DE4122086C2 - Sportschuh mit Absatzfederung und -stabilisierung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sportschuh mit Absatzfederung und -stabilisierung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Beim Gehen oder Laufen wird in den meisten Fällen der gesamte Fuß eingesetzt. Der Bewegungsablauf beginnt mit dem Aufsetzen der Ferse, gefolgt von einer Abrollbewe­ gung auf den Mittelfuß und dem abschließenden Abstoßen durch den Vorderfuß und die Zehen. Vor dem Aufsetzen der Ferse befindet sich der Fuß in einer gebogenen Stellung, d. h. er ist in einem in bezug zum Untergrund aufwärts gerichteten Winkel angeordnet, wobei er gleichzeitig nach außen gedreht ist. Beim Aufsetzen der Ferse werden die beteiligten Körpergelenke Knöchel, Knie und Hüfte gebeugt, um die Stoßwirkung abzufangen und zu absorbieren, und der Fuß rollt ab und dreht sich in einem Pronation genannten Vorgang nach innen.

Während dieses Ablaufs ist es im Zusammenhang mit der Landungsstabilität wünschenswert, so viel der durch das Aufsetzen des Fußes erzeugten Stoßenergie wie möglich zu absorbieren, um dem Läufer chronische oder trauma­ tische Verletzungen zu ersparen. Falls möglich, sollte, ebenfalls im Interesse einer guten Laufstabilität, die absorbierte Stoßenergie gespeichert und dem Fuß, aus Gründen der Verbesserung des energetischen Wirkungs­ grades, während der Abstoßbewegung des Schritts wieder zugeführt werden. Es ist ebenfalls wünschenswert, jeg­ liche Tendenz des Fußes zu einer Übersupination (Aus­ wärtsdrehung) oder zu einer Überpronation (Einwärtsdre­ hung) während des Kontakts des Fußes mit dem Boden so­ wohl aus medizinischen Gründen, als auch aus Gründen der Laufstabilität einzuschränken.

Es ist in der Schuhtechnik bekannt, Federvorrichtungen in den Sohlen von Schuhen, und insbesondere in deren Absätzen, vorzusehen, um die beim Laufen während des Auftreffens des Fußes auf den Boden erzeugte Stoßener­ gie zu speichern und wenigstens einen Teil dieser Ener­ gie zu dem Fuß des Trägers während des Anhebens des Fußes zurückzuführen. Es ist ebenfalls bekannt, quer- und längsverlaufende Versteifungselemente innerhalb der Sohle eines Schuhs vorzusehen, um der Übersupination bzw. Überpronation des Fußes des Trägers während des Laufs entgegenzuwirken.

In den US-Patenten 4 486 964 und 4 506 460 sind ver­ schiedene "Feder-Moderatoren" aus Kunststoff und wär­ mebehandeltem Stahl beschrieben, deren Hauptzweck es ist, die beim Auftreffen des Fußes entstehenden Kräfte gleichmäßiger und schneller an darunter liegende gas­ gefüllte Sohlenteile weiterzuleiten. Ein hufeisenför­ miges Fersenteil dieser Moderatoren wirkt mit dem Fuß als Teller-Feder zusammen, um während des Laufens Ener­ gie zu speichern und zurückzuführen, wobei bei einem Ausführungsbeispiel auch eine vertikale Stabilisierung des Knöchels vorgesehen ist.

In dem US-Patent 2 357 281 ist eine stoßfeste aufgebaute Absatzanordnung für Straßenschuhe offenbart, die eine Stahlfeder enthält.

US-Patent 2 394 281 beschreibt einen Absatz für einen Straßenschuh, mit dem eine Reduzierung auftretender Stöße erreicht wird. Die Laufsohle des Absatzes weist eine nach unten vorstehende Erhebung auf, über der sich ein Hohlraum befindet, in dem eine bogenförmige Blatt­ feder angebracht ist. Bei Belastung der Sohle wird die Erhebung in den Hohlraum gedrückt und absorbiert so einen Teil der Stoßenergie. Bei Entlastung drückt die Feder die Erhebung wieder aus dem Hohlraum heraus. Bei belasteter Sohle ist die Erhebung immer in den Hohlraum gedrückt. Dabei verliert die Feder durch Einspannung zwischen zwei starren Flächen, nämlich dem harten oberen Absatzteil und der gegen den Boden gedrückten Erhebung, ihre bidirektionale Federelastizität. Entsprechend kann diese Feder keine Energie speichern, die an den Fuß zurückgegeben werden könnte.

Aus dem US-Patent 4 709 489 ist ein stoßabsorbierender Aufbau eines Sportschuhs bekannt. Im Fersenbereich des Schuhs ist eine flexible Stahlplatte auf einem U-förmi­ gen, nicht zusammendrückbaren Stützteil angebracht. Die seitlichen Enden der Stahlplatte sind auf dem Stützteil abgestützt, wobei die Stahlplatte über der Ausnehmung des Stützteils angebracht ist. Bei Belastung verformt sich die Stahlplatte nach unten, speichert einen Teil der Stoßenergie und gibt diese bei Entlastung an den Fuß zurück. Bei verformter Stahlplatte bildet diese eine Mulde, in die die Ferse eingebettet ist. Dies sorgt für eine seitliche Stabilisierung des Fußes. Zur Vermeidung einer scharfen Endkante der Stahlplatte ist diese mit nach vorne ragenden Federfingern versehen.

US-Patent 4 881 329 offenbart eine weitere energiespei­ chernde Absatzfeder, die aus hoch zugfesten Materialien, wie Graphit und/oder Glasfasern und Harz formbar ist. Die Feder weist eine ovale Form auf und ist unterhalb der Ferse in einer Ausnehmung der Mittelsohle ange­ bracht. Bei Belastung wird die Feder zusammengedrückt und speichert die Energie, die bei Entlastung der Feder wieder teilweise an den Fuß zurückgegeben wird. Eine Seitenstabilisierung ist dabei nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Sportschuh die Eigenschaften der Stoßabsorption, der Energiespeicherung und der Fußstabilisierung zu optimie­ ren, damit er bei hoher Sicherheit leistungssteigernd wirkt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung schafft einen Sportschuh mit besonderen stoßabsorbierenden, energiespeichernden und fußstabili­ sierenden Eigenschaften, die sich durch die Ausbildung des Federelementes und seine Einkapselung in die Zwi­ schensohle ergeben. Das nach hinten gerichtete Feder­ teil, dessen Ende nach oben gerichtet ist und sich un­ terhalb des Fersenbeines des Schuhträgers befindet, wird während des Aufsetzens der Ferse nach unten gebogen, so daß es Energie speichert, die bei Freigabe auf die Ferse rückübertragen wird. Dabei ist der verhältnismäßig große Federweg günstig. Fußstabilisierende Eigenschaften er­ hält der Schuh durch die Einkapselung des Federelementes in die Mittelsohle, die ein seitliches Ausweichen der Ferse verhindert.

Die Vorrichtung weist eine dünne Platte von Fersengröße auf, die aus einem kräftigen, steifen, dennoch federnd flexiblen Verbundsandwich aus thermoplastischem Harz und Carbon-Glasfaserstoff besteht, der im Absatzbereich der Zwischensohle eines Sportschuhs eingekapselt ist. Die Platte weist zwei aufwärts gebogene Seitenränder, ein vorderes und ein hinteres Ende, sowie ein ein­ stückig angeformtes, sich nach hinten erstreckendes, nach oben geneigtes, vertikal wirkendes Federteil auf, das von der Platte ausgeht. Die Feder ist zungenartig ausgebildet und wird an der Plat­ te durch zwei offene Schlitze gebildet, die sich vom hinteren Ende nach vorn in die Platte hinein er­ strecken. Das Federteil ist derart angeordnet, daß es unter dem Fersenbein des Fußes des Trägers liegt und die Zwischensohle ist in einem Bereich unterhalb des Federteils abgelöst, um ein ungehindertes Abwärtsbiegen der Feder als Reaktion auf durch die Ferse aufgebrachte Kräfte zu ermöglichen. In der Laufsohle des Schuhs kann ein Anschlag- oder Dämpfungseinsatz ausgeformt sein, um die maximale Abwärtsbiegung der Feder zu begrenzen.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen im einzelnen erläu­ tert.

Fig. 1 ist eine Teilseitenansicht des Absatzes eines rechten Sportschuhs, in welcher die erfindungsgemäße Vorrichtung in gestrichelten Linien dargestellt ist;

Fig. 2 ist eine teilweise Unteransicht des Absatzes des Schuhs von Fig. 1 in Richtung der Linie 2-2 von Fig. 1, wobei die Vorrichtung ebenfalls in gestrichelten Linien dargestellt ist;

Fig. 3 ist eine teilweise Längsschnittdarstellung des in Fig. 1 und 2 dargestellten Schuhabsatzes und der Vorrichtung entlang der Linie 3-3 von Fig. 2;

Fig. 4 ist eine teilweise Querschnittdarstellung ent­ lang der Linie 4-4 von Fig. 2, gesehen gegen den hinte­ ren Teil des in Fig. 1 bis 3 dargestellten Schuhabsat­ zes und der Vorrichtung und

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht der erfindungs­ gemäßen Absatzfeder- und der Stabilisatorplattenvor­ richtung.

Wie am besten aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, weist ein Sportschuh 1 ein oberes Teil 2 und ein unteres oder Sohlenteil 3 auf. Der Schuh 1 kann je nach Verwendungs­ zweck und Ausbildung ein Tennisschuh, ein Laufschuh oder ein Allround-Schuh sein.

Das obere Teil 2 kann entweder hochschäftig oder mit niedrigem Schaft ausgebildet sein und aus Leder und/oder einer Reihe künstlicher Materialien einschließlich Vinyl bestehen. Das Sohlenteil 3 weist üblicherweise eine Zwischensohle 4 und eine Laufsohle 5 auf. Das Soh­ lenteil 3 kann ebenfalls eine (nicht dargestellte) Brandsohlenschicht aufweisen, die entweder einstückig mit der Zwischensohle 4 oder von dieser getrennt ausge­ bildet derart geformt ist, daß sie der Unterseite des Fußes des Trägers angepaßt ist und Fußlasten gleichmä­ ßiger auf die Zwischensohle verteilt.

Typische Materialien zur Herstellung von Zwischensohlen moderner Sportschuhe umfassen unter anderem geschäumtes Ethylen-Vinylazetat ("EVA")und geschäumtes Polyurethan ("PU"), die derart geformt werden können, daß sie das Vorsehen zahlreicher gewünschter funktioneller und or­ namentaler Details und verschiedener Abmessungen, sowie das Einkapseln von Vorrichtungen wie der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung in der Dicke der Zwischensohle wäh­ rend des Formvorgangs ermöglichen.

Materialien, die üblicherweise für die Laufsohle 5 ver­ wendet werden, umfassen verschiedene Kunstgummimateri­ alien und ungeschäumtes PU. Wie im Falle der Materi­ alien der Zwischensohle 4 sind diese Materialien eben­ falls gut geeignet, um gewünschte Eigenschaften und Muster auf der Unterseite oder den Außenseiten der Laufsohle 5 auszubilden, so zum Beispiel die in den Figuren dargestellten Stege 6.

In den Fig. 3-5 ist ein Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Absatzfeder- und Stabilisatorvorrichtung 10 für einen Sportschuh dargestellt. Die dargestellte Vorrichtung 10 ist für einen rechten Schuh 1, der eine von zwei Vorrichtungen aufweist, von denen jeweils eine in einem Schuh eines Paares angeordnet ist, bestimmt. Die linke Vorrichtung ist zu einer durch den Träger verlaufenden Sagittalebene in bezug auf die rechte Vor­ richtung 10 symmetrisch.

Die Vorrichtung 10 weist eine dünne ebene Platte 12 von Fersengröße auf, die aus einem kräftigen, steifen, je­ doch federnd flexiblen Material besteht, das im folgen­ den noch beschrieben wird. Die Vorrichtung wird, wie zuvor beschrieben, während der Formung der Zwischensoh­ le 4 in einer im wesentlichen horizontalen Position in dem federnden Material des Absatzbereichs der Zwischen­ sohle 4 eingekapselt.

Die Platte 12 wird vorzugsweise aus einer größeren Bahn ebenen Grundmaterials gestanzt und anschließend in noch zu beschreibender Weise aufgebaut. Die Platte weist zwei aufwärts gebogene Seitenränder 14A und 14B, ein vorderes und ein hinteres Ende 16 bzw. 18, sowie ein einstückig angeformtes, sich nach hinten erstreckendes, nach oben geneigtes, vertikal wirkendes Federteil 20 auf, das an der Platte durch zwei offene Schlitze 22A und 22B gebildet ist, die sich vom hinteren Ende 18 nach vorn in die Platte hinein erstrecken.

Die dargestellte Vorrichtung 10 kann aus verschiedenen Materialien gefertigt werden, wie zum Beispiel aus wär­ mebehandeltem Federstahl, jedoch ist das bevorzugte Material für das dargestellte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 ein Verbundsandwich aus einem thermopla­ stischen Harz mit Deckbahnen aus Fasergewebe oder einer Matrix aus Carbon und Glasfaserstoff. Das Material ist im US-Patent 4 778 717 näher be­ schrieben.

Das bevorzugte Material ist in Bahnen mit einer Dicke zwischen 0,889 mm und 1,397 mm erhältlich. Es weist, je nach Dicke, eine Zugfestigkeit, zwischen 1687,2 kg/cm² und 2952,6 kg/cm², sowie einen Elastizitätsmodul zwi­ schen 91 390 kg/cm² und 253 080 kg/cm² (1,3 und 3,6 Mil­ lionen psi.) auf. Es ist leicht zu schneiden, sägen oder, wie im Falle des dargestellten bevorzugten Aus­ führungsbeispiels, mittels verhältnismäßig preiswerter Werkzeuge zu stanzen.

Das Material kann ferner derart thermogeformt werden, daß es verschiedene gewünschte Formen oder Konturen annimmt, wie zum Beispiel die aufwärts gerichtete Nei­ gung des Federteils 20 und die aufwärts gebogenen Sei­ tenränder 14A und 14B, indem das Material bei verhält­ nismäßig geringen Temperaturen (176,67-260°C) mittels geeigneter Werkzeuge erwärmt wird. Erreicht die Tem­ peratur des solchermaßen geformten Materials wieder Raumtemperatur, sind ihre Elastizität und Festigkeit wiederhergestellt. Der Anmelder führte Versuche zur Lebensdauer mit Testexemplaren durch, die im wesentli­ chen die gleiche Ausbildung der Vorrichtung 10 aufwie­ sen, wie das hier dargestellte Ausführungsbeispiel. Bei diesen Versuchen wurde das Federteil 20 sechs Mal pro Sekunde aus seiner unabgelenkten Stellung in eine Posi­ tion ausgelenkt, in der es in einer Ebene mit der Plat­ te 12 lag. Die Testexemplare überstanden mehr als 1 Million solcher Vorgänge ohne Fehler und ohne das Auf­ treten eines Bruchs oder von Rissen durch Ermüdung und ohne ein meßbares Nachlassen der Materialfestigkeit oder -elastizität. Daraus ergibt sich, daß die physika­ lischen Eigenschaften des bevorzugten Verbundmaterials im Vergleich zu denjenigen von wärmebehandelten Stahl­ legierungen günstiger sind, wobei sie bei gleichzeiti­ ger, gegenüber äquivalenten Stahlteilen erheblicher Verringerung an Gewicht und Herstellungskosten erzielt werden.

Die Vorrichtung 10 ist im Absatzbereich des Materials der Zwischensohle 4 derart angeordnet, daß der hinter­ ste Bereich des Federteils 20 im wesentlichen unterhalb des großen Fersenknochens oder Calcaneus des Fußes eines Trägers liegt und daß eine Schicht 24 des Materials der Zwischensohle 4 darüber liegt. Im Bereich 26 unterhalb des Federteils ist die Zwischensohle gelöst, um ein freies Abwärtsbiegen des Federteils zu erlauben.

Die Schicht 24 dient als Kissen zwischen dem Gewebe­ polster unterhalb des Fersenbeins des Trägers und der Oberseite des Federteils 20 und dient ebenfalls der gleichmäßigeren Verteilung der von dem Fuß auf das Fe­ derteil 20 aufgebrachten Last. Die Schicht 24 dient ferner einer geringfügigen Verringerung der Gesamte­ lastizität des Federteils, sowie der Fähigkeit des Fe­ derteils seine Biegeenergie während des Anhebens der Ferse zurückzuführen, was zum größten Teil durch Ener­ gieverluste aufgrund von Wärmeableitung in der Schicht 24 während des Zusammendrückens und der Entspannung der Feder bewirkt wird. Dieser geringe Verlust wird jedoch bei verbessertem Fußkomfort als akzeptabel erachtet und verhindert zudem eine allzu federnde Absatzfederwir­ kung. Außer diesem Effekt und dem im folgenden be­ schriebenen Zustand begrenzter Biegbarkeit ist die Re­ aktion des Federteils über den gesamten vorgesehenen Biegungsbereich im wesentlichen linear und bei der Rückführung der in der Feder beim Aufsetzen der Ferse gespeicherten Biegeenergie zum Fuß beim Anheben der Ferse hocheffizient (<85%).

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Sei­ tenränder 14A, 14B der Platte 12 aufwärts gebogen, je­ doch können sie bei entsprechender Ausbildung auch nach unten gebogen sein. Die gebogenen Ränder dienen dazu, die Vorrichtung in Längsrichtung erheblich zu verstei­ fen und, da sie geringfügig zu beiden Seiten neben der Ferse des Fußes eines Trägers angeordnet sind, wirken sie wie Ausleger eines Kanus, um so eine Übersupination bzw. Überpronation des Fußes während des Bewegungsab­ laufs <Aufsetzen der Ferse, Abrollen des Fußes, Absto­ ßen) beim normalen Gehen oder Laufen zu verhindern. Die Flanschränder unterstützen die Verankerung und verhin­ dern ein Kriechen der Vorrichtung 10 in dem Material der Zwischensohle 4, wenn sich die Vorrichtung aus ir­ gend einem Grund vom Material der Zwischensohle löst.

Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein wahlweise vorsehbarer Dämpfer oder Anschlag 28 in der Laufsohle 5 des Schuhs ausgebildet und direkt unterhalb des Federteils 20 und des Fersenbeins ange­ ordnet, um die maximale Abwärtsbiegung des Federteils bei starken Stößen durch die Ferse zu begrenzen, wie sie zum Beispiel beim Springen auftreten. Die vertikale Abmessung des Dämpfers 28 ist derart bemessen, daß die­ ser das Federteil 20 bei normalem Stehen oder Gehen nicht berührt, sondern nur bei Biegungen des Federteils wirksam wird, die eine gewünschte maximale Abwärtsbie­ gung des Federteils überschreiten, so zum Beispiel beim Springen oder beim Laufen.

Claims (5)

1. Sportschuh mit Absatzfederung und -stabilisierung und einem Schuhoberteil, einer an dem Schuhoberteil angebrachten Sohle, die eine elastische Zwischensohle, eine elastomere Laufsohle und einen Absatzteil aufweist,
und einem aus einem festen, steifen, jedoch federnd flexi­ blen Material geformten plattenförmigen Federelement, das in den Absatzteil integriert und in einem Hohlraum beweglich ist, dadurch gekennzeichnet,
daß das Federelement aus einer im wesentlichen ebenen Platte (12) gebildet ist, die ein vorderes Ende (16), zwei die Ferse des Schuhträgers auf beiden Seiten überragende Seitenränder (14A, 14B) und zwischen den Seitenrändern (14A, 14B) ein sich nach hinten erstreckendes, nach oben geneigtes, in senkrechter Richtung auslenkbares Federteil (20) aufweist, und
daß die Platte (12) festsitzend in den Absatzbereich der als Formteil gestalteten Zwischensohle (4) derart eingekapselt ist, daß sie im wesentlichen waagerecht verlaufend von einer Schicht (24) der Zwischensohle (4) überlagert ist und das Federteil (20) mit einem hinteren Bereich im wesentlichen unterhalb des Calcaneus des Fußes eines Schuhträgers über einer Aussparung (26) angeordnet ist, die in einem Bereich unterhalb des Federteiles (20) und oberhalb der Laufsohle (5) in der Zwischensohle (4) ausgebildet ist.

2. Sportschuh nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federteil (20) ein zungenartiges Teil ist, das durch zwei Schlitze (22A, 22B) der Platte (12) gebildet ist, die zum hinteren Ende (18) der Platte (12) offen sind und sich nach vorne in diese hinein erstrecken.

3. Sportschuh nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Platte (12) ein Verbundmaterial aus thermoplastischem Harz und einer Matrix aus Carbon und Glasfaserstoff aufweist.

4. Sportschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenränder (14A, 14B) der Platte (12) flanschartig aufwärts oder abwärts gebogen sind.

5. Sportschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Dämpfereinrichtung (28) aus elastischem Material, die in der Laufsohle (5) unterhalb des Federteils (20) angeordnet ist, um seine maximale Abwärtsbiegung zu begrenzen.