DE60029646T2

DE60029646T2 - Schuh

Info

Publication number: DE60029646T2
Application number: DE60029646T
Authority: DE
Inventors: Charles D. Kraeuter; Jeffrey E. Gebhard; Simon Luthi; Franz Xavier Karl Kälin
Original assignee: Adidas International Marketing BV
Current assignee: Adidas International Marketing BV
Priority date: 1999-02-05
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2020-02-05
Also published as: DE19904744A1; EP1025770B1; DE60009767D1; DE19904744B4; EP1025770A2; ATE333810T1; DE60009767T2; EP1025770A3; ATE264072T1; US6199303B1; US20010001907A1; JP2000225002A; EP1369049B1; EP1369049A1; EP1369049B8; US6477791B2; DE60029646D1

Description

1. Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Schuh, insbesondere auf einen Sportschuh mit einem Stabilitätselement, um die Drehbarkeit des Vorderfußbereichs mit Bezug auf den Hinterfußbereich des Schuhs zu steuern.
2. Hintergrund
Die Abläufe im menschlichen Fuß während des Gehens oder Laufens sind durch eine enorme Komplexität charakterisiert. Zwischen dem ersten Kontakt der Ferse und dem Abstoßen mit den Zehen findet eine Anzahl von verschiedenen Bewegungen im ganzen Fuß statt. Während dieser Bewegungen bewegt sich oder dreht sich eine Mehrzahl von Teilen des Fußes gegeneinander.
Es ist das Ziel bei der Konstruktion von „normalen" Schuhen, insbesondere Sportschuhen, diese natürlichen Bewegungen (wie sie beim Barfußlaufen auftreten) so wenig wie möglich zu behindern und dem Fuß nur da zu unterstützen, wo es notwendig ist (abhängig vom der beabsichtigten Verwendung des Schuhs). In anderen Worten: es wird versucht, Gehen oder Laufen ohne Schuhe zu simulieren.
Im Gegensatz dazu ist es ein Ziel von orthopädischen Schuhen, Fehlhaltungen oder orthopädische Missbildungen des Fußes zu korrigieren, zum Beispiel durch Materialverstärkung in bestimmten Teilen der Sohle, um zusätzliche Unterstüt zung für den Fuß zu bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich jedoch nicht auf diesen Aspekt, sondern bezieht sich nur auf die Konstruktion von Schuhen für „normale" Füße, insbesondere „normale" Sportschuhe im obigen Sinn.
In diesem Kontext wurde schon in der Vergangenheit bemerkt, dass die klassische äußere Sohle, die sich über den gesamten Bereich des Schuhs erstreckt, nicht den oben erwähnten Erfordernissen entspricht. Insbesondere werden Drehungen des Vorderfußbereichs entlang der longitudinalen Achse des Fußes mit Bezug auf den Hinterfußbereich (in der Physik als Torsionsbewegungen bezeichnet) durch eine homogen geformte kontinuierliche äußere Sohle oder Anordnung von Sohlen zumindest beträchtlich behindert.
Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wurden Stabilitätselemente entwickelt, die mit einer kontrollierten Flexibilität bezüglich Drehungen separate Teile der Sohle verbinden und die durch ihre Form und ihr Material den Widerstand der Sohle gegenüber solchen Drehbewegungen definieren.
Ein Beispiel für ein solches bekanntes Stabilitätselement wird in der US-A-5 647 145 offenbart. Die Schuhsohlenkonstruktion, die in diesem Zugang nach dem Stand der Technik beschrieben wird, ergänzt und verstärkt die natürlichen Beugebewegungen der Muskeln der Ferse, der Metatarsalen und der Zehen des Fußes. Um dieses Ziel zu erreichen, weist die Sohle eine Basis von elastisch komprimierbarem Material auf, eine Mehrzahl von vorderen Unterstützungsballen, die die Zehen unterstützen, eine Mehrzahl von hinteren Unterstützungsanschlussstücken, die die Metatasarlen unterstützen, ein Fersenglied, das die Ferse des Schuhträgers unterstützt und schützt und ein zentrales Gabelstück für die Ferse, das über dem Fersenglied liegt und auf es aufgetragen wird. Beim Fersenaufprall hat das Fersen-Gabelstück die Tendenz, den Hinterfuß stabilisieren zu helfen und zu hal ten oder Über-Supination oder Über-Pronation durch Führen und Stabilisieren des Fersenknochens zu reduzieren.
Eine weitere Ausführungsform eines bekannten Stabilitätselements wird in der DE 42 28 248 offenbart. In diesem Dokument wird ein gratartiges Element zwischen einem Fersenteil und einem Vorderfußteil angeordnet, welches als Dämpfungsmittel während des Fersenaufpralls bzw. Abstoßens dient.
Weiterhin bezieht sich die US 4,766,679 auf einen stabilisierenden Rahmen, der die Ferse und die laterale Seite des Fußes umgreift, um die Dämpfungseigenschaften im Fersenteil des Schuhs zu verbessern.
Eine andere Ausführungsform eines bekannten Stabilitätselements (die ähnlich zu dem oben beschriebenen Fersen-Gabelstück ist) wird in Verbindung mit 14 der vorliegenden Erfindung gezeigt und diskutiert. Das Stabilitätselement 10', das dort gezeigt ist, wird geformt wie eine Schiene, ein Kreuz oder ein V und beginnt im Hinterfußbereich 2' der Sohle und endet im Mittelfußbereich der Sohle.
Obwohl diese bekannten Stabilitätselemente fähig sind, durch ihre Steifheit einige Stabilität für verschiedene Teile des Fußes zu liefern, haben sie jedoch den wichtigen Nachteil, dass sie nur unzureichend eine Gelenkunterstützung des longitudinalen und lateralen Fußgewölbes liefern. Verglichen mit einer gewöhnlichen kontinuierlichen Sohle, die gemäß dem Umriss des Fußes modelliert wird, ist die Stabilität demnach beträchtlich reduziert.
Weiterhin ist die Anordnung der Schichten des Schaummaterials, das typischerweise im Stand der Technik für einen Vorderfußbereich 3' des Schuhs verwendet wird, vergleichsweise nachgiebig, sodass wegen des hohen Drucks während des Laufens die Sohle auf der medialen oder lateralen Seite nachgibt und der Fuß sich als Antwort darauf um ein paar Grad zu der Innenseite oder der Außenseite dreht, insbesondere wenn die Fußanatomie des Trägers die Tendenz hat, solche Drehbewegungen zu unterstützen. Diese Drehbewegungen sind im Fach als Pronation bzw. Supination bekannt und führen zu einer vorzeitigen Erschöpfung der Gelenke des Fußes und Knies und manchmal sogar zu Verletzungen.
Außerdem führt eine weicher oder nachgebender Vorderfußbereich der Sohle zu einem Energieverlust, da die Verformung des Schuhs während der Abstoßphase des Schritts nicht elastisch ist und demnach die Energie, die für die vorangegangene Verformung der Sohle verbraucht wird, nicht wiedererhalten wird.
Die US 5,720,118 offenbart eine Einlage für einen Schuh. Die Einlage erstreckt sich in einigen Ausführungsformen über die komplette Länge des Schuhs und weist einen zentralen Kern auf. Der Kern läuft in einer longitudinalen Richtung der Sohle und bedeckt Teile der medialen und der lateralen Seite des Vorderfußteils. Flache parallele Zungen werden in dem zentralen Kern bereitgestellt und erstrecken sich zum äußeren Rand des Fußes.
Die FR 2457081 offenbart einen Schuh für Langlaufski. Der Schuh umfasst einen verstärkenden Einsatz, der sich in einer Ausführungsform über die komplette Länge des Schuhs erstreckt und den medialen und den lateralen Vorderfuß-Teil bedeckt. Dieser Einsatz wird so konstruiert, dass er sowohl longitudinale Flexibilität als auch Torsionssteifigkeit der Sohle bereitstellt.
Es ist deswegen die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schuh zu liefern, der eine kontrollierte Drehung des Vorderfußbereichs mit Bezug auf den Hinterfußbereich erlaubt und gleichzeitig insbesondere den Vorderfußbereich unter stützt, um übertriebene Pronation oder Supination und dadurch eine vorzeitige Erschöpfung oder Verletzung des Trägers des Schuhs zu vermeiden.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung sollte die Schuhsohle jede Energie, die während der Aufsetzphase aufgewendet wird, speichern und sie im Verlauf der Bewegung zur rechten Zeit während der Abstoßphase des Fußes bereitstellen.
3. Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schuh gemäß dem Anspruch 1.
Das Basiselement erstreckt sich im Wesentlichen in oder entlang der medialen Seite des Schuhs oder in oder entlang der lateralen Seite und hat einen vorderen Teil mit Materialeigenschaften, die Pronation bzw. Supination des Fußes des Trägers des Schuhs reduzieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden im Fall von Pronation-Steuerung die Metatarsalen eins und zwei des Fußes des Trägers unterstützt, vorzugsweise zusammen mit den Phalangen eins und zwei. Im Fall von Supination-Steuerung werden die Metatarsalen fünf und vorzugsweise vier unterstützt, noch stärker bevorzugt zusammen mit den Phalangen fünf und vier.
Wegen der Ausdehnung des Basiselements vom Hinterfußbereich in den Vorderfußbereich, wo sich die Metatarsalen und Phalangen befinden, wird der Fuß über seine gesamte longitudinalen Länge unterstützt, jedoch ohne die Flexibilität des Schuhs mit Bezug auf das Drehen des Vorderfußteils relativ zum Hinterfußteil zu beeinträchtigen. Eine übermäßige Beanspruchung oder sogar das Brechen des longitudinalen Fußgewölbes unter hohem Druck, zum Beispiel beim Aufsetzen nach einem Sprung, wird dadurch wirksam vermieden.
Das Stabilitätselement unterstützt gleichzeitig Zeit den vorderen Teil des Fußes im Vorderfußbereich. Filmaufnahmen mit einer Hochgeschwindigkeitskamera von laufenden Athleten während einer Pronation-Studie haben gezeigt, dass ein unterstützter Vorderfußbereich des Schuhs das Drehen des Fußes zur medialen Seite wirksam verhindert. Der Grund ist, dass wegen der Materialeigenschaften des Basiselements im Vorderfußbereich der Schuh auf der medialen Seite unter hohem Druck nicht nachgibt. Bevorzugte Materialien für den Vorderfußteil haben eine longitudinale Biegefestigkeit im Bereich von 350 N/mm² bis 600 N/mm² und eine laterale Biegefestigkeit von 50 N/mm² bis 200 N/mm² (gemessen gemäß DIN 53452).
Vorzugsweise umfasst das Stabilitätselement im Vorderfußbereich eine elastische Vorderfuß-Platte oder hat elastische Eigenschaften in diesem Bereich. Während des Aufsetzens des Fußes und des nachfolgenden Abrollens der Zehen wird der Vorderfußbereich demnach elastisch gebogen. Im nachfolgenden Verlauf der Bewegung, wenn der Hinterfußbereich schon den Boden verlassen hat, wird der Fuß gedehnt, um vom Boden abzustoßen. In diesem Moment springt der Vorderfußbereich des Basiselements elastisch in seine ursprüngliche Form zurück und unterstützt dadurch das Abstoßen vom Boden. In dieser Art wird die Energie, die in die elastische Verformung des Schuhs hineingesteckt wurde, wiedergewonnen und erleichtert die Fortsetzung der Bewegung. Die Vorderfuß-Platte zeigt zu diesem Zweck vorzugsweise eine Steifheit im Bereich vom 50 N/mm bis zu 100 N/mm (gemessen gemäß ASTM 790).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Basiselement des Stabilitätselements geteilt und umfasst zwei V-ähnliche verbundene vordere Teile. Dies erlaubt eine präzise Anpassung an die verschiedene Form der medialen und der lateralen Seite des longitudinalen Fußgewölbes.
Das Basiselement umfasst auch Unterstützungselemente an der Seite. Dadurch wird auch das laterale Gewölbe des Fußes durch das Stabilitätselement spezifisch unterstützt. Das Stabilitätselement umfasst vorzugsweise zusätzliche Seitenelemente, die sich startend vom Basiselement nach oben über den Rand des Schuhs erstrecken.
Diese Ausführungsform wird vorzugsweise besonders bei Sportarten mit einer hohen seitlichen Spannung im Fuß verwendet.
Für einen leichtgewichtigen Schuh werden die oben erwähnten Materialeigenschaften vorzugsweise durch ein Verbundmaterial von Harz und Kohlenstofffasern erhalten.
4. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden eine detaillierte Beschreibung der Erfindung, bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben mit Bezug auf die Zeichnungen, welche zeigen:
1: ein Skelett eines menschlichen Fußes zum Erklären der Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
2: ein Schuh gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
3: eine andere bevorzugte Ausführungsform eines engeren Schuhs;
4: ein Schuh mit einem Stabilitätselement mit zwei V-ähnlichen verbundenen Teilen, der nicht in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;
5: eine andere Ausführungsform mit drei zusätzlichen Seitenelementen, die nicht in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;
6: eine andere Ausführungsform, die nicht in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist, bei der der mediale und der laterale Teil des Stabilitätselements sich in den Vorderfußbereich erstreckt;
7: eine Testanlage, um die Steifigkeit der Vorderfuß-Platte zu bestimmen;
8: Kraft-Verformungs-Charakteristik, um die Steifigkeit der Vorderfuß-Platte zu bestimmen;
9: Hystereseschleife der Verformung der Musterplatte E;
10: Hystereseschleife der Verformung der Musterplatte F;
11: Hystereseschleife der Verformung der flachen Musterplatte;
12: Hystereseschleife einer geformten Musterplatte;
13a: Resultate der Pronation-Messungen mit verschiedenen Stabilitätselementen;
13b: eine schematische Zeichnung zum Erklären des Pronationswinkels und
14: ein Schuh mit einem V-förmigen Stabilitätselement gemäß dem Stand der Technik.
5. Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Schuh ein Stabilitätselement, welches unterhalb des Fußes des Trägers angeordnet ist. Dies kann entweder erreicht werden durch das Integrieren des Stabilitätselements in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung in die äußere Sohle des Schuhs oder durch das Dazwischenlegen derselben zwischen äußerer Sohle und mittlerer Sohle oder zwischen mittlerer Sohle und innerer Sohle. Wenn das Stabilitätselement innerhalb der äußeren Sohle angeordnet ist, kann es eine verschiedene Farbe vom umgebenden Material der Sohle haben, sodass die spezielle Form (welche ein Hinweis ist, für welchen Sport der entsprechende Schuh beabsichtigt ist, siehe unten) des Stabilitätselements leicht von außen erkannt werden kann. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform besteht die äußere Sohle selbst im Wesentlichen aus dem Stabilitätselement. In diesem Fall kann eine optionale mittlere Sohle und eine optionale innere Sohle auf die obere Seite des Stabilitätselements aufgebracht werden, um Komfort und Dämpfung für den Träger des Schuhs bereitzustellen.
Da die oben beschriebenen verschiedenen Möglichkeiten, das Stabilitätselement im Schuh anzuordnen, die funktionalen Eigenschaften des Schuhs, der das Stabilitätselement in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung umfasst, nicht signifikant beeinflussen, wird im Folgenden (und in den Figuren) nur auf einen Schuh im Allgemeinen Bezug genommen.
Bevor die Konstruktion und die funktionale Charakteristik des Stabilitätselements in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben werden, wird Bezug auf das Skelett eines menschlichen Fußes 90 genommen, das in 1 gezeigt wird, um das Verständnis der erfinderischen Prinzipien zu erleichtern, gemäß denen verschiedene Teile des Fußes selektiv unterstützt werden.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 92 die Metatarsalen eines linken menschlichen Fußes 90, wogegen die Phalangen (Zehen) mit dem Bezugszeichen 95 bezeichnet werden. Die Metatarsalen 92 und die Phalangen 95 bilden zusammen den Vorderfußteil des Fußes. Zwischen den Metatarsalen 92 und Phalangen 95 befinden sich die Metatarsal-Phalangen-Gelenke 93. Die Phalangen 95 schließen zusätzlich eine Mehrzahl von Interphalangen-Gelenken 96 ein. Während eines Geh- oder Laufzyklus erlauben die Metatarsal-Phalangen-Gelenke 93 und die Interphalangengelenke 96 es dem Fuß, sich zu beugen und vom Boden abzustoßen.
Zusammen gibt es fünf Metatarsalen 92, die als die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Metatarsale 92-1 bis 92-5 bezeichnet werden, die sich von der medialen Seite 99 des Fußes zu der lateralen Seite 98 bewegen. Ähnlich gibt es fünf Phalangen 95-1 bis 95-5. Schließlich wird der Fersenknochen 91 dargestellt.
Für das Stabilitätselement in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist es für den Zweck der Steuerung von Pronation oder Supination wichtig, die Phalangen und die Metatarsalen angemessen zu unterstützen. Im Fall von Pronation-Steuerung werden insbesondere die Metatarsale 92-1 und/oder die Metatarsale 92-2 unterstützt, vorzugsweise zusammen mit den Phalangen 95-1 und/oder 95-2. Im Falle der Supinations-Steuerung werden besonders die Metatarsale 92-5 und/oder die Metatarsale 92-4 unterstützt, vorzugsweise zusammen mit den Phalangen 95-5 und/oder 95-4. Dies wird durch das Stabilitätselement in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gewährleistet. Jedoch da Supination selten ein Problem ist und zum Zwecke der Kürze, werden in der folgenden Beschreibung nur Stabilitätselemente zur Pronation-Steuerung diskutiert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Gebiet beschränkt. Komplementär geformte Stabilitätselemente, die die jeweiligen Metatarsalen und Phalangen zur Supinati on-Steuerung unterstützen, werden durch das vorliegende erfinderische Konzept ebenfalls abdeckt.
Demgemäß umfasst das Stabilitätselement für einen rechten Schuh 1 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, das in 2 dargestellt ist, ein längliches Basiselement 10 mit einem hinteren Teil 12 und einem vorderen Teil 13. Das Basiselement 10 erstreckt sich startend vom Hinterfuß-Teil 2 des Schuhs 1 bis zum Vorderfuß-Teil 3. Wie aus der 2 entnommen werden kann, ist der vordere Teil 13 innerhalb des Schuhs konstruiert und angeordnet, so dass die erste und/oder zweite Metatarasale des Fußes des Trägers (nicht gezeigt), der auf dem Stabilitätselement mit zusätzlichen Schichten von Sohlen dazwischen ruht, wie angemessen wirksam unterstützt wird. Gemäß einer noch stärker bevorzugten Ausführungsform unterstützt das Stabilitätselement sogar die erste und/oder die zweite Phalange.
Zwischen diesen beiden Teilen 12 und 13 umfasst das Basiselement 10 vorzugsweise einen Bereich 11 mit verringerter Breitenausdehnung, der ein Drehen des vorderen Teils 13 des Basiselements 10 (und damit des Schuhs) relativ zum hinteren Teil 12 erlaubt. Der Widerstand gegen das Drehen des Basiselements 10 im Bereich 11 definiert die Drehflexibilität des Schuhs. Eine definierte Flexibilität kann auch durch ein elastischeres Material im Bereich 11 erreicht werden.
Das oben beschriebene Stabilitätselement hat verschiedene wichtige Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Erstens da das Basiselement 10 sich nahezu über die gesamte Ausdehnung des Schuhs 1 erstreckt, wird das longitudinale Fußgewölbe über seine Gesamtlänge wirksam unterstützt. Jegliche Verletzungen, die auftreten können, wenn das Gewölbe überbeansprucht ist, werden deswegen vermieden.
Zweitens wird die Unterstützung des vorderen Teils des Schuhs, welcher der Teil ist, welcher während des Laufens oder Gehens der größten Belastung ausgesetzt ist, signifikant verbessert. In den beiden bevorzugten Ausführungsformen, die in 2 und 4 gezeigt werden, erstreckt sich der vordere Teil 13 des Basiselements 10 im Wesentlichen auf der medialen Seite des Schuhs (die gestrichelte Linie 100 zeigt die zentrale Längsachse an), um eine übermäßige Pronation zu kompensieren, wie oben diskutiert.
Schließlich ist jede Drehbewegung des vorderen Bereichs 3 des Schuhs mit Bezug auf den hinteren Bereich 2 trotzdem möglich, d.h. sie kann in einer vorherbestimmten Weise durch die Form und die Materialauswahl des Basiselements 10 im Bereich 11 gesteuert werden.
Um die Materialeigenschaften des Basiselements im vorderen Teil 13 zu bestimmen, die am besten geeignet sind, um Pronation zu vermeiden, wurden die Fußkontakte von laufenden Athleten von hinten mit einer Hochgeschwindigkeitskamera, die 200 Bilder pro Sekunde aufnimmt, gefilmt.
Diese Aufnahmen wurden analysiert, um den maximalen Pronationswinkel des Fußes in Abhängigkeit von Materialeigenschaften des Stabilitätselements im Vorderfußbereich zu bestimmen. Der Pronationswinkel oder Hinterfußwinkel wird definiert als der Winkel α zwischen einer vertikalen Linie durch den Fuß und der Ebene des Bodens (vergleiche 13b). In einer normalen Position des Fußes ist dieser Winkel 90°. Alle gemessenen Winkel werden deswegen auf diesen Wert bezogen, so dass ein positiver Wert zu einem Hinterfußwinkel von mehr als 90°, d.h. einer Pronation, korrespondiert, wohingegen ein negativer Winkel zu einem Hinterfußwinkel von weniger als 90°, d.h. Supination, korrespondiert.
Als ein Resultat dieser Studie (vgl. 13a) wurde gefunden, dass ein Basiselement mit einer bevorzugten Biegefestigkeit in der Faserrichtung (wobei die Fasern entlang der Längsachse des Schuhs ausgerichtet sind) zwischen 350 N/mm² und 600 N/mm² (gemessen gemäß DIN 53452) und einer Biegefestigkeit senkrecht zur Faserrichtung zwischen 50 N/mm² und 200 N/mm² den maximalen Pronationswinkel des Fußes erfolgreich reduzierte. Insbesondere Biegefestigkeiten in der Faserrichtung zwischen 450 N/mm² und 500 N/mm² und zwischen 90 N/mm² und 160 N/mm² ergaben die besseren Resultate. Während Athleten mit Schuhen ohne ein Stabilitätselement (vergleiche den Fall a in 13a) eine Pronation von 1,6 Grad zeigten, wurde die Pronation wesentlich reduziert (–0,9 und –0,6 Grad, die Fälle b und c in 13a, wobei die Fehlerbalken statische Fehler der Messungen anzeigen) für Athleten, die Schuhe tragen, die mit Stabilitätselementen ausgestattet sind, die die oben beschriebenen Materialeigenschaften haben.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Basiselement 10 im vorderen Teil 13 vorzugsweise eine elastische Vorderfuß-Platte, die während des Abrollens des Fußes Energie durch elastische Verformung speichert und während des Abstoßens des Fußes vom Boden die Energie im Wesentlichen ohne Verlust freigibt, um den Gang der Bewegung zu erleichtern und zu unterstützen. Obwohl es im Prinzip möglich wäre, diese Vorderfuß-Platte unabhängig von einem Stabilitätselement in den Schuh zu integrieren, ist es aus Kosten- und Produktionsgründen vorteilhaft und bevorzugt, diese beiden Teile zu kombinieren. In den beschriebenen Ausführungsformen kann deswegen die Vorderfuß-Platte in den vorderen Teil 13 des Basiselement 10 unsichtbar integriert werden (und wird deswegen in den Figuren nicht gezeigt). Gemäß einer alternativen Ausführungsform besteht das Basiselement 10 selbst aus einem elastischen Material, um die beschriebene Energiespeicherfunktion zu erhalten.
Im Folgenden wird die Vorderfuß-Platte oder Basiselement weiter beschrieben bezüglich seiner Elastizität, die eine notwendige Vorraussetzung für das verlustfreie Speichern und Freigeben der Verformungsenergie der Platte ist.
Für eine bemerkbare Unterstützung eines Athleten während des Laufens, insbesondere während des Sprints, sollte die Vorderfuß-Platte eine Steifigkeit haben, die auf der einen Seite groß genug ist, um das Abstoßen des Fußes mit der Energie zu erleichtern, die während des Abrollens gespeichert worden ist und welche auf der anderen Seite nicht zu steif ist, um unerwünschter Weise den natürlichen Gang der Bewegung zu behindern. Studien mit Athleten haben gezeigt, dass Steifigkeiten im Bereich von 50 N/mm bis zu 100 N/mm am Besten geeignet sind, um diese Anforderungen zu erfüllen. Die Steifigkeit wurde gemessen mit der Testanordnung ASTM 790, die in 7 gezeigt und im Folgenden beschrieben wird.
Für diesen Zweck wird eine 250 mm lange und 50 mm breite Musterplatte 200 aus dem Material, das getestet werden soll, symmetrisch auf zwei 80 mm entfernten Unterstützungspunkten 310 positioniert. Danach wird die Musterplatte mit der vertikalen Kraft verformt, die auf die Musterplatte im Zentrum (vertikaler Pfeil in 7) einwirkt. In dieser Weise kann die Verformung der Musterplatte mit einem Dynamometer abhängig von der Kraft gemessen werden. 8 zeigt Messresultate für Musterplatten mit verschiedenen Steifheiten. Die Steifheit ist der Gradient der Kurve im linearen Bereich, d.h. im Bereich von kleinen Verformungen. Für die Anwendung als eine Vorderfuß-Platte sind Steifheiten zwischen 50 N/mm (Musterplatte F) und 100 N/mm (Musterplatte E) besonders geeignet.
Ein weiteres wichtiges Kriterium für die Verwendung als Vorderfuß-Platte ist die Elastizität, d.h. ob die Kraft, die für die Verformung notwendig ist, wiedergewonnen werden kann, wenn die Platte zurück in ihre ursprüngliche Form springt. 9 bis 12 zeigen Hysterese-Schleifen verschiedener Musterplatten mit einer Steifheit zwischen 50 N/mm und 100 N/mm. Um dieses Schleifen zu messen, wurde die Kraft bei einer periodischen Verformung und Zurückspringen mit der oben beschriebenen Testanordnung (7) gemessen, wobei die Zeit für einen Zyklus 200 Millisekunden war. Die Differenz zwischen der oberen und unteren Linie, d.h. die Fläche, die zwischen den beiden Linien eingeschlossen ist, ist repräsentativ für den Verlust an elastischer Energie während der Verformung der Musterplatten.
Es folgt aus dem Kurven in 9 bis 11, dass der Energieverlust in den Musterplatten der oben erwähnten Steifheit zwischen 4,6% und 6% Prozent ist, d.h. der bei weitem größte Teil der Energie wird während des Zurückspringens in die ursprüngliche Form wiedergewonnen. 12 zeigt eine Hysterese-Schleife für eine Musterplatte, die nicht exakt planar zur Anpassung auf einen Schuh geformt war. Der signifikant größere Energieverlust von 18,3% dieser Platte wird in 12 gezeigt. Die Vorderfuß-Platte gemäß der Erfindung ist deswegen vorzugsweise flach.
Mit Bezug auf die Form des Basiselements 10 werden vorzugsweise zusätzliche Unterstützungselemente 15 an der Seite im vorderen Teil 13 angeordnet wie auch vorzugsweise am hinteren Teil 12, die sich im wesentlichen lateral bezüglich der Längsachse des Fußes erstrecken, wie in den 2 und 3 gezeigt. Diese Unterstützungselemente 15 verbreitern die Unterstützungseffekte des Basiselements 10 zu den lateralen und medialen Seitenteilen des Schuhs 1, um auch spezifisch das laterale Gewölbe des Fußes gegen übermäßige Beanspruchung zu schützen. Die Ausdehnung der Seitenelemente 15 hängt von der Form des Schuhs ab. 3 zeigt eine Ausführungsform für einen engeren Schuh, bei dem die Unterstützungselemente 15 entsprechend kürzer sind.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Stabilitätselements für einen rechten Schuh. Das Basiselement 10 umfasst in dieser Ausführungsform zwei Teile 20 und 30, die V-artig miteinander verbunden sind. 4 zeigt nicht die Erfindung. Der Teil 30 unterstützt wieder den medialen Teil und der Teil 20 den lateralen Teil des longitudinalen Fußgewölbes. Die Verbindung der beiden Teile 20 und 30 im hinteren Teil 12 des Basiselements 10 erlaubt (im Gegensatz zu einer „normalen" kontinuierlichen Sohle) bei einem Verdrehen um den Bereich 11 eine relative Bewegung der beiden Teile 20 und 30 gegeneinander.
Bei den Stabilitätselementen für einen linken Schuh, die in den 5 und 6 gezeigt werden, wobei beide nicht die Erfindung zeigen, umfasst der mediale Teil 30 des Basiselements 10 Kerben 31 und Löcher 32, um die Flexibilität des Stabilitätselements im Vorderfußteil 3 in der lateralen Richtung zu vergrößern. Die in 4 gezeigte Ausführungsform ist für Sportarten optimiert, bei denen der Fuß nicht extremer lateraler Beanspruchung ausgesetzt ist (zum Beispiel Leichtathletik, Jogging). Eine Unterstützung der lateralen Hälfte des Fußes ist deswegen nur im Mittelfußbereich notwendig, so dass der Teil 20 entsprechend kürzer konstruiert ist als der Teil 30. Bei dem in 5 gezeigten Stabilitätselement erstreckt sich der laterale Teil 20 wie auch der mediale Teil 30 in den Vorderfuß-Teil 3 des Schuhs. Dieses Stabilitätselement, das nicht in Übereinstimmung mit der Erfindung ist, wird besonders bei Sportarten mit vielen Richtungswechseln und vielen Seitwärtsschritten verwendet (zum Beispiel Tennis, Basketball etc.) Der verlängerte Teil 20 dient in diesem Fall dazu, die laterale Seite des Vorderfußes gegen die hohe Spannung zu unterstützen, die aus dieser Bewegungen resultiert.
Im in 5 gezeigten Stabilitätselement wie auch in der Ausführungsform des Stabilitätselements, die in 6 gezeigt wird, die beide nicht in Übereinstimmung mit der Erfindung sind, werden zusätzliche Seitenelemente 40 bereitgestellt, die durch seitwärtiges nach oben gerichtetes Umfassen des Schuhs die Stabilität der Verbindung zwischen dem Basiselement 10 und dem umgebenden Material des Schuhs im Bereich 11 vergrößern. Bei den gezeigten Stabilitätselementen werden diese Seitenelemente 40 auf der medialen Seite des Schuhs bereitgestellt, eine Anordnung auf der lateralen Seite ist ebenfalls möglich und insbesondere nützlich für eine weitere Verstärkung der lateralen Seite in den oben erwähnten Sportarten wie Tennis, Basketball etc.
Als Material für das Stabilitätselement und die integrierte Vorderfuß-Platte wird vorzugsweise ein Verbundmaterial aus Kohlenstofffasern verwendet, die in einer Harz-Grundmasse eingebettet sind. Ebenfalls können Kevlar oder Glasfasern verwendet werden. Diese Materialien kombinieren gute Elastizitätswerte mit niedrigem Gewicht. Ebenfalls könnten Legierungen aus Stahl oder einem anderen e lastischen Metall insbesondere für die Vorderfuß-Platte verwendet werden. Kunststoffmaterialien wie Pebax oder Hytrel haben Vorteile bezüglich der Produktion durch Spritzguss, jedoch können die notwendigen elastischen Eigenschaften nur mit zusätzlicher Verstärkung durch Fasern erhalten werden.

Claims

Schuh (1), insbesondere ein Sportschuh, mit einem Stabilitätselement, welches in die äußere Sohle integriert ist oder eingelegt ist zwischen äußere Sohle und Zwischensohle oder zwischen Zwischensohle und innere Sohle, um die Drehbarkeit des Vorderfußbereichs (3) entlang der longitudinalen Achse relativ zum Hinterfußbereich (2) zu steuern, a. wobei das Stabilitätselement ein Basiselement (10) mit einem hinteren Teil (12) und einem vorderen Teil (13) umfasst, wobei das Basiselement (10) sich vom Hinterfußbereich (2) zum Vorderfußbereich (3) des Schuhs erstreckt, b. wobei das Basiselement einen Bereich (11) zwischen dem hinteren Teil (12) und dem vorderen Teil (13) aufweist, der eine verringerte Ausdehnung und/oder ein elastischeres Material hat, was ein Verdrehen des Vorderfußbereichs (3) relativ zum Hinterfußbereich (2) erlaubt, c. wobei das Basiselement eine Mehrzahl von Unterstützungselementen (15) umfasst, die im vorderen Teil (13) angeordnet sind und sich im Wesentlichen mit Bezug auf die Längsachse des Fußes seitlich erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass d. sich mit Ausnahme der Unterstützungselemente (15) das Basiselement (10) vom Hinterfußbereich (2) zum Vorderfußbereich (3) des Schuhs (1) im Wesentlichen nur in oder entlang der medialen (99) oder der lateralen Seite (98) des Schuhs (1) erstreckt.
Schuh gemäß Anspruch 1, wobei der vordere Teil (13) so positioniert ist, dass Metatarsale eins (92-1) und/oder zwei (92-2) und/oder Phalange eins (95-1) und/oder zwei (95-2) des Fußes (90) unterstützt werden.
Schuh gemäß Anspruch 1, wobei der vordere Teil (13) so positioniert ist, dass Metatarsale fünf (92-5) und/oder vier (92-4) und/oder Phalange fünf (95-5) und/oder vier (95-4) des Fußes (90) unterstützt werden.
Schuh gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei weitere Unterstützungselemente (15) so am hinteren Teil (12) angeordnet sind, dass sie sich im Wesentlichen seitlich mit Bezug auf die Längsachse des Fußes erstrecken.
Schuh gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Basiselement (10) mindestens in seinem Vorderfußbereich (3) elastische Eigenschaften aufweist, die Energie während des Abrollens des Schuhs (1) speichern und die Energie im Wesentlichen ohne Verlust während des Abstoßens des Fußes vom Boden abgeben.
Schuh gemäß Anspruch 5, wobei der Energieverlust nicht mehr als 6% beträgt.
Schuh gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Basiselement (10) mindestens in seinem Vorderfußbereich (3) eine Steifigkeit im Bereich von 50 N/mm bis 100 N/mm hat.
Schuh gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Vorderfußbereich (3) im Wesentlichen eine ebene Form hat.
Schuh gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Stabilitätselement zusätzliche Seitenelemente (40) aufweist, die sich vom Basiselement (10) aufwärts über den Rand des Schuhs (1) erstrecken.
Schuh gemäß Anspruch 9, wobei die zusätzlichen Seitenelemente den Schuh aufwärts umfassen, wodurch sie die Stabilität der Verbindung zwischen dem Stützelement (10) und dem umgebenden Material des Schuhs im Bereich (11) erhöhen.
Schuh gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Stützelement einen Verbundwerkstoff aufweist, der durch Kohlenstofffasern verstärkt ist.