Aufsetzen desselben auf den Boden Einfluss genommen werden.
Die Pronation ist eine Drehung des Fußes um die Achse des unteren Sprunggelenks, bei der der äußere Fußrand gehoben und der innere Fußrand gesenkt wird. Die Pronation wird auch als Einwärtsdrehung oder Einwärtskantung bezeichnet.
Die normale Pronation des Fußes ist ein natürlicher Dämpfungsmechanismus und eine natürliche Bewegung nach innen beim Fußaufsatz. Allerdings knickt der Fußrand bei der sog. Überpronation stark nach innen ein und belastet damit die Bänder, Sehnen und Gelenke. Diese Überpronation kann verschiedenste Ursachen haben, wie zum Beispiel eine Fußfehlstellung, Übergewicht oder starke Ermüdung. Ebenfalls tritt die Überpronation gelegentlich bei Laufanfängern auf, da der Stützapparat des Fußes noch nicht ausreichend trainiert ist. An den Schuhen ist dann eine starke Abnutzung im medialen Bereich erkennbar.
Der der Pronation entgegengesetzte Mechanismus (auch Supination genannt) tritt beim Laufen seltener auf. Bei der Supination geht die Belastung in die entgegengesetzte Richtung. Bei Laufschuhen ist dies durch eine höhere Abnutzung im lateralen Bereich (also an der Außenseite) erkennbar.
Demgemäß wird es bei modernen Sportschuhen angestrebt, über die an sich bekannten in die Sohle eingearbeiteten Pronationsstützen hinaus eine aktive Beeinflussung der Pronation vorzunehmen, was mit einem System, wie es in der genannten Schrift erläutert ist, möglich ist.
Die Qualität des Ergebnisses einer aktiven Pronationsbeeinflussung hängt wesentlich von der Genauigkeit der Messung der Verformung des Schuhs und insbesondere seiner Sohle ab. Die vorbekannten Systeme zeigen noch in nachteiliger Weise Schwächen bzw. Ungenauigkeiten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schuh der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass es möglich wird, in genauerer und einfacherer Weise die Verformung der Sohle eines Schuhs, insbesondere eines Sportschuhs, zu erfassen, um bei der aktiven Beeinflussung der Pronation ein verbessertes Ergebnis zu erzielen.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an oder in der Sohle mindestens zwei Sensoren angeordnet sind, mit denen eine Verformung der Sohle in einer definierten Richtung gemessen werden kann.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass mit den mindestens zwei Sensoren Verformungen der Sohle in vertikale Richtung an mindestens zwei verschiedenen Stellen messbar sind.
Um die Verformung der Sohle nicht nur punktuell, sondern über ihre flächige Erstreckung zu ermitteln, ist bevorzugt vorgesehen, dass eine Anzahl Sensoren an oder in der Sohle angeordnet ist. Die Sensoren sind dabei vorzugsweise entlang des Randbereichs der Sohle jeweils beabstandet voneinander angeordnet. Die Sensoren sind dabei vorzugsweise vom medialen Randbereich der Sohle – von der Mitte des Schuhs in Längsrichtung des Schuhs gesehen – um den Fersenbereich herum bis zum lateralen Randbereich der Sohle bis zur Mitte des Schuhs angeordnet. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Sensoren äquidistant entlang des Randbereichs des Schuhs angeordnet sind. Es ist jedoch auch eine nicht äquidistante Anordnung möglich.
Die bevorzugte Anzahl an Sensoren liegt zwischen 6 und 12. Besonders bevorzugt sind 8 bis 10 Sensoren entlang des Randbereichs des Schuhs positioniert. Die Sensoren können dabei an oder in einer Mittelsohle angeordnet sein.
Die mindestens zwei Sensoren zur Ermittlung der Verformungen sind vorzugsweise als Hall-Sensoren ausgebildet, denen je ein Magnet zugeordnet ist. Dabei kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass eine Anzahl Hall-Sensoren samt jeweils zugehöriger Magnete an oder in der Sohle angeordnet ist. Die den Hall-Sensoren zugeordneten Magnete können zwischen der Mittelsohle und einer Außensohle unterhalb der Hall-Sensoren angeordnet sein.
Alle Sensoren können mit einer zentralen Auswerteeinheit zur Ermittlung der Verformungen der Sohle in Verbindung stehen. In diesem Falle sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Verbindung zwischen den Hall-Sensoren und der zentralen Auswerteeinheit als Kabelverbindung ausgebildet ist.
In vorteilhafter Weise kann einer der Sensoren, insbesondere der Hall-Sensoren, herangezogen werden, um die Feststellung zu treffen, dass der Schuh auf dem Boden aufsetzt. Die optimale Position für diesen Sensor ist der hintere Randbereich der Sohle.
Die während der Standphase erfolgende Sohlendeformation zeigt aufgrund der gleichzeitig auftretenden (Ab)Rollbewegung des Calcaneus eine räumlich-zeitliche Deformation der Sohle, insbesondere der Mittelsohle, was durch die Anzahl an Sensoren gemessen werden kann, im Falle von Hall-Sensoren durch die Abstandsänderung der Hall-Sensoren zu den korrespondierenden Magneten.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 in perspektivischer Ansicht einen Sportschuh, dessen Sohle mit einer Anzahl Sensoren versehen ist, und
2 die Draufsicht auf die Sohle (ohne Schuhoberteil) mit den platzierten Sensoren.
Der in den Figuren dargestellte Schuh weist ein Schuhoberteil 1 auf, an dessen Unterseite eine Sohle 2 angeordnet ist. Die Sohle 2 selber besteht aus einer nicht dargestellten Innensohle sowie aus einer Mittelsohle 7 und einer Außensohle 8. Der Schuh hat eine Erstreckung in Längsrichtung L.
Nicht dargestellt ist ein vorzugsweise weiterhin vorhandenes Steuerungssystem und ein Aktuatorsystem, mit dem in Abhängigkeit der von der Sensorik gemessenen Werte auf den Schuh in einer solchen Weise Einfluss genommen werden kann, dass die Pronation in einem gewünschten Sinne verändert wird.
Zur Ermittlung der Verformung der Sohle infolge der Kräfte, die der Fuß des Trägers auf die Sohle 2 ausübt, sind mehrere Sensoren 3, 4 vorgesehen, die in der Lage sind, am Ort ihrer Platzierung die Verformung der Sohle 2 in Richtung der Vertikalen V zu messen. Dabei interessiert namentlich die Verformung, die die Sohle in vertikale Richtung V zwischen der Fußaufstandsfläche auf der Oberseite der Sohle und der Unterseite der Außensohle 8 erfährt. Gemessen wird indes eine Verformung in vertikale Richtung, die im Inneren der Sohle stattfindet, wobei allerdings aus diesem gemessenen Wert darauf rückgeschlossen werden kann, wie groß die genannte Verformung lokaler Sohlenbereiche ist, die sich aufgrund der Belastung durch den Fuß des Trägers ergibt. Diese Verformungen sind eine wesentliche Information, um aktiv auf das Pronationsverhalten des Schuhs Einfluss nehmen zu können.
Vorliegend sind die Sensoren 3 und Magneten 4 als Hall-Sensoren ausgebildet.
Hall-Sensoren (auch Hall-Sonden genannt) nutzen den sog. Hall-Effekt zur Messung von Magnetfeldern, Strömen bzw. Lagen (wie vorliegend). Wird ein Hall-Sensor von einem Strom durchflossen und in ein senkrecht dazu verlaufendes Magnetfeld gebracht, liefert er eine Ausgangsspannung, die proportional zum Produkt aus magnetischer Feldstärke und Strom ist. Ist der Strom bekannt, kann man die magnetische Feldstärke messen; wird das Magnetfeld durch einen stromdurchflossenen Leiter oder eine Spule erzeugt, kann man potenzialfrei die Stromstärke in diesem Leiter bzw. der Spule messen.
Sind Stromstärke und Magnetfeldstärke bekannt (wie vorliegend) kann die relative Lage zwischen Sensor und Magnet bestimmt werden, d. h. für den vorliegenden Anwendungsfall die Verformung.
Wie gesehen werden kann, sind mehrere – vorliegend zehn – Sensoren 3 und Magneten 4 entlang des Randbereichs der Sohle 2 platziert. Wie in 2 gesehen werden kann, sind die einzelnen Sensoren 3, 4 entlang des Randes der Sohle 2 angeordnet. Dabei ist der erste Sensor 3, 4 etwa in der Mitte 5 des Schuhs (betrachtet in Schuhlängsrichtung L) an der lateralen (äußeren) Seite angeordnet (s. Sensor 3a), wobei dann die weiteren Sensoren (3, 3c, ...) in Richtung Fersenbereich 6 folgen, sich um diesen herum erstrecken, um auf der medialen (inneren) Seite wieder etwa bis zur Mitte 5 zu reichen.
Jeder Sensor 3, 4 hat einen Hall-Sensor 3a, 3b, 3c, ... sowie einen Magneten 4a, 4b, 4c, ..., der vertikal unterhalb des Hall-Sensors 3a, 3b, 3c, ... angeordnet ist. Bei Annäherung oder Entfernung des Magneten vom Hall-Sensor kann dies detektiert (gemessen) werden.
Die Magneten 4 sind vorliegend zwischen der Mittelsohle 7 und der Außensohle 8 platziert; sie können dort beispielsweise eingeklebt sein. Wie es aus 2 ersichtlich ist, können die Sensoren und Magneten 3, 4 mit einem geringen Abstand vom Rand in die Sohle integriert sein, um sie gegen Einwirkungen von außen zu schützen.
Die Anordnung der Sensoren ausschließlich im Randbereich – wie dargestellte – ist natürlich nicht zwingend. Es können Sensoren auch im inneren Bereich der Sohle, d. h. vom Rand beabstandet angeordnet werden.
Mithin kann auf diese Weise die Verformung der Sohle 2 ermittelt werden, und zwar nicht nur punktuell, sondern insgesamt als Verformung über der Sohlenfläche. Hieraus können gezielt Rückschlüsse auf die Pronation gezogen werden, worauf mit entsprechender Aktuatorik reagiert werden kann, um das Pronationsverhalten des Schuhs zu beeinflussen.
Hierzu werden die Signale aller Sensoren 3 über Kabelverbindungen 10 (von denen nur ein Teil in 2 eingezeichnet ist) zu einer zentralen Auswerteeinheit 9 geleitet, wo eine entsprechende Signalverarbeitung und -auswertung stattfinden kann.
Ein im Fersenbereich 6 angeordneter Sensor kann auch benutzt werden, um den Zeitpunkt zu definieren, zu dem der Fuß auf dem Boden – insbesondere beim Joggen – auftritt. Ab dem Zeitpunkt, zu dem dieser Sensor einen vorbestimmten Schwellenwert detektiert, kann mit der Messung der Pronation begonnen werden.
Die Pronation selber kann auch schon vor dem Auftreffen des Fußes auf dem Boden beginnen, wobei allerdings für eine effiziente Beeinflussung der Pronation vorzugsweise auf den Zeitpunkt des Auftreffens des Schuhs auf dem Boden abgestellt werden sollte. Allerdings kann auch eine Einstellung der pronationsbeeinflussenden Elemente quasi nicht in Echtzeit, sondern während der Flugphase des Schuhs erfolgen. Die Stellbewegungen können auch – wenn technisch notwendig bzw. sinnvoll – während einer Anzahl Schritte erfolgen.
Während das vorgeschlagene Sensorsystem zur Ermittlung der Verformung der Sohle eines Schuhs bevorzugt in einem System zur Anwendung kommt, das in den Schuh integriert ist und dort für eine aktive Beeinflussung des Pronationsverhaltens sorgt, ist es grundsätzlich genauso möglich, die vorgeschlagenen Sensorik für stationäre Messungen zu nutzen, z. B. zur Analyse des Laufverhaltens eines Läufers (z. B. auf einem Laufband).
Generell gilt, dass das vorgeschlagene System zur Bestimmung des Bewegungsausmaßes und der Bewegungsgeschwindigkeit insbesondere des Schuhfersenbereichs bzw. der damit einhergehenden Verformung der Sohle geeignet ist, d. h. das Ausmaß und die Geschwindigkeit der Pronation kann ermittelt werden.
Wie erläutert, kann mit einem Sensor im Fersenbereich der initiale Bodenkontakt des Schuhs ermittelt werden. Ein Ausschlag des Sensorsignals zeigt, dass der Bodenkontakt der Ferse beginnt. Das Abheben der Ferse vom Boden kann durch einen Druckabfall bestimmt werden.
Nachdem die Hall-Sensoren in den Schuh integriert sind, ist eine Kalibrierung erforderlich. Dazu wird ein Referenzsystem eingesetzt, das das Pronationsausmaß und die Pronationsgeschwindigkeit bestimmen kann. Gleichzeitig werden die Deformationsmaxima und deren Zeitpunkte bestimmt. Beispielsweise wird mittels einer (an sich bekannten) multiplen Regressionsanalyse ein mathematischer Zusammenhang zwischen den gemessenen Pronationswerten und den Deformationsmaxima sowie den Zeitpunkten ihres Auftretens errechnet. Die dabei berechneten Koeffizienten werden anschließend zur Kalkulation des Pronationsausmasses und der Pronationsgeschwindigkeit aus den Deformationsparametern verwendet.

1: Schuhoberteil
2: Sohle
3, 4: Sensor/Magnet
3a, 3b, 3c: Hall-Sensoren
4a, 4b, 4c: Magnete
5: Mitte des Schuhs
6: Fersenbereich
7: Mittelsohle
8: Außensohle
9: zentrale Auswerteeinheit
10: Kabelverbindung
V: vertikale Richtung
L: Längsrichtung

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

- US 5813142 [0002]

Claims

Schuh, insbesondere Sportschuh, der ein Schuhoberteil (1) und eine Sohle (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in der Sohle (2) mindestens zwei Sensoren (3, 4) angeordnet sind, mit denen eine Verformung der Sohle (2) in einer definierten Richtung gemessen werden kann.
Schuh nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit den mindestens zwei Sensoren (3, 4) Verformungen der Sohle in vertikale Richtung (V) an mindestens zwei verschiedenen Stellen messbar sind.
Schuh nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl Sensoren (3a, 3b, 3c, ...; 4a, 4b, 4c, ...) an oder in der Sohle (2) angeordnet ist.
Schuh nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (3a, 3b, 3c, ..., 4a, 4b, 4c, ...) entlang des Randbereichs der Sohle (2) jeweils beabstandet voneinander angeordnet sind.
Schuh nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (3a, 3b, 3c, ...; 4a, 4b, 4c, ...) vom medialen Randbereich der Sohle (2) von der Mitte (5) des Schuhs in Längsrichtung (L) des Schuhs gesehen um den Fersenbereich (6) herum bis zum lateralen Randbereich der Sohle (2) bis zur Mitte (5) des Schuhs angeordnet sind.
Schuh nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (3a, 3b, 3c, ...; 4a, 4b, 4c, ...) äquidistant entlang des Randbereichs des Schuhs angeordnet sind.
Schuh nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen 6 und 12 Sensoren (3a, 3b, 3c, ...; 4a, 4b, 4c, ...) entlang des Randbereichs des Schuhs angeordnet sind.
Schuh nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (3a, 3b, 3c, ...; 4a, 4b, 4c, ...) an oder in einer Mittelsohle (7) angeordnet sind.
Schuh nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Sensoren zur Ermittlung der Verformung als Hall-Sensoren (3) ausgebildet sind, denen je ein Magnet (4) zugeordnet ist.
Schuh nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl Hall-Sensoren (3a, 3b, 3c, ...) samt jeweils zugehöriger Magnete (4a, 4b, 4c, ...) an oder in der Sohle (2) angeordnet ist.
Schuh nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die den Hall-Sensoren (3a, 3b, 3c, ...) zugeordneten Magnete (4a, 4b, 4c, ...) zwischen der Mittelsohle (7) und einer Außensohle (8) unterhalb der Hall-Sensoren (3a, 3b, 3c, ...) angeordnet sind.
Schuh nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass alle Sensoren (3a, 3b, 3c, ...; 4a, 4b, 4c, ...) mit einer zentralen Auswerteeinheit (9) zur Ermittlung der Verformungen der Sohle (2) in Verbindung stehen.
Schuh nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen den Hall-Sensoren (3a, 3b, 3c, ...) und der zentralen Auswerteeinheit (9) als Kabelverbindung (10) ausgebildet ist.