DE3781121T2

DE3781121T2 - SHOE WITH SPRING SOLE.

Info

Publication number: DE3781121T2
Application number: DE19873781121
Authority: DE
Inventors: Daniel T Barry
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-12-15
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1992-12-24
Anticipated expiration: 2007-12-16
Also published as: ES2033886T3; CA1330485C; EP0272082B1; DE3781121D1; GR3005540T3; EP0272082A2; JPH0698050B2; EP0272082A3; AU601005B2; AU8250087A; JPS6485601A

Description

Background of the invention

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen Schuhe und insbesondere einen Schuh, in den ein blattfederartiges Bauteil, das aus einem faserverstärkten polymeren Material gebildet ist, eingebaut ist, um während jedes Schrittes Energie aufzunehmen und abzugeben bzw. freizusetzen.This invention relates generally to shoes and, more particularly, to a shoe incorporating a leaf spring-like member formed from a fiber-reinforced polymeric material to absorb and release energy during each stride.

Nach dem Stand der Technik sind zur Milderung der Belastungen, die einem menschlichen Fuß während des Gehens und Laufens bzw. Rennens auferlegt werden, verschiedene Ansätze gemacht worden. Bei einem bekannten Lösungsweg wird von elastischen, federartigen Anordnungen Gebrauch gemacht, die während jedes Geh- oder Laufschrittes Energie aufnehmen und freisetzen. Die bekannten Anordnungen speichern Energie und setzen sie frei über elastische Bauteile, die im allgemeinen derart eingerichtet sind, daß sie in einer Richtung wirken, die im allgemeinen rechtwinklig zur Schuhsohle verläuft, um örtlich begrenzte Belastungen und Kräfte aufzunehmen und umzuverteilen.In the prior art, various approaches have been made to alleviate the stresses imposed on a human foot during walking and running. One known approach makes use of elastic, spring-like arrangements that absorb and release energy during each walking or running step. The known arrangements store and release energy via elastic members generally arranged to act in a direction generally perpendicular to the sole of the shoe to absorb and redistribute localized stresses and forces.

In der US-Patentschrift 4 492 046 ist ein Lauf- bzw. Rennschuh beschrieben, der eine Federdrahtanordnung hat, die in der Sohle in einem Längsschlitz angeordnet ist. Der Federdraht ist derart eingerichtet, daß er den Schlitz sichtbar in den geöffneten Zustand drängt, so daß der Schlitz geschlossen wird, während die Ferse des Trägers nach unten kommt, und die Feder den oberen Abschnitt der Sohle von dem unteren Abschnitt wegdrängt, während sich die Gewichtskraft des Läufers vorwärts auf die Enden der Mittelfußknochen oder Ballen des Fußes verschiebt, so daß die Verschiebung der Gewichtskraft unterstützt wird. In der Patentschrifttumsstelle wird festgestellt, daß eine solche Unterstützung den Läufer in einen bequemen (angenehmen) Schritt (Gang) bringt ("katapultiert"). Es ist offensichtlich, daß diese bekannte Anordnung kompliziert, schwer und wahrscheinlich gefährlich ist, weil das Absatz- bzw. Fersenende der Schuhsohle ein Stolpern und Hinfallen des Läufers verursachen kann.In U.S. Patent No. 4,492,046, a running shoe is described which has a spring wire assembly disposed in a longitudinal slot in the sole. The spring wire is arranged to visibly urge the slot open so that the slot is closed as the wearer's heel descends and the spring urges the upper portion of the sole away from the lower portion as the weight of the runner shifts forward onto the ends of the metatarsal bones or balls of the foot so that the shift of the weight is assisted. The patent reference states that such assistance catapults the runner into a comfortable stride. It is obvious that this known arrangement is complicated, heavy and probably is dangerous because the heel end of the shoe sole can cause the runner to trip and fall.

Ein weiterer bekannter Lauf- bzw. Rennschuh mit Federwirkung ist in der US-Patentschrift 4 534 124 beschrieben, die einen Leichtathletikschuh zeigt, der an seinem Zehenende mit einer Blattfeder verbunden ist, wobei die Blattfeder an ihrem hinteren Ende mit einer weiteren, unteren Sohle verbunden ist. Wie in dieser Schrifttumsstelle beschrieben ist, ist der eigentliche Laufschuh parallel zu der unteren Sohle und in einem gewissen Abstand von ihr angeordnet, so daß jede auf den Laufschuh ausgeübte Gewichtskraft zu einer Speicherung von Energie in der Blattfeder führen würde. Es ist offensichtlich, daß eine solche Struktur schwer, sperrig (voluminös), kompliziert und unfallträchtig ist.Another known running or racing shoe with spring action is described in US Patent 4,534,124, which shows an athletics shoe connected to a leaf spring at its toe end, the leaf spring being connected to another, lower sole at its rear end. As described in this reference, the actual running shoe is arranged parallel to the lower sole and at a certain distance from it, so that any weight force exerted on the running shoe would result in energy being stored in the leaf spring. It is obvious that such a structure is heavy, bulky, complicated and prone to accidents.

In der Deutschen Patentanmeldung DE-A1 3321847 ist ein Schuh beschrieben, der mit Moderiereinrichtungen versehen ist, die an einer gepolsterten Brandsohle angeordnet und derart eingerichtet sind, daß sie beim Ab- bzw. Durchbiegen Energie von darauf ausgeübten örtlich begrenzten Belastungen aufnehmen, umverteilen und speichern und die gespeicherte Energie zum Fuß des Trägers zurückführen, wenn die ausgeübte Belastung enfernt wird.The German patent application DE-A1 3321847 describes a shoe that is provided with moderating devices that are arranged on a padded insole and are designed in such a way that they absorb, redistribute and store energy from localized loads exerted on it when it bends or flexes, and return the stored energy to the wearer's foot when the applied load is removed.

Es wäre deshalb erwünscht:It would therefore be desirable:

einen einfachen und wirtschaftlichen Schuh bereitzustellen, mit dem eine Anordnung verbunden ist, die dazu dient, Energie in einer für einen Läufer vorteilhaften Weise zu speichern und freizusetzen;to provide a simple and economical shoe having associated therewith an arrangement designed to store and release energy in a manner advantageous to a runner;

eine Anordnung bereitzustellen, die Energie in Übereinstimmung mit der natürlichen Fußbewegung eines Läufers speichert und freisetzt;to provide an arrangement that stores and releases energy in accordance with the natural foot motion of a runner;

einen Laufschuh bereitzustellen, der eine Anordnung hat, wo Energie, die während jedes Laufschrittes gespeichert wird, in einer Bewegungsrichtung des Läufers freigesetzt wird;to provide a running shoe having an arrangement where energy stored during each running stride is released in a direction of movement of the runner;

ein elastisches, blattfederartiges Bauteil für den Einbau in einen Schuh bereitzustellen, wobei das federartige Bauteil eine Lebensdauer von vielen Biegevorgängen hat;to provide an elastic, leaf spring-like component for installation in a shoe, the spring-like component having a service life of many bending operations;

ein elastisches, federartiges Bauteil bereitzustellen, das derart mit einem Schuh zusammenwirkt, daß es eine Biegeeigenschaft hat, die leicht an einen bestimmten Läufer anpaßbar ist;to provide a resilient, spring-like component that cooperates with a shoe in such a way that it has a flexural property that is easily adaptable to a particular runner;

ein elastisches, federartiges Bauteil für den Einbau in einen Schuh bereitzustellen, das eine Elastizitätseigenschaft hat, die leicht anpaßbar ist, um die Elastizitätseigenschaft einer Oberfläche (eines Belages), auf der (dem) gelaufen wird, zu ergänzen bzw. zu vervollkommnen; undto provide an elastic, spring-like component for incorporation into a shoe, having an elastic property that is readily adaptable to complement or perfect the elastic property of a surface on which walking takes place; and

ein elastisches federartiges Bauteil, das leicht in einen Laufschuh eingebaut werden kann, bereitzustellen.to provide an elastic spring-like component that can be easily incorporated into a running shoe.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Schuh der Art bereitgestellt, die auf dem Fuß eines Menschen getragen wird, um auf einer Oberfläche einer im voraus festlegbaren Betätigung nachzugehen, wobei der SchuhAccording to the present invention there is provided a shoe of the kind worn on the foot of a human being for performing a predeterminable activity on a surface, the shoe

eine biegsame äußere Sohleneinrichtung, die dazu dient, mit der Oberfläche in Berührung zu kommen,a flexible outer sole device which serves to come into contact with the surface,

und eine biegsame elastische Einrichtung aufweist, die eine im voraus festgelegte federartige Biegeeigenschaft hat und bezüglich der biegsamen äußeren Sohleneinrichtung im Inneren des Schuhs angeordnet ist, wobei die biegsame elastische Einrichtung und die biegsame äußere Sohleneinrichtung derart eingerichtet sind, daß sie sich als Reaktion auf eine Biegung des Fußes des Menschen während eines Schrittes der im voraus festlegbaren Betätigung im wesentlichen im Bereich des Ballens des Fußes des Menschen zusammen (durch) biegen, wodurch Energie, die durch den Menschen zugeführt wird, in der biegsamen elastischen Einrichtung als Reaktion auf die Biegung während jedes solchen Schrittes gespeichert wird und freigesetzt wird, während der Fuß des Menschen von der Oberfläche hochgehoben wird, wobei die Energie, die von der biegsamen elastischen Einrichtung freigesetzt wird, zu dem Menschen in Form einer Kraft zurückgeführt wird, die eine Betragseigenschaft hat und über einen Zeitabschnitt auf den Menschen ausgeübt wird, wobei der Betrag und der Zeitabschnitt auf die im voraus festgelegte Biegeeigenschaft der biegsamen elastischen Einrichtung reagieren, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame elastische Einrichtung eine Schicht aus in einem Epoxidharzmaterial eingegossenem Kohlenstoffasermaterial aufweist, wobei die Schicht aus Kohlenstofffasermaterial Kohlenstoffasern hat, die darin im wesentlichen unter Ausrichtung angeordnet sind, wobei ferner mindestens eine weitere Schicht aus dem in dem Epoxidharzmaterial eingegossenen Kohlenstoffasermaterial bereitgestellt ist, wobei die Kohlenstoffasern der erwähnten Schichten in im voraus festgelegten Orientierungswinkeln zueinander und zu einer Längsachse des Schuhs angeordnet sind, um die im voraus festgelegte Biegeeigenschaft zu erzielen.and a flexible elastic means having a predetermined spring-like bending characteristic and disposed within the interior of the shoe with respect to the flexible outer sole means, the flexible elastic means and the flexible outer sole means being arranged to bend together substantially in the region of the ball of the human's foot in response to a bending of the human's foot during a step of the predetermined actuation, whereby energy supplied by the human is stored in the flexible elastic means in response to the bending during each such step and is released as the human's foot is lifted from the surface, the Energy released from the flexible elastic device is returned to the human in the form of a force having a magnitude characteristic and exerted on the human over a period of time, the magnitude and the period of time being responsive to the predetermined bending characteristic of the flexible elastic device, characterized in that the flexible elastic device comprises a layer of carbon fiber material cast in an epoxy resin material, the layer of carbon fiber material having carbon fibers arranged therein substantially in alignment, further comprising at least one further layer of the carbon fiber material cast in the epoxy resin material, the carbon fibers of said layers being arranged at predetermined orientation angles to one another and to a longitudinal axis of the shoe to achieve the predetermined bending characteristic.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann das Material, das das biegsame elastische Bauteil bildet, ein kohlenstoffaserverstärktes Epoxidharz sein, das aus mehr als einer Schicht gebildet ist. Die Gestaltung und die Dicke jeder Schicht sowie die Zahl solcher Schichten können derart gewählt werden, daß die im voraus festgelegte Biegeeigenschaft erzielt wird. Das biegsame elastische Bauteil wird auf diese Weise an das Gewicht und andere Eigenschaften des Trägers angepaßt. Bei einer Ausführungsform sind die verschiedenen Schichten miteinander verbunden bzw. verklebt. Außerdem kann das gesamte biegsame elastische Bauteil zwischen einer äußeren Sohle des Schuhs und einer inneren Sohle bzw. Einlagesohle davon, die mit dem Fuß des Trägers in Berührung kommt, liegen.In one embodiment of the invention, the material forming the flexible elastic member may be a carbon fiber reinforced epoxy resin formed from more than one layer. The configuration and thickness of each layer, as well as the number of such layers, may be selected to achieve the predetermined bending property. The flexible elastic member is thus adapted to the weight and other characteristics of the wearer. In one embodiment, the various layers are bonded or glued together. In addition, the entire flexible elastic member may be located between an outer sole of the shoe and an inner sole or insole thereof which comes into contact with the wearer's foot.

Jede Schicht aus faserverstärktem polymerem Material kann eine Biegeeigenschaft haben, die richtungsabhängig ist und aus der Orientierung der Verstärkungsfasern in dem Material resultiert. Solch ein Material kann typischerweise in der Richtung der Faserorientierung größeren Kräften wie z.B. Biegekräften standhalten als quer dazu. Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann jede der verschiedenen Schichten aus faserverstärktem Material, die das biegsame elastische Bauteil bilden, für die Biegeeigenschaft einen Richtungsaspekt haben. Solche Schichten können derart angeordnet sein, daß die Richtungen der Faserorientierung jeweils in Winkeln zueinander verlaufen. Auf diese Weise kann die Längs- und die Quer-Biegeeigenschaft des biegsamen elastischen Bauteils auf eine bestimmte Betätigung, der der Mensch, der den Schuh trägt, erwartungsgemäß nachgehen wird, abgestimmt werden. Bei einer bestimmten zur Erläuterung dienenden Ausführungsform sind die Schichten derart angeordnet, daß die Faserorientierung von einigen der Schichten in der Längsrichtung des Schuhs verläuft, während andere solche Schichten einen Winkel von 45º zu einer der beiden Seiten davon haben. Für die meisten Anwendungen wird das biegsame elastische Bauteil in der Längsrichtung steifer sein. Wie angegeben wurde, kann die Steifigkeit des biegsamen elastischen Bauteils durch Veränderung der Zahl der Schichten aus faserverstärktem Material sowie der Winkelorientierungen der Schichten auf bestimmte Anwendungen abgestimmt werden. Es ist klar, daß die besondere Biegeeigenschaft, die in irgendeinen gegebenen Schuh einzubauen ist, auf das Gewicht des Trägers, den Laufstil des Trägers, die Art der besonderen Betätigung, der der Träger erwartungsgemäß nachgehen wird, und die Eigenschaften der Oberfläche (des Belages), auf der (dem) eine solche Betätigung stattfindet, abgestimmt sein sollte. Für einen schweren Läufer ist ein ziemlich steifes biegsames elastisches Bauteil erforderlich, und das biegsame elastische Bauteil eines auf einen solchen Läufer abgestimmten Schuhs würde deshalb unabhängig von der Schuhgröße mit einer größeren Zahl von Schichten aus Kohlenstoffasermaterial gebildet werden. Außerdem machen Kurzstreckenläufer steifere biegsame elastische Bauteile erforderlich als Marathonläufer, weil dem Fuß des Läufers beim Kurzstreckenlauf größere Kräfte und Trägheitsbelastungen auferlegt werden als bei langsameren Läufen wie z.B. dem Marathonlauf. Fußball- bzw. Footballspieler, die im allgemeinen Schwerathleten sind und sprinten müssen, würden in ihren Schuhen verhältnismäßig steife elastische Bauteile benötigen.Each layer of fiber-reinforced polymeric material may have a bending property that is directionally dependent and results from the orientation of the reinforcing fibers in the material. Such a material can typically withstand greater forces, such as bending forces, in the direction of fiber orientation than transversely thereto. In one embodiment of the invention each of the various layers of fiber reinforced material forming the flexible elastic member may have a directional aspect to the bending property. Such layers may be arranged such that the directions of fiber orientation are at angles to each other. In this way, the longitudinal and transverse bending properties of the flexible elastic member may be tailored to a particular activity that the person wearing the shoe is expected to engage in. In one particular illustrative embodiment, the layers are arranged such that the fiber orientation of some of the layers is in the longitudinal direction of the shoe while other such layers are at an angle of 45° to either side thereof. For most applications, the flexible elastic member will be stiffer in the longitudinal direction. As indicated, the stiffness of the flexible elastic member may be tailored to particular applications by varying the number of layers of fiber reinforced material as well as the angular orientations of the layers. It will be appreciated that the particular flexural property to be incorporated into any given shoe should be tailored to the weight of the wearer, the running style of the wearer, the type of particular activity the wearer is expected to engage in, and the characteristics of the surface on which such activity takes place. A heavy runner will require a fairly stiff flexible elastic member, and the flexible elastic member of a shoe designed for such a runner would therefore be formed with a greater number of layers of carbon fiber material, regardless of shoe size. In addition, sprint runners require stiffer flexible elastic members than marathon runners because greater forces and inertial loads are imposed on the runner's foot during sprint running than during slower races such as the marathon. Soccer or football players, who are generally heavy athletes and must sprint, would require relatively stiff elastic members in their shoes.

Die vorliegende Erfindung basiert mindestens zum Teil auf der Erkenntnis, zu der der Erfinder hierbei gekommen ist, daß die Erzielung einer wirksamen Energierückführung zu einem Läufer, die ausreicht, um die Leistung des Trägers bei einer gegebenen Betätigung zu verbessern, Schuhe erfordert, in die elastische, federartige Bauteile eingebaut sind, die bedeutend steifer sind oder eine größere Biegesteifigkeit haben als übliche Leichtathletikschuhe. Diese Auffassung erfordert die Annahme einer Voraussetzung, die zu dem Lösungsweg, der von heutigen Schuhgestaltern und -herstellern anerkannt wird, völlig im Gegensatz steht.The present invention is based, at least in part, on the discovery made by the inventor hereof that achieving effective energy return to a runner sufficient to improve the wearer's performance in a given activity requires shoes incorporating resilient, spring-like members that are significantly stiffer or have greater flexural rigidity than conventional athletic shoes. This notion requires the adoption of a premise that is entirely contrary to the approach accepted by present-day shoe designers and manufacturers.

Die allgemein anerkannte Ansicht besteht darin, daß die Geschwindigkeit und der Komfort eines Läufers durch die Verwendung leichter und biegsamer Schuhe verbessert werden. Anscheinend glaubt man nach dem Stand der Technik, daß diese Ansicht durch die klassische Mechanik erzwungen wird, die annimmt, daß eine Verminderung der Kraft, die erforderlich ist, um den Schuh während seiner Verwendung zu biegen, und eine Verminderung der Masse des Schuhs schließlich zu einer Verminderung der Gesamtenergie führen, die durch den Anwender des Schuhs eingesetzt werden muß, und dadurch eine Verbesserung der Geschwindigkeit und der Ausdauer des Läufers herbeiführen.The generally accepted view is that the speed and comfort of a runner are improved by the use of light and flexible shoes. Apparently, the current art believes that this view is forced by classical mechanics, which assumes that a reduction in the force required to bend the shoe during its use and a reduction in the mass of the shoe will ultimately lead to a reduction in the total energy that must be exerted by the user of the shoe and thereby bring about an improvement in the speed and endurance of the runner.

Gemäß einer praktischen Ausführungsform der Erfindung wird das biegsame elastische Bauteil aus mehr als einer Schicht aus Kohlenstoffasermaterial gebildet, wobei diese Schichten in ein sich verfestigendes Material wie z.B. Epoxidharz eingegossen werden können. Bei einem Renn- bzw. Laufschuh, wo nur mäßige Seiten- oder Querbelastungen auftreten, ist es erwünscht, eine bedeutende Längssteifigkeit im wesentlichen entlang der Achse des Fußes zu erzielen, wobei diese Steifigkeit derart wirkt, daß sie in einer federartigen Weise einer Biegung des Schuhs in der Nähe der Enden der Mittelfußknochen des Fußes widersteht.According to a practical embodiment of the invention, the flexible elastic member is formed from more than one layer of carbon fiber material, which layers can be cast in a setting material such as epoxy resin. In a racing or running shoe where only moderate lateral or transverse loads occur, it is desirable to achieve a significant longitudinal stiffness substantially along the axis of the foot, which stiffness acts to resist, in a spring-like manner, bending of the shoe near the ends of the metatarsal bones of the foot.

Bei einer Laufschuh-Ausführungsform der Erfindung ist es erwünscht, die Quersteifigkeit zu minimieren. Bedeutende Beträge der Quersteifigkeit können zwar vermieden werden, indem die Fasern der Kohlenstoffschichten in Längsrichtung bezüglich des Fußes des Anwenders ausgerichtet werden, jedoch läßt es die resultierende Abwesenheit einer Querstütze zu, daß das Epoxidharz des Gußteils in einer Richtung entlang den Kohlenstoffasern bricht. Folglich wird bei einer praktischen Ausführungsform ein Kompromiß erzielt, indem die Kohlenstoffaserschichten in im voraus festgelegten Winkeln zueinander orientiert werden, wodurch die Schichten mit Versetzungen angeordnet werden, die Drehungen von etwa 10º von der Längsachse entsprechen.In a running shoe embodiment of the invention, it is desirable to minimize transverse stiffness. Although significant amounts of transverse stiffness can be avoided by Fibers of the carbon layers can be aligned longitudinally with respect to the user's foot, but the resulting absence of cross support allows the epoxy of the casting to fracture in a direction along the carbon fibers. Consequently, in a practical embodiment, a compromise is achieved by orienting the carbon fiber layers at predetermined angles to each other, thereby arranging the layers with offsets corresponding to rotations of about 10º from the longitudinal axis.

Bei einer in hohem Maße vorteilhaften Ausführungsform, insbesondere in bezug auf Schuhe im Bereich der Männergrößen 8 bis 12, wird das elastische federartige Bauteil aus vier Schichten aus Kohlenstoffasermaterial gebildet. Die erste Schicht wird derart angeordnet, daß ihre ausgerichteten Kohlenstoffasern mit einer Orientierung von 10º im Gegenzeigersinn (+10º) bezüglich der Längsachse angeordnet sind, und die zweite Schicht wird mit einer Orientierung von 10º im Uhrzeigersinn (-10º) angeordnet. Um Symmetrie zu erzielen und dadurch eine Verformung während des Aushärtens des zum Einbetten dienenden Epoxidharzes in der Form zu vermeiden, werden die dritte und die vierte Schicht mit -10º bzw. +10º angeordnet.In a highly advantageous embodiment, particularly with respect to shoes in the range of men's sizes 8 to 12, the elastic spring-like member is formed from four layers of carbon fiber material. The first layer is arranged such that its aligned carbon fibers are arranged with an orientation of 10º counterclockwise (+10º) with respect to the longitudinal axis, and the second layer is arranged with an orientation of 10º clockwise (-10º). To achieve symmetry and thereby avoid deformation during curing of the embedding epoxy resin in the mold, the third and fourth layers are arranged with -10º and +10º respectively.

Ein Schuh, der unter Anwendung des vorstehend beschriebenen biegsamen elastischen Bauteils gestaltet wird, wird folglich im Sinne der Energiespeicherung und -rückführung in einem Bereich eingestellt, bei dem die Vorteile der vorliegenden Erfindung für einen großen Anteil der Bevölkerung erzielt würden. Wie vorstehend angegeben wurde, kann die Einstellung der Schuhe auf bestimmte Einzelpersonen in verschiedener Weise einschließlich der Verwendung verschiedener Zahlen von Kohlenstoffaserschichten in dem elastischen Bauteil erzielt werden. Für die Größen 4 bis 8 können beispielsweise zwei oder drei Kohlenstoffaserschichten verwendet werden.A shoe designed using the flexible elastic member described above will thus be adjusted for energy storage and return in a range where the benefits of the present invention would be achieved for a large proportion of the population. As indicated above, adjustment of the shoes to specific individuals can be achieved in a variety of ways including the use of different numbers of carbon fiber layers in the elastic member. For example, for sizes 4 to 8, two or three carbon fiber layers can be used.

Der Schuh der vorliegenden Erfindung ist nicht so biegsam wie übliche Laufschuhe. Außerdem können bestimmte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schuhs schwerer sein als übliche Schuhe. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden folglich in einer Weise erzielt, die zu der gegenwärtigen Meinung der Fachleute auf dem Gebiet der Schuhherstellung im Gegensatz zu stehen scheint.The shoe of the present invention is not as flexible as conventional running shoes. In addition, certain embodiments of the shoe according to the invention can be heavier than conventional shoes. The advantages of the present invention are thus achieved in a manner that appears to be contrary to the current opinion of those skilled in the art of shoe manufacturing.

Wie vorstehend erwähnt wurde, ist es möglich, daß bei Laufschuhen Quersteifigkeit unerwünscht ist. Eine bedeutende Quersteifigkeit verstärkt die Neigung des Trägers zur Pronation, die sich unmittelbar nach dem Auftreffen des Absatzes auf den Boden während des Laufens als schnelle mediale Verschiebung im Druckzentrum zeigt. Es gibt jedoch Betätigungen wie z.B. Tennis oder Basketball, bei denen der Teilnehmer - besonders während schneller Richtungsänderungen - hohe Querbelastungen ausüben muß. Gemäß der Erfindung sind Schuhe, die für diese Betätigungsarten gestaltet sind, vorzugsweise mit einer bedeutenden Seitensteifigkeit versehen, die erzielt werden kann, indem die Orientierungswinkel der ausgerichteten Kohlenstoffasern von etwa ±10º auf ±90º erhöht werden.As mentioned above, it is possible that lateral stiffness is undesirable in running shoes. Significant lateral stiffness increases the wearer's tendency to pronate, which manifests itself as a rapid medial shift in the center of pressure immediately after the heel strikes the ground during running. However, there are activities such as tennis or basketball in which the participant must exert high lateral loads, especially during rapid changes of direction. According to the invention, shoes designed for these types of activities are preferably provided with significant lateral stiffness, which can be achieved by increasing the orientation angles of the aligned carbon fibers from about ±10º to ±90º.

Bei einigen Ausführungsformen ist das biegsame elastische Bauteil im allgemeinen eben und erstreckt sich nur in den ganzen vordersten zwei Dritteln des Schuhs. Der Absatzteil eines solchen Schuhs könnte mit einem Polstermaterial versehen werden, das Stoßkräfte und -belastungen aufnimmt und umverteilt. Bei anderen Ausführungsformen erstreckt sich das biegsame elastische Bauteil jedoch über die ganze Länge des Schuhs und kann am Absatz des Schuhs derselben Funktion dienen, die vorstehend für die Biegung im Bereich der Enden der Mittelfußknochen des Fußes des Trägers beschrieben wurde. Außerdem muß das biegsame elastische Bauteil nicht vollständig eben sein und kann statt dessen in einer mit der Sohle des Schuhs übereinstimmenden Weise gekrümmt bzw. gebogen sein. Das biegsame elastische Bauteil kann beispielsweise im Bereich der Vorderseite des Schuhs nach oben gekrümmt sein.In some embodiments, the flexible elastic member is generally flat and extends only throughout the front two-thirds of the shoe. The heel portion of such a shoe could be provided with a cushioning material that absorbs and redistributes shock forces and loads. However, in other embodiments, the flexible elastic member extends the entire length of the shoe and can serve the same function at the heel of the shoe as described above for the bending in the region of the ends of the metatarsal bones of the wearer's foot. In addition, the flexible elastic member need not be completely flat and can instead be curved or bent in a manner consistent with the sole of the shoe. For example, the flexible elastic member can be curved upwardly in the region of the front of the shoe.

Bei Ausführungsformen der Erfindung, bei denen sich das biegsame elastische Bauteil nicht über die ganze Länge des Schuhs erstreckt, kann der hintere Teil des Schuhs mit einer Zwischenlage versehen sein, die aus einem elastischen Dämpfungsmaterial gebildet ist. Solch eine Zwischenlage kann aus einem Polstermaterial einschließlich eines handelsüblichen Kraftverteilungsmaterials, das unter der Handelsbezeichnung Sorbothane vertrieben wird, gebildet werden. Wenn dieses Material einer stoßartigen Belastung unterzogen wird, wirkt es etwa wie eine Flüssigkeit, da es die Belastung überall in sich selbst verteilt. Dies hat die Wirkung einer Verminderung der Gesamt-Stoßkraft, die von irgendeiner gegebenen Stelle im Bereich der Ferse des Fußes des Trägers des erfindungsgemäßen Schuhs empfunden wird.In embodiments of the invention in which the flexible elastic component does not extend over the entire length of the shoe, the rear part of the shoe can be provided with an intermediate layer formed from a resilient cushioning material. Such an intermediate layer may be formed from a cushioning material including a commercially available force distribution material sold under the trade name Sorbothane. When this material is subjected to an impact load, it acts somewhat like a fluid in that it distributes the load throughout itself. This has the effect of reducing the total impact force felt by any given point in the heel region of the foot of the wearer of the shoe according to the invention.

Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung wird eine Einlagesohle bereitgestellt, um eine unmittelbare Berührung des Fußes des Trägers mit dem biegsamen Bauteil zu verhindern. Solch eine unmittelbare Berührung könnte dazu führen, daß dem Fuß des Trägers, besonders in dem Bereich der Enden der Mittelfußknochen, Blutergüsse oder andere Verletzungen zugefügt werden. Die Verhinderung oder Verminderung dieser Verletzungsart kann zu einer bedeutenden Verbesserung der sportlichen Leistung des Trägers führen. Außerdem können bestimmte Ausführungsformen der Erfindung mit einem Mittelfußpolster versehen werden, das sich an der Einlagesohle in einem Bereich davon befindet, der einer Stelle unmittelbar hinter den Enden der Mittelfußknochen des Fußes des Trägers entspricht. Solch ein Mittelfußpolster hat die Wirkung, daß der Fuß in geringem Maße angehoben wird, um die Belastung, die auf die Enden der Mittelfußknochen ausgeübt wird, zu mildern. Dies kann natürlich die Ermüdung vermindern und die Leistung verbessern. Zusätzlich zu dem vorhergehenden kann die Einlagesohle mit einem Mittelfußkissen versehen werden, das sich unmittelbar unter den Enden der Mittelfußknochen befindet. Solch ein Kissen würde dazu dienen, die Kräfte, die auf die Enden der Mittelfußknochen ausgeübt werden, gleichmäßiger zu verteilen.In other embodiments of the invention, an insole is provided to prevent direct contact of the wearer's foot with the flexible member. Such direct contact could result in bruising or other injuries to the wearer's foot, particularly in the area of the metatarsal ends. Preventing or reducing this type of injury can result in a significant improvement in the wearer's athletic performance. In addition, certain embodiments of the invention can be provided with a metatarsal pad located on the insole in an area thereof corresponding to a location immediately behind the metatarsal ends of the wearer's foot. Such a metatarsal pad has the effect of slightly elevating the foot to alleviate the load exerted on the metatarsal ends. This can of course reduce fatigue and improve performance. In addition to the above, the insole can be provided with a metatarsal cushion, located immediately under the ends of the metatarsal bones. Such a cushion would serve to distribute the forces exerted on the ends of the metatarsal bones more evenly.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wirkt das biegsame elastische Bauteil derart mit der äußeren Sohle und dem Absatz des Schuhs zusammen, daß eine abgestimmte Reaktion erzielt wird. Folglich wirkt das biegsame elastische Bauteil als Feder, während die äußere Sohle und der Absatz als Dämpfungsmittel wirken. Außerdem kann auch die Einlagesohle als Dämpfungsmittel wirken. Die Dämpfungsmittel können die Verminderung eines oder mehr als eines Schwingungstyps der Stoßwelle unterstützen, die in dem Bein eines Läufers durch den Stoß beim Auftreffen des Fußes erzeugt wird, und kann auch die Abstimmung des Systems auf die besonderen Laufeigenschaften des Trägers unterstützen. Desgleichen kann bei Ausführungsformen der Erfindung, bei denen sich das biegsame elastische Bauteil bis zu der Rückseite des Schuhs erstreckt, um in dem Absatzbereich seine vorteilhafte Wirkung zu erzielen, ein Polstermaterial in diesem Bereich zum Dämpfen von Schwingungen dienen, wie es vorstehend beschrieben wurde.According to a preferred embodiment of the invention, the flexible elastic component interacts with the outer sole and the heel of the shoe in such a way that a coordinated reaction is achieved. Thus, the flexible elastic member acts as a spring, while the outer sole and heel act as a damping means. In addition, the insole may also act as a damping means. The damping means may assist in reducing one or more than one type of vibration of the shock wave generated in the leg of a runner by the impact of foot strike, and may also assist in tuning the system to the particular running characteristics of the wearer. Likewise, in embodiments of the invention in which the flexible elastic member extends to the back of the shoe to achieve its beneficial effect in the heel area, a cushioning material may serve to dampen vibrations in that area, as described above.

Short description of the drawing

Das Verständnis der Erfindung wird durch Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung erleichtert, in der:The understanding of the invention will be facilitated by reading the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings in which:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines gemäß der Erfindung gestalteten Schuhs ist;Figure 1 is a sectional view of a shoe designed according to the invention;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist, bei der verschiedene Bauteile entfernbar sind;Fig. 2 is a sectional view of another embodiment of the invention in which various components are removable;

Fig. 3 und 4 eine Seiten-Schnittzeichnung bzw. eine Draufsicht einer für die Verwendung bei der Erfindung geeigneten Einlagesohlen-Ausführungsform sind undFigs. 3 and 4 are a side sectional view and a plan view, respectively, of an insole embodiment suitable for use in the invention, and

Fig. 5 eine Schnittdarstellung eines gemäß der Erfindung gestalteten Schuhs ist, der ein gekrümmtes biegsames elastisches Bauteil und die Einlagesohle von Fig. 4 hat.Fig. 5 is a sectional view of a shoe designed according to the invention having a curved flexible elastic member and the insole of Fig. 4.

Detailed description

Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung eines gemäß der Erfindung gestalteten Schuhs 10. Wie gezeigt ist, hat der Schuh 10 einen oberen Teil 11, der in einer auf dem Fachgebiet bekannten Weise gestaltet sein kann. Der Schuh hat eine äußere Sohle 12, die bei dieser Ausführungsform als äußerste Sohlenschicht dient. Ein biegsames elastisches Bauteil 13 ist derart angeordnet, daß es mit der äußeren Sohle 12 in Verbindung steht, und erstreckt sich in dem ganzen vorderen Teil des Schuhs. Im hinteren Teil des Schuhs steht jedoch eine Polster-Zwischenlage 15 mit der äußeren Sohle in Verbindung und dient zum Dämpfen und Verteilen von Stoßkräften, die erzeugt werden, wenn der Absatzteil des Schuhs während des Laufens zur Berührung mit dem (nicht gezeigten) Boden gedrängt wird. Die Polster-Zwischenlage 15 dient außerdem dazu, das biegsame elastische Bauteil an der richtigen Stelle zu halten und zu vermeiden, daß es sich rückwärts verschiebt.Fig. 1 is a sectional view of a shoe 10 constructed in accordance with the invention. As shown, the shoe 10 has an upper portion 11 which may be constructed in a manner known in the art. The shoe has an outer sole 12 which in this embodiment serves as the outermost sole layer. A flexible elastic member 13 is arranged to communicate with the outer sole 12 and extends throughout the front part of the shoe. In the rear part of the shoe, however, a cushioning liner 15 communicates with the outer sole and serves to cushion and distribute shock forces generated when the heel part of the shoe is urged into contact with the ground (not shown) during walking. The cushioning liner 15 also serves to hold the flexible elastic member in place and prevent it from shifting backwards.

Das biegsame elastische Bauteil und die Polster-Zwischenlage sind bei dieser Ausführungsform durch eine Brandsohle 16 bedeckt. Diese Ausführungsform ist außerdem mit einer weichen Polsterschicht 17 versehen. Die Brandsohle und die Polsterschicht dienen dazu, dem Träger Bequemlichkeit bereitzustellen, während ferner der Fuß des Trägers vor einer unmittelbaren Berührung mit dem biegsamen elastischen Bauteil geschützt wird. Bei dieser besonderen Ausführungsform ist die Polsterschicht 17 in der Nähe des Absatzteils des Schuhs mit einer zusätzlichen Dicke ausgestattet. Diese zusätzliche Dicke liefert eine zusätzliche dämpfende Stütze, die während des Laufens die Übertragung von Spitzenkräften auf die Ferse des Trägers vermindert.The flexible elastic member and the cushioning interlayer in this embodiment are covered by an insole 16. This embodiment is also provided with a soft cushioning layer 17. The insole and the cushioning layer serve to provide comfort to the wearer, while also protecting the wearer's foot from direct contact with the flexible elastic member. In this particular embodiment, the cushioning layer 17 is provided with an additional thickness near the heel portion of the shoe. This additional thickness provides additional cushioning support which reduces the transfer of peak forces to the wearer's heel during walking.

Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung eines Schuhs 20, der gemäß der Erfindung derart gestaltet ist, daß er entfernbare Bauteile hat. Dieser Schuh hat einen oberen Teil 21, der in üblicher Weise gestaltet sein kann. Der Schuh ist außerdem mit einer äußeren Sohle 22 und einem biegsamen elastischen Bauteil 23 versehen. Bei dieser Ausführungsform steht jedoch eine Brandsohle 24 in unmittelbarer Verbindung mit der äußeren Sohle 22 und liegt zwischen der äußeren Sohle und dem biegsamen elastischen Bauteil. Im Absatzteil des Schuhs ist eine Polster-Zwischenlage 25 bereitgestellt. Im Gegensatz zu der Ausführungsform von Fig. 1 sind jedoch die Polster-Zwischenlage und das biegsame elastische Bauteil bei der Ausführungsform von Fig. 2 entfernbar. Wenn sie auf diese Art entfernt sind, kann der Schuh 20 als gewöhnlicher Schuh verwendet werden, bei dem der Fuß des Trägers mit der Brandsohle 24 unmittelbar in Berührung kommt. Es ist gezeigt, daß die Polster-Zwischenlage 25 mit dem biegsamen elastischen Bauteil verbunden ist. Es kann irgendeine von verschiedenen bekannten Verbindungsanordnungen angewandt werden, um sicherzustellen, daß die Polster-Zwischenlage und das biegsame elastische Bauteil ihre Lagen zueinander beibehalten. Bei dieser besonderen Ausführungsform ist auf der Oberseite des biegsamen elastischen Bauteils und der Polster-Zwischenlage eine weiche Polster-Einlagesohle 27 bereitgestellt. Die Polsterschicht 27 ist natürlich entfernbar, wodurch ein Zugang zu dem biegsamen elastischen Bauteil und der Polster-Zwischenlage, die entfernbar sind, erlaubt wird.Fig. 2 is a sectional view of a shoe 20 designed in accordance with the invention to have removable components. This shoe has an upper part 21 which may be designed in a conventional manner. The shoe is also provided with an outer sole 22 and a flexible elastic member 23. In this embodiment, however, an insole 24 is in direct connection with the outer sole 22 and lies between the outer sole and the flexible elastic member. A cushioning interlayer 25 is provided in the heel part of the shoe. In contrast to the embodiment of Fig. 1, however, the cushioning interlayer and the flexible elastic member are removable in the embodiment of Figure 2. When removed in this way, the shoe 20 can be used as an ordinary shoe with the wearer's foot coming into direct contact with the insole 24. The cushioning liner 25 is shown connected to the flexible elastic member. Any of various known connecting arrangements may be used to ensure that the cushioning liner and flexible elastic member maintain their positions relative to one another. In this particular embodiment, a soft cushioning insole 27 is provided on top of the flexible elastic member and the cushioning liner. The cushioning layer 27 is of course removable, thereby allowing access to the flexible elastic member and the cushioning liner, which are removable.

Fig. 3 und 4 sind eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht einer zur Erläuterung dienenden Ausführungsform einer Polster-Einlagesohle 30, die für die Verwendung bei den Schuh-Ausführungsformen von Fig. 1 und 2 geeignet ist. Die Polster-Einlagesohle 30 kann in üblicher Weise gebildet werden. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch ein Mittelfußpolster 32 bereitgestellt, das an der Polster-Einlagesohle in einem Bereich davon angeordnet ist, der einer Stelle unmittelbar hinter den Enden der Mittelfußknochen des Fußes des Trägers entspricht. Die Polster-Einlagesohle ist außerdem mit einem Mittelfußkissen 33 versehen, das derart angeordnet ist, daß es mit den Enden der Mittelfußknochen des Fußes des Trägers in Verbindung steht. Bei dieser Ausführungsform hat das Mittelfußkissen 33 dieselbe Dikke wie der übrige Teil der Polster-Einlagesohle.3 and 4 are a side view and a plan view, respectively, of an illustrative embodiment of a cushioned insole 30 suitable for use with the shoe embodiments of Figs. 1 and 2. The cushioned insole 30 may be formed in a conventional manner. However, in this embodiment, a metatarsal pad 32 is provided which is disposed on the cushioned insole in a region thereof corresponding to a location immediately behind the ends of the metatarsal bones of the wearer's foot. The cushioned insole is also provided with a metatarsal pad 33 which is disposed to engage the ends of the metatarsal bones of the wearer's foot. In this embodiment, the metatarsal pad 33 has the same thickness as the remainder of the cushioned insole.

Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung eines gemäß der Erfindung gestalteten Schuhs 50, bei dem die vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 beschriebene Einlagesohle verwendet wird. Diese Ausführungsform der Erfindung hat eine äußere Sohle 52 und ein unmittelbar darüber angeordnetes biegsames elastisches Bauteil 53. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich das biegsame elastische Bauteil nur über einen Teil der Länge des Schuhs, wobei eine Polster-Zwischenlage 55 bereitgestellt ist, die in der vorstehend unter Bezugnahme auf die Polster-Zwischenlagen von Fig. 1 und 2 beschriebenen Weise wirkt. Die Polster-Zwischenlage kann aus einem viskosen Material gebildet werden, das die Ferse abfedert und auch zur Dämpfung von Schwingungen des biegsamen elastischen Bauteils dient. Das biegsame elastische Bauteil kann sich alternativ bis zu der Rückseite des Schuhs 50 erstrecken, wodurch die Notwendigkeit einer Polster-Zwischenlage 55 vermieden wird. Bei einer solchen Ausführungsform wirken die äußere Sohle 52 und möglicherweise eine Brandsohle 56 alle mit dem Fuß des Trägers zusammen, um etwaige Schwingungen in dem biegsamen elastischen Bauteil zu dämpfen.Fig. 5 is a sectional view of a shoe 50 constructed in accordance with the invention, using the insole described above with reference to Figs. 3 and 4. This embodiment of the invention has an outer sole 52 and a flexible elastic member 53 disposed immediately thereabove. In this embodiment, the flexible elastic member extends only over a portion of the length of the shoe, a cushioning liner 55 is provided which functions in the manner described above with reference to the cushioning liners of Figures 1 and 2. The cushioning liner may be formed from a viscous material which cushions the heel and also serves to dampen vibrations of the flexible elastic member. The flexible elastic member may alternatively extend to the rear of the shoe 50, thereby avoiding the need for a cushioning liner 55. In such an embodiment, the outer sole 52 and possibly an insole 56 all cooperate with the wearer's foot to dampen any vibrations in the flexible elastic member.

Bei dieser besonderen Ausführungsform hat das biegsame elastische Bauteil 53 eine im voraus festgelegte Krümmung, die zur Bequemlichkeit des Trägers beitragen kann.In this particular embodiment, the flexible elastic member 53 has a predetermined curvature which can contribute to the comfort of the wearer.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird eine entfernbare Polster-Einlage 30 verwendet, wie sie vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 beschrieben wurde. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, stimmt die Polster-Einlagesohle 30 mit der Krümmung des Schuhs überein.This embodiment of the invention utilizes a removable cushion insert 30 as described above with reference to Figures 3 and 4. As shown in Figure 5, the cushion insert 30 conforms to the curvature of the shoe.

Die Erfindung ist zwar unter Bezugnahme auf besondere Ausführungsformen und Anwendungen beschrieben worden, jedoch können Fachleute angesichts dieser Lehre zusätzliche Ausführungsformen schaffen, ohne den Schutzbereich der beanspruchten Erfindung zu überschreiten oder von ihrem Sinn abzuweichen. Es versteht sich daher, daß die Zeichnung und die Beschreibung in dieser Offenbarung bereitgestellt werden, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, und nicht in dem Sinne aufgefaßt werden sollten, daß sie ihren Schutzbereich einschränken.While the invention has been described with reference to particular embodiments and applications, those skilled in the art may, in light of this teaching, devise additional embodiments without exceeding the scope or departing from the spirit of the claimed invention. It is therefore to be understood that the drawings and description in this disclosure are provided to facilitate an understanding of the invention and should not be construed as limiting its scope.

Claims

1. Shoe (10, 20, 50) of the type worn on the foot of a human being to perform a predetermined activity on a surface, the shoe

a flexible outer sole means (12, 22, 52) which serves to come into contact with the surface, and

a flexible elastic means (13, 23, 53) having a predetermined spring-like bending property and disposed in the interior of the shoe with respect to the flexible outer sole means, the flexible elastic means and the flexible outer sole means being arranged to bend together substantially in the region of the ball of the human's foot in response to a bending of the human's foot during a step of the predetermined actuation, whereby energy supplied by the human is stored in the flexible elastic means in response to the bending during each such step and is released as the human's foot is lifted from the surface, the energy released by the flexible elastic means being returned to the human in the form of a force having a magnitude property and exerted on the human over a period of time, the magnitude and the period of time being responsive to the predetermined bending property of the flexible elastic means react, characterized in that the flexible elastic means comprises a layer of carbon fibre material cast in an epoxy resin material, the layer of carbon fibre material having carbon fibres arranged therein substantially in alignment, further comprising at least one further layer of the carbon fibre material cast in the epoxy resin material, the carbon fibres of said layers being arranged in predetermined Orientation angles to each other and to a longitudinal axis of the shoe in order to achieve the predetermined bending property.

2. A shoe according to claim 1, wherein the predetermined angles are such as to achieve a predetermined mean bending characteristic having selectable longitudinal and transverse aspects.

3. A shoe according to claim 2, wherein the predeterminable mean bending characteristic is selected in response to a characteristic of a wearer.

4. A shoe according to claim 2 or claim 3, wherein the predeterminable mean flex characteristic is selected in response to a type of activity the wearer is expected to engage in.

5. A shoe according to any preceding claim, further comprising a metatarsal support means (32, 33) arranged to alleviate the weight pressure on the ends of the metatarsal bones of the wearer's foot.