DE69110277T2 - Schuh mit piezo-elektrischem material. - Google Patents
Schuh mit piezo-elektrischem material.Info
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Schuh, welcher piezoelektrisches Material enthält.
- Es ist z.B. bereits in dem US-Patent Nr. 4,748,366 vorgeschlagen worden, Tanzschuhe und einen Kinderball vorzusehen, welche jeweils eine Schicht aus piezoelektrischem Material und eine Lichtquelle enthalten. Das piezoelektrische Material und die Lichtquelle sind direkt elektrisch miteinander verbunden, so daß beim Auftreffen des Schuhs oder Balls, z.B. auf den Boden, die durch den piezoelektrischen Effekt erzeugte elektrische Energie direkt die Lichtquelle erregt.
- Die normalerweise in Antwort auf ein typisches Auftreffen erzeugte elektrische Energiemenge ist jedoch ungenügend, um ein gut sichtbares Erregen der Lichtquelle zu erzeugen, d.h., ein Erregen der Lichtquelle, welches bei Tageslicht deutlich sichtbar ist und/oder für eine signifikante Zeit anhält. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dieses Problem abzuschwächen.
- Diesbezüglicher Stand der Technik kann in dem US-Patent Nr. 3,610,916 gefunden werden, welches einen beleuchtbaren Ball mit einem Trägheitsschalter und einer Zeitverzögerungsschaltung offenbart. Der Ball ist durchsichtig und innerhalb des Balls ist ein Trägheitsschalter angeordnet, welcher eine Zeitverzögerungsschaltung triggert, die dann Batteriespannung an zwei Lampen anlegt. Die Energie wird für eine durch die Zeitverzögerungsschaltung vorher ausgewählte Dauer angelegt.
- Zusätzlich offenbart das US-Patent Nr. 4,128,861 einen beleuchteten Schuh mit einer Lampe und einer innerhalb des Absatzes des Schuhs angeordneten Batterieschaltung, sowie mit Mitteln zum Aktivieren der Lampe, welche Kontakte am Absatz des Schuhs umfassen. Beim Ausüben eines Druckes auf den Absatz werden die Kontakte zusammengedrückt, was verursacht, daß die Batterieschaltung geschlossen wird und die Lampe leuchtet.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Schuh mit einer Sohle vorgesehen, wobei der Schuh dazu geeignet ist, Licht oder Schallenergie in Antwort auf das Auftreffen der Sohle auf eine Oberfläche zu emittieren, wobei die Sohle eine batteriebetriebene lichtemittierende oder schallemittierende Einheit umfaßt, wobei die Einheit ein Element zum Erfassen des Auftreffens umfaßt, eine Batterie, eine lichtemittierende oder schallemittierende Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Element zum Erfassen des Auftreffens aus polymerischem, piezoelektrischem Material hergestellt ist und daß die Einheit ferner eine mit dem piezoelektrischen Material verbundene Schaltung umfaßt, wobei die Schaltung durch elektrische Energie von dem piezoelektrischen Material in Antwort auf das Auftreffen der Sohle auf eine Oberfläche getriggert wird, wodurch die lichtemittierende oder schallemittierende Vorrichtung durch die Batterie in Antwort auf die durch das Auftreffen erzeugte elektrische Energie erregt wird.
- Somit kann die sich aus jedem Auftreffen ergebende elektrische Energie lediglich als ein Trigger zum Betreiben der lichtemittierenden oder schallemittierenden Einheit über die darin eingegliederte Schaltung verwendet werden, und die Menge und/oder Zeitdauer der Licht- oder Schallemission kann unabhängig durch geeignete Ausgestaltung der Schaltung bestimmt/gesteuert werden.
- Die Schaltung umfaßt vorzugsweise eine monostabile Schaltung, deren Zeitkonstante die Dauer des Erregens der lichtemittierenden oder schallemittierenden Vorrichtung bestimmt und kann vorteilhafterweise z.B. durch einen veränderbaren Widerstand einstellbar sein.
- Die lichtemittierende Vorrichtung kann eine lichtemittierende Diode oder eine Gasentladungslampe, wie z.B. eine Neonlampe, sein.
- Vorzugsweise weist der Schuh eine Sohle in der Form eines geformten Teils auf, vorzugsweise einen einteiligen Sohlen-Absatz-Aufbau, wobei wenigstens die Batterie, die Schaltung und die lichtemittierende Vorrichtung in dem Absatzteil des Aufbaus angeordnet oder in diesen eingeformt sind, und wobei die lichtemittierende Vorrichtung dazu eingerichtet ist, Licht von dem Absatzteil nach hinten zu emittieren. Das polymerische, piezoelektrische Material kann in den Sohlenteil des Aufbaus eingeformt sein, vorzugsweise in den Bereich maximaler Belastung.
- Eine weitere Ausführungsform des Schuhs kann eine Mehrzahl lichtemittierender Vorrichtungen umfassen, welche entweder an einer Mehrzahl von Punkten an der äußeren oberen Oberfläche des Schuhs angeordnet sind oder mit der Mehrzahl von Punkten über jeweilige optische Fasern verbunden sind, wobei die Vorrichtungen wahlweise in einer vorbestimmten Reihenfolge erregbar sind, z.B. in Antwort auf jeweils eine aufeinanderfolgende Gruppe einer vorbestimmten Anzahl von Stößen, welche durch das Element zum Erfassen des Auftreffens erfaßt werden. Diese Ausführungsform ist insbesondere geeignet zur Verwendung als ein Übungsschuh zum Durchführen von Abfolgen verschiedener Übungen, da verschiedene lichtemittierende Vorrichtungen, möglicherweise verschiedener Farbe, für jede verschiedene Übung erregt werden können.
- Alternativ kann der Schuh mit einer Mehrzahl von lichtemittierenden Vorrichtungen ferner eine Mehrzahl von Elementen zum Erfassen des Auftreffens enthalten, welche über die Sohle des Schuhs verteilt sind, wobei die Schaltung zum Erregen der lichtemittierenden Vorrichtungen in Abhängigkeit der relativen Belastung eingerichtet sind, welche durch jedes Element zum Erfassen des Auftreffens erfaßt werden, um eine Anzeige der Gewichtsverteilung auf der Sohle des Schuhs vorzusehen. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet zur Verwendung als ein Sport-, Turn- oder Tanz-Trainingsschuh, da er hilfreiche Information über die Art oder den Winkel des Fuß-Bodenkontakts eines Sportlers, Turners oder Tänzers, welcher diesen trägt, vorsehen kann.
- Das beschriebene optische Fasermittel kann eine einzige optische Faser umfassen, von welcher wenigstens ein Teil um die äußere obere Oberfläche des Schuhs herum verläuft, wobei der Teil eine Mehrzahl von Einkerbungen darin aufweist, um Licht bei jeder Einkerbung zu emittieren. Die Einkerbungen können gefärbt sein, z.B. mit verschieden gefärbten durchscheinenden Farben oder Färbungen, so daß das emittierte Licht entsprechend gefärbt ist.
- Alternativ kann das optische Fasermittel ein Bündel optischer Fasern umfassen, wobei jede Faser das emittierte Licht zu einem anderen Punkt an der äußeren oberen Oberfläche des Schuhs leitet: z.B. können dort wo der Schuh eine Zunge aufweist wenigstens einige der Fasern im freien Ende der Zunge enden. Diese Punkte können ein abstraktes oder geometrisches Muster oder ein Logo oder ein oder mehrere alphanumerische Zeichen bilden, z.B. ein Warenzeichen des Herstellers des Schuhs. Die Enden der Fasern der Punkte können gefärbt sein, z.B. mit verschieden gefärbten, durchscheinenden Farben oder Färbungen.
- Die Erfindung wird nun, lediglich anhand eines nicht einschränkenden Beispiels, mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
- Figur 1 schematisch einen Lauf- oder Joggingschuh gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
- Figur 2 eine vereinfachte Schaltung zum Eingliedern in den Schuh der Figur 1 zeigt;
- Figuren 3 bis 7 weitere Ausführungsformen von Schuhen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
- Der Schuh der Figur 1 ist allgemein mit 10 bezeichnet und umfaßt einen einteiligen Sohlen-Absatz-Aufbau 12, welcher an ein Oberteil 14 angeformt ist. Der geformte Sohle-Absatz-Aufbau 12 kann durch ein Verfahren geformt werden, welches im allgemeinen demjenigen entspricht, das demjenigen in meiner Patentanmeldung im Vereinigten Königreich Nr. 8915923 entspricht (Veröffentlichungsnummer 2 235 150), eingereicht am 12. Juli 1989.
- In den Sohlenteil 16 des Sohlen-Absatz-Aufbaus 12 ist im Bereich des Punktes maximaler Belastung (d.h. nahe dem Teil, welcher dem Ballen des Fußes des Trägers entspricht) ein dünnes rechtwinkliges Blatt oder eine Schicht 18 aus polymerischem, piezoelektrischem Material eingeformt, vorzugsweise aus Polyvinylidenfluorid (PVDF), welches orientiert gedehnt worden ist und elektrisch polarisiert worden ist, um seine piezoelektrischen Eigenschaften zu verstärken. Das Blatt 18 ist elektrisch mit einer batteriebetriebenen Schaltung 20 verbunden, welche zusammen mit ihrer Lithiumbatteriepäckung 22 in den Absatzteil 24 des Sohlen-Absatz-Aufbaus 12 eingeformt ist. Die Schaltung 20, welche im wesentlichen einer monostabilen Schaltung entspricht und nachfolgend detaillierter beschrieben wird, ist mit einer lichtemittierenden Diode (LED) 26 zum Erregen dieser verbunden, welche in den Absatzteil 24 derart eingeformt ist, daß sie von diesem nach hinten weist.
- Im Gebrauch, wenn der Träger des Schuhs 10 läuft oder joggt, erzeugt die Schicht 18 aus piezoelektrischem Material vermittels des piezoelektrischen Effekts jedesmal dann einen Impuls elektrischer Energie, wenn der Sohlenteil 16 des Aufbaus 12 auf den Boden auftrifft, d.h., bei jedem Schritt oder Schreiten des Trägers. Jeder Impuls elektrischer Energie triggert die monostabile Schaltung innerhalb der Schaltung 20, welche wiederum die lichtemittierende Diode 26 durch die Batteriepakkung 22 erregt. Ein heller Lichtblitz wird daher von dem Absatz des Schuhs 10 nach hinten emittiert. Somit ist der Träger eines Paars der Schuhe 10 von hinten durch die bei jedem Schreiten nach hinten emittierten Lichtblitze deutlich sichtbar, was aus dem Gesichtspunkt der Sicherheit für Läufer und Jogger auf öffentlichen Straßen, insbesondere bei schwachen Lichtbedingungen, beträchtliche Vorteile hat.
- Die Figur 2 zeigt die Schaltung 20 der Figur 1 etwas detaillierter. Die Schaltung 20 umfaßt zwei Eingänge 52, welche extern mit dem Blatt 18 aus PVDF und intern mit dem Steuere ingang 54 einer monostabilen Schaltung 56 verbunden sind. Die monostabile Schaltung 56 weist eine durch einen Widerstand 58 und einen Kondensator 60 gebildete Zeitgeberschaltung auf, Energieversorgungseingänge, welche mit der Batteriepackung 22 verbunden sind, sowie mit der LED 26 verbundene Ausgänge 62. Das Einstellen oder die Auswahl des Wertes des Widerstands 58 bestimmt die Dauer der Zeitperiode, während welcher die monostabile Schaltung 56 die LED 26 in Antwort auf jedes Auftreffen, welchem das Blatt 18 aus PVDF ausgesetzt wird, erregt.
- Viele Modifikationen können an den beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung durchgeführt werden. Insbesondere können das PVDF Blatt 18, die Schaltung 20 die Batteriepackung 22 und die LED 26 des Schuhs 10 der Figur 1 als eine einzige eingeschlossene Einheit ausgebildet werden, welche entfernbar in den Absatzteil 24 des Schuhs paßt. Die LED 26 dieser Einheit ist derart eingerichtet, daß sie mit einem optischen Faserbündel oder einem anderen Lichtführungsmedium (z.B. einer Schicht aus geeignetem durchscheinenden Kunststoffmaterial) ausgerichtet ist, welches in den Absatzteil 24 eingeformt ist, um das durch die LED emittierte Licht zur Außenoberfläche des Schuhs zu leiten, z.B. zu einem Austrittspunkt, welcher von dem Absatzteil 24, wie vorher, nach hinten weist, oder zu einer oder mehreren Rippen oder Dornen, welche sich am Absatzteil vertikal nach oben und unten erstrecken. Dies ermöglicht, daß die eingeschlossene Einheit leicht ersetzt werden kann, wenn die Batteriepackung 22 verbraucht ist oder wenn es gewünscht wird, eine Einheit mit einer LED einer Farbe durch eine Einheit mit einer LED einer anderen Farbe zu ersetzen. Alternativ kann lediglich die Batteriepackung 22 zum Entfernen eingerichtet sein.
- Zusätzlich können die LEDS 26, wenn dies gewünscht wird, durch schallemittierende Vorrichtungen ersetzt werden, und die Ausgabe der Schaltung 20 im Schuh 10 kann dazu eingerichtet sein, andere Vorrichtungen zu betreiben, z.B. einen elektrischen Schrittmesser.
- In Ausführungformen des Schuhs 10, in welchen die LED 26 in Verbindung mit einem optischen Faserbündel verwendet wird, können die individuellen Fasern dazu eingerichtet sein, das Licht von der LED zu jeweiligen Punkten an der äußeren Oberfläche des Schuhs zu leiten, welche z.B. in einem abstrakten oder geometrischen Muster über den oberen Teil der Vorderseite des Schuhs verteilt sind oder derart verteilt sind, daß sie ein Logo oder ein oder mehrere alphanumerische Zeichen bilden, welche ein Warenzeichen des Herstellers des Schuhs bilden, oder welche am freien Ende der Zunge des Schuhs verteilt sind; eine derartige Ausführungsform ist in Figur 3 gezeigt, wobei das optische Faserbündel, die einzelnen Fasern und die Punkte an der äußeren Oberfläche des Schuhs mit 70, 72 bzw. 74 bezeichnet sind. Alternativ, und wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt, kann wenigstens ein Teil des optischen Faserbündels durch eine einzige optische Faser 76 ersetzt werden, welche um den oberen Teil der Vorderseite des Schuhs herum verläuft und welche eine Mehrzahl von Einkerbungen 78 aufweist, die entlang deren Länge verteilt sind und von welchen jeweils Licht von der LED 26 emittiert wird. Diese Einkerbungen 78 können ebenso wie die Enden 74 der einzelnen Fasern 72 des optischen Faserbündels 70 z.B. mit verschieden gefärbten, durchscheinenden Farbstoffen oder Färbungen gefärbt sein, um eine Vielzahl mehrfarbiger Effekte zu erzeugen.
- Der Schuh 10 kann ferner mit einer Mehrzahl von LEDs wie die LED 26 versehen sein, welche entweder an der äußeren Oberfläche des Schuhs, wie bei 80 in Figur 6 gezeigt, verteilt sind oder welche innerhalb des Schuhs, wie bei 82 in Figur 7 gezeigt, angeordnet sind und über jeweilige optische Fasern 82 mit einer Mehrzahl von Punkten an der äußeren oberen Oberfläche des Schuhs verbunden sind. In diesem Falle kann der Schuh 20 einen Zähler und eine Gatterschaltung umfassen, welche zum Zählen aufeinanderfolgender, durch ein einziges PVDF Blatt 18 erfaßter Stöße und zum sequentiellen Erregen aufeinanderfolgender LEDS eingerichtet sind, z.B. jeweils zehn- oder zwanzigmal. Diese Anordnung ist insbesondere in einem Übungsschuh praktisch, da sie dazu verwendet werden kann, die Zeitabfolge einer Sequenz verschiedener Übungen zu unterstützen und/oder anzuzeigen, wobei vielleicht für jede verschiedene Übung eine andere Farbe emittiert wird.
- Zusätzlich zu einer Mehrzahl von LEDs kann der Schuh 10 ferner eine Mehrzahl individueller PVDF Blätter 18 umfassen, welche über die Sohle des Schuhs verteilt sind, wie ebenso in Figur 6 gezeigt. In diesem Falle ist die Schaltung 20 dazu eingerichtet, eine jeweilige der LEDS in Abhängigkeit von der relativen Belastung zu erregen, welche durch das jeweilige der PVDF Blätter erfaßt wird, um eine Anzeige der Gewichtsverteilung auf der Sohle des Schuhs vorzusehen. Dies bildet eine hervorragende Trainingshilfe für Athleten, insbesondere für Läufer, ebenso wie für Turner oder Tänzer, insbesondere wenn der Athlet, Turner oder Tänzer mit einer Videokamera in Aktion gefilmt wird und der Film dann in Zeitlupe abgespielt wird.
- Bei Ausführungsformen des Schuhs 10, welche optische Faserbündel enthalten, können die LEDS 26, 42, wenn dies gewünscht wird, alle weggelassen werden, wobei deren Wirkung einfach durch die Verwendung des Umgebungslichts erhalten wird. Somit wirken die Faserbündel als Lichtsammler, so daß, wenn ihre Eingangsenden beispielsweise an der Vorderseite des Schuhs im allgemeinen nach vorne und oben weisend angeordnet sind, während ihre Ausgangsenden im Absatz nach hinten weisend und derart verteilt angeordnet sind, daß sie z.B. ein Logo oder ein ein Warenzeichen bildendes alphanumerisches Zeichen bilden, wie vorher erwähnt, Umgebungslicht in vielen Fällen ausreichend sein kann, daß die Ausgangsenden der Fasern aufzuleuchten scheinen. Es können, wie vorher beschrieben, mehrfarbige Effekte erzeugt werden, wenn dies gewünscht wird.
Claims (19)
1. Schuh mit einer Sohle (16), wobei der Schuh dazu geeignet
ist, Licht- oder Schallenergie in Antwort auf das
Auftreffen der Sohle (16) auf eine Oberfläche zu emittieren,
wobei die Sohle (16) eine batteriebetriebene
lichtemittierende oder schallemittierende Einheit umfaßt, wobei
die Einheit ein Element (18) zum Erfassen des Auftreffens
umfaßt, eine Batterie (22), eine lichtemittierende oder
schallemittierende Vorrichtung (26, 34),
dadurch gekennzeichnet,
daß das Element (18) zum Erfassen des Auftreffens aus
polymerischem, piezoelektrischem Material hergestellt
ist, und daß die Einheit ferner eine Schaltung (20)
umfaßt, welche mit dein piezoelektrischen Material (18)
verbunden ist, wobei die Schaltung (20) durch elektrische
Energie von dem piezoelektrischen Material (18) in
Antwort auf das Auftreffen der Sohle (16) auf eine
Oberfläche getriggert wird, wodurch die lichtemittierende oder
schallemittierende Vorrichtung (26, 34) durch die
Batterie (22) in Antwort auf die durch das Auftreffen erzeugte
elektrische Energie erregt wird.
2. Schuh nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltung (20) eine monostabile Schaltung (56)
umfaßt, deren Zeitkonstante die Dauer des Erregens der
lichtemittierenden oder schallemittierenden Vorrichtung
bestimmt.
3. Schuh nach Anspruch 2, umfassend ein Mittel (58, 60, 62)
zum Einstellen der Zeitkonstante der monostabilen
Schaltung (56).
4. Schuh nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Einstellmittel (58, 60, 62) einen veränderbaren
Widerstand (58) umfaßt.
5. Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend
eine lichtemittierende Diode (26) als die
lichtemittierende Vorrichtung (26).
6. Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend
eine lichtemittierende Vorrichtung (26), welche innerhalb
der Sohle (16) angeordnet ist, und ferner umfassend ein
optisches Fasermittel (70, 72, 74, 76), welches dazu
eingerichtet ist, durch die lichtemittierende Vorrichtung
(26) emittiertes Licht zu einer äußeren Oberfläche der
Sohle (16) zu leiten.
7. Schuh nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sohle (16) ein als ein Teil geformter
Sohlen-Absatz-Aufbau (12) ist, wobei wenigstens die Batterie (22),
die Schaltung (20) und die lichtemittierende Vorrichtung
(26) in dem Absatzteil des Aufbaus (22) angeordnet sind.
8. Schuh nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die lichtemittierende Vorrichtung (26) dazu
eingerichtet ist, Licht von dem Absatzteil (24) nach hinten zu
emittieren.
9. Schuh nach Anspruch 7 oder Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das polymerische, piezoelektrische Material (18) in
den Sohlenteil (16) des Aufbaus (12) eingeformt ist.
10. Schuh nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend eine
Mehrzahl lichtemittierender Vorrichtungen (26), welche an
einer Mehrzahl von Punkten an der äußeren oberen
Oberfläche (80) des Schuhs positioniert sind.
11. Schuh nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend eine
Mehrzahl lichtemittierender Vorrichtungen (26), welche
mit einer Mehrzahl von Punkten an der äußeren oberen
Oberfläche (80) des Schuhs über jeweilige optische Fasern
(82) gekoppelt sind.
12. Schuh nach Anspruch 10 oder Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtungen in einer vorbestimmten Sequenz in
Antwort auf aufeinanderfolgende Stöße oder Gruppen von
Stößen, welche durch die Elemente (18) zum Erfassen des
Auftreffens erfaßt werden, erregt werden.
13. Schuh nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, umfassend eine
Mehrzahl von Elementen (18) zum Erfassen des Auftreffens,
welche über die Sohle (16) des Schuhs verteilt sind,
wobei die Schaltung (20) dazu eingerichtet ist, die
lichtemittierenden Vorrichtungen (26) in Abhängigkeit der
relativen Belastung zu erregen, welche durch jedes Element
(18) zum Erfassen des Auftreffens erfaßt wird, um eine
Anzeige der Gewichtsverteilung auf der Sohle (16) des
Schuhs vorzusehen.
14. Schuh nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das optische Fasermittel (70) eine einzige optische
Faser (76) umfaßt, von welcher wenigstens ein Teil um die
äußere obere Oberfläche (80) des Schuhs herum verläuft,
wobei der Teil eine Mehrzahl von Einkerbungen (78) darin
aufweist, um bei jeder Einkerbung Licht zu emittieren.
15. Schuh nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einkerbungen (78) mit durchscheinenden
Farbstoffen oder Färbungen gefärbt sind, so daß das emittierte
Licht entsprechend gefärbt ist.
16. Schuh nach Anspruch 6, worin das optische Fasermittel
(70) ein Bündel optischer Fasern (72, 74) umfaßt, wobei
die Fasern das emittierte Licht zu einer Mehrzahl von
Punkten (74) an der äußeren oberen Oberfläche (80) des
Schuhs leiten.
17. Schuh nach Anspruch 16, wobei der Schuh eine Zunge umfaßt
und wenigstens einige der Fasern (72, 74) im freien Ende
der Zunge enden.
18. Schuh nach einem der Ansprüche 10, 11 und 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Punkte dazu eingerichtet sind, ein abstraktes
oder geometrisches Muster, ein Logo oder ein oder mehrere
alphanumerische Zeichen zu bilden.
19. Schuh nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Enden der Fasern an den Punkten mit gefärbten,
durchscheinenden Farbstoffen oder Färbungen gefärbt sind.
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