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Hintergrund
der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Schuhe und im Spezielleren
auf Schuhe, bei denen geringes Gewicht und die Möglichkeit, die Steifheit und
Flexibilität
des Schuhs zu bestimmen, eine wichtige Überlegung sind.
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Schuhe
sind während
des Laufens oder des Sports gewaltigen Kräften ausgesetzt. Über die
Jahre wurden Aufwendungen getätigt,
um die resultierenden Belastungen auf die Füße und Beine zu verringern.
Ein Fortschritt auf diesem Gebiet wurde durch das Einbauen von Dämpfungsmaterial
in die Schuhsohle erreicht, um den Fuß zu dämpfen, wenn der Schuh den Boden
berührt.
Dieses Dämpfungsmaterial
ist üblicherweise
in einer Lage geformt, die Mittelsohle genannt wird und welche zwischen
der Boden-berührenden
Außensohle
und dem Schuhoberteil angeordnet ist. Die dämpfende Mittelsohle, die sich
auch mit dem Fuß beugen
sollte, ist üblicherweise
aus Ethyl-Vinylazetat (EVA) oder Polyurethan (PU) gefertigt; obwohl
andere flexible Dämpfungsmaterialien
verwendet werden könnten.
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Obwohl
die Dämpfung,
die durch eine Mittelsohle bereitgestellt wird, einen Vorteil darstellt,
behindert ihr zusätzliches
Gewicht die Leistungsfähigkeit von
Sportschuhen (besonders Laufschuhen), die so leicht wie möglich sein
müssen.
Das Problem zusätzlichen
Gewichts der Mittelsohle ist in dem US-Patent mit der Nummer 5,319,886,
erteilt an Foley et al., erkannt worden. Foley et al. versucht dieses
Problem dadurch zu lösen,
dass anstelle der Mittelsohle und Außensohle eine Gewölbestütze dem
Bereich des Fußgewölbes des
Fußes
unterliegt.
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Die
Verwendung einer Mittelsohle zwischen der Außensohle und dem Oberteil positioniert
den Fuß auch
höher über dem
Boden, wodurch eine weniger stabile Plattform für den Fuß erzeugt wird. Dieses Problem
ist zu einem gewissen Teil in dem US-Patent mit der Nummer 4,542,598,
erteilt an Misevich et al. angesprochen. Misevich lehrt, eine Fersenplatte
zwischen zwei Fersenmittelsohlenlagen zu verwenden, um die Ferse
zu unterstützen
und zu dämpfen,
und eine Vorderfußplatte
innerhalb des Oberteils über
einer Vorderfußmittelsohlenlage
zu verwenden, um den Vorderfuß zu
unterstützen
und zu dämpfen.
Wie bei Foley eliminiert Misevich die Mittelsohle unter dem Gewölbe, wobei
etwas Gewicht eingespart wird. Im Gegensatz zu Foley stellt Misevich
jedoch keine zusätzlichen
Strukturen bereit, um das Gewölbe
zu stützen.
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Die
negativen Effekte des Aufpralls auf den Fuß und die Beine können noch
verstärkt
werden, wenn die Schuhe nicht für
die spezielle Sportart und auf den Fuß des Einzelnen geformt und
abgestimmt sind. Sportschuhe aus der Massenproduktion kommen in
Standardgrößen und
Formen vor und umfassen üblicherweise
eine Gewölbestütze, die
entworfen wurde, um einem "Standardfuß" zu passen.
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Schuhe
nach dem Stand der Technik, solche wie die von Foley und Misevich
verkörperten,
umfassen keine Möglichkeit,
den Schuh an einen individuellen Fuß anzupassen, außer durch
die Verwendung von orthopädischen
Einlagen.
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Orthopädische Einlagen
sind im Stand der Technik wohlbekannt und finden sich beispielsweise im
US-Patent mit der Nummer 4,803,747, erteilt an Brown. So nützlich orthopädische Einlagen
auch sind, bedeuten sie ein zusätzliches,
unerwünschtes Gewicht
und versteifen ebenfalls den Schuh und beeinträchtigen auf andere Weise seine
Leistungsfähigkeit.
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Dementsprechend
verbleibt ein Bedarf für
einen leichtgewichtigen Schuh, der das Material in der Sohle minimiert,
den Fuß adäquat stützt und
der geeignet ist an einen Fuß eines
Einzelnen oder für
einen spezielle Aktivität
angepasst zu werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist daher ein Ziel dieser Erfindung, einen Schuh, im Speziellen
einen Sportschuh, bereitzustellen, der angepasst werden kann, um
den Fuß in Übereinstimmung
mit den Erfordernissen einer speziellen Sportart oder Aktivität zu unterstützen.
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Es
ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, die Notwendigkeit für eine Außensohle
und Mittelsohle, welche im Wesentlichen die gesamte Länge des Schuhs überspannt,
zu eliminieren.
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Ein
Sportschuh gemäß der Erfindung
umfasst ein Oberteil, das eine äußere Bodenoberfläche aufweist,
einen strukturellen Rahmen, der an der äußeren Bodenoberfläche des
Oberteils befestigt ist, eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten
Sohlenelementen, die an einer Bodenoberfläche des strukturellen Rahmens
befestigt sind und zumindest einen freiliegenden Bereich der Bodenoberfläche des strukturellen
Rahmens zwischen den Sohlenelementen, wobei der strukturelle Rahmen
aus einem steifen und biegsamen Material gefertigt ist und wobei
die voneinander beabstandeten Sohlenelemente Dämpfungsmaterial aufweisen.
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Der
strukturelle Rahmen kann so geformt sein, dass er der Unterseite
des Fußes
entspricht. In einer Ausführungsform
weist der strukturelle Rahmen eine oder mehrere Einkerbungen oder
Schlitze an Stellen auf, die so ausgewählt sind, um eine gewünschte Biegsamkeit
des Fußes
zu erlauben. Die Länge
und Breite der Kerben kann variiert werden, um die Flexibilität des Schuhs
zu variieren. Alternativ kann der strukturelle Rahmen ohne Biegungskerben ausgeführt sein,
und stattdessen auf unterschiedlichen Dicken des Materials basieren,
um seine Flexibilität
in unterschiedlichen Bereichen des Schuhs zu variieren.
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Ein
Sportschuh gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet eine einzelne Struktur, um die Unterstützung und
die Biegung des Schuhes zu verändern,
wo durch die Nachteile im Stand der Technik, der eine Mehrzahl von
Elementen erfordert, die verändert
werden müssen,
um das gleiche Ergebnis zu erzielen, überwunden werden.
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Die
oben genannten und anderen Ziele, Eigenschaften und Vorteile der
Erfindung werden sofort ersichtlich aus der folgenden, detaillierten
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die
nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen folgt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische
Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen Schuhs.
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2 ist eine Aufsicht von
der rechten Seite eines Schuhs, wie er in 1 dargestellt ist.
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3 ist eine untere Aufsicht
auf den Schuh, wie er in 1 dargestellt
ist.
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4 ist eine Querschnittsansicht
des Schuhs aus 1 mit
dem Rahmen der 1 bis 3 entlang der Linie A-A aus 3.
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5 ist eine skelettartige
Aufsicht von oben auf einen menschlichen Fuß.
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6 ist eine seitliche Aufsicht
auf einen äußeren Rahmen,
wie er im Schuh, der in 1 dargestellt
ist, verwendet wird.
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7 ist eine seitliche perspektivische
Ansicht eines äußeren Rahmens,
wie er in dem Schuh, welcher in 1 dargestellt
ist, verwendet wird.
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8 ist eine Aufsicht von
oben auf einen Rahmen, wie er in den 3 bis 5 dargestellt ist, bevor
er in seine entgültige
Form gebracht worden ist.
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9 ist eine perspektivische
Ansicht eines alternativen Entwurfs für ein Sohlenelement.
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10 ist eine Querschnittsansicht
des Sohlenelements, welches in 9 dargestellt
ist, entlang der Linie A-A.
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11 ist eine Aufsicht von
unten auf eine zweite Ausführungsform
eines Schuhs gemäß der Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung
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In
den 1 bis 3 ist ein erfindungsgemäßer rechter
Schuh 10 dargestellt. Ein entsprechender linker Schuh ist
ein Spiegelbild des rechten Schuhs und daher nicht weiter beschrieben.
Der Schuh umfasst ein Oberteil 12 das entworfen ist, um
einen Fuß aufzunehmen.
Das Oberteil 12 kann aus einer beliebigen Anzahl von Materialien
hergestellt sein, wie es im Stand der Technik bekannt ist, inklusive
einem Gewebe und/oder Leder und es ist vorzugsweise von einer moccasinartigen
Konstruktion. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin,
da die strukturelle Unterstützung
für den
Fuß durch
den äußeren Rahmen, wie
er unten beschrieben ist, bereitgestellt wird, das Oberteil dies
nicht leisten muss und sein Gewicht minimiert werden kann. In der
Ausführungsform,
welche in den 1–3 dargestellt ist, wird ein
konventionelles Verschlusssystem, welches Löcher in dem Oberteil beinhaltet,
verwendet, obwohl andere Verschlussanordnungen verwendet werden
könnten. Das
Oberteil kann weiterhin auch Merkmale aufweisen, wie den schaumgefüllten Knöchelkragen 13,
der die Knöchelöffnung für zusätzlichen
Komfort umgibt. Die Beschreibung des Oberteils dient nur der Illustration,
vielfältige
alternative Oberteilgestaltungen funktionieren genauso gut.
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An
der Sohle des Oberteils 12 ist ein externer Rahmen 14 befestigt,
der dem Fuß unterliegt
und ihn unterstützt.
Sohlenelemente 16–24 unterliegen
dem Rahmen 14 und sind in einer bevorzugten Ausführungsform
durch einen Klebstoff an ihm befestigt.
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Das
Konstruktion des Rahmens 14 basiert auf der Struktur und
der Biomechanik des menschlichen Fußes. In 5 ist eine Draufsicht von oben auf ein
Skelett eines rechten menschlichen Fußes dargestellt. Der Fuß ist an
dem Bein (nicht dargestellt) durch das Sprungbein oder durch den
Knöchel 28 verbunden.
Unterhalb des Sprungbeins 28 und nach hinten befindet sich
das Fersenbein 30 (d. h. der Fersenknochen). Das Kahnbein 32 und
das Würfelbein 34 befinden
sich unterhalb und vor dem Sprungbein 28. Drei Keilbeine 36 erstrecken
sich von dem Kahnbein 32 nach vorne. Fünf Mittelfußknochen 38 erstrecken
sich nach vorne von den Keilbeinen 36 und von dem Würfelbein 34,
wobei die Mittelfußknochen 38 durch
a bis e von links nach rechts in 5 durchnummeriert
sind (d. h. vom großen
Zeh zum kleinen Zeh). Nach vorne jedes Mittelfußknochens gibt es ein entsprechendes
Zehenglied 40 das den Zeh formt.
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Zwischen
jedem Mittelfußknochen
und seinem entsprechenden Zehenglied gibt es ein Mittelfußknochen-Zehenglied-Gelenk
(MTP). Daher gibt es zusammen fünf
MTP-Gelenke. Ein erstes MTP-Gelenk 42, ein zweites MTP-Gelenk 44,
ein drittes MTP-Gelenk 46, ein viertes MTP-Gelenk 48 und ein
fünftes
MTP-Gelenk 50.
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Diese
MTP-Gelenke können
dazu verwendet werden, zwei Achsen zu definieren, um die sich der Fuß während bestimmter
Abdrückbewegungen
abdrückt.
Eine seitliche Abdrückachse
A1 ist durch eine Linie definiert, die im
Allgemeinen durch das dritte 46, das vierte 48 und das fünfte 50
MTP-Gelenk verläuft. Die
seitliche Abdrückachse
wird verwendet für
Abdrückbewegungen
in Richtung der Seite. In Bezug nun auf 2 ist der Rahmen 14 so gestaltet,
um der natürlichen
Biegung des Fußes
um die seitliche Abdrückachse
angepasst zu sein.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
ist der Rahmen 14 so geformt, dass er dem gesamten Fuß unterliegt
und den gesamten Fuß unterstützt. In
einer alternativen Ausführungsform
unterliegt der Rahmen dem Fußgewölbe und
dem Vorderfußbereich,
wobei ein Sohlenelement, das die Ferse unterstützt, direkt an dem Oberteil
befestigt ist. Der Rahmen ist vorzugsweise aus einem relativ steifen,
elastischen Material hergestellt, wie z. B. Kunststoff, Fiberglas
oder ein Karbonfaseraufweisendes Material für Höchstleistungsanwendungen. Die
Ausführungsform
die in den 1 bis 3 dargestellt ist, umfasst
einen gewölbeunterstützenden
Flansch 52 und seitliche Stabilitätsflansche 53, deren
Größe und Form
verändert werden
kann, wie es für
unterschiedliche Fußarten und
für unterschiedliche
Sportarten erforderlich ist. Einkerbungen 56 und 58 an
der Basis des gewölbeunterstützenden
Flansches 52 stellen einen vorbestimmten Betrag von Torsionsflexibilität im mittleren Bereich
des Rahmens und des Schuhs bereit. Die Länge und/oder die Breite der
Einkerbungen 56 und 58 kann ebenfalls variiert
werden, um nahezu jeden Betrag von Torsionssteifigkeit an den Schuh
bereitzustellen. Die Einkerbungen 64 und 66 sind
an gegenüberliegenden
Seiten des Rahmens entlang der Achse A1' eingeformt, welche
der seitlichen Abdrückachse
(A1) des Fußes unterliegt. Die Länge und/oder
die Breite dieser zwei Einkerbungen kann ebenfalls variiert werden,
um die gewünschte
Steifheit und/oder Flexibilität
des Schuhs um die seitliche Achse zu erzeugen.
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In
der Ausführungsform,
die in 8 dargestellt
ist, sind Schlitze 70, 71 und ein Loch 72 in
dem Fersenbereich des Rahmens eingeformt, um Flexibilität in diesem
Bereich bereitzustellen. Zusätzliche Schlitze
können
innerhalb des Fersenbereichs eingeformt werden, wenn dieses gewünscht wird,
und genauso wie bei den anderen Einkerbungen, die oben beschrieben
wurden, können
die Länge
und/oder die Breite modifiziert werden. Wie in 8 zu sehen. Können im Rahmen 14 Vorderfußbiegerillen 66, 64 und
Fersenbiegerillen 67, 68, 69 bereitgestellt
werden. Der Rahmen 14 umfasst ebenfalls entsprechende mediale
und laterale Fersenflansche 80 und 82, um die
Ferse zu zentrieren und festzuhalten.
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Die
Ausführungsform,
die in den 1 bis 3 dargestellt ist, umfasst
Sohlenelement 18 bis 24, die auf der Bodenoberfläche des
Rahmens 14 befestigt sind. Wie von Fachleuten erkannt werden
wird, können
jedoch mehr oder weniger Sohlenelemente unterschiedlicher Konfigurationen
verwendet werden. Sohlenelemente können angeordnet werden, um
einer oder mehreren, den bodenberührenden anatomischen Strukturen
des ungeschützten
Fußes
zu entsprechen. In Bezug auf 5 können diese
Punkte das Fersenbein, den Kopf des ersten Mittelfußknochens,
den Kopf des fünften
Mittelfußknochens,
die Basis des fünften
Mittelfußknochens,
den Kopf des ersten distalen Zehengliedes und den Kopf des fünften distalen
Zehengliedes umfassen, aber sie sind nicht darauf beschränkt.
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Jedes
Sohlenelement stellt Traktion, Abriebfestigkeit und Dämpfung bereit.
Diese Funktionen können
auf viele unterschiedliche Arten erfüllt werden. Jedes der Sohlenelemente 18 bis 24 kann
eine äußere, abriebfeste
Schicht 19 aus einem Material wie z. B. abriebfesten Gummi
haben. Die äußere Schicht
schließt
ein Dämpfungsmaterial 96,
wie beispielsweise EVA oder Polyurethan, ein. Andere Ausführungsformen
der Sohlenelemente sind weiter unten beschrieben. In der bevorzugten
Ausführungsform
ist jedes Sohlenelement an die Unterseite des Rahmens unter Verwendung
von gewöhnlichen
Klebstoffen befestigt, obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
Das Sohlenelement 24 ist an dem Fersenbereich befestigt,
wo es Traktion bereitstellt und Stöße auf das Fersenbein oder
den Fersenknochen des Fußes
dämpft.
Das Element 18 ist an dem Rahmen in der Gegend befestigt,
die dem Fußballen unterliegt,
und stellt Traktion und Dämpfung
für den Kopf
des ersten Mittelfußknochens
bereit. Die Sohlenelemente 20 und 22 unterstützen den
Kopf des fünften
Mittelfußknochens
bzw. die Basis des fünften Mittelfußknochens
in dem lateralen Mittelfußbereich des
entsprechenden Fußes.
Das Sohlenelement 16 ist am Rahmen unterhalb der Zehenregion
des Oberteils befestigt und in anderen Ausführungsformen kann es sich nach
vorne und nach oben um das vordere Ende des Oberteils herum erstrecken.
Jede Anzahl von unterschiedlichen Oberflächenstrukturen kann an diesen
Bereichen angebracht sein, wobei diese nur durch die Kreativität und den
Einfallsreichtum der Schuhdesigner beschränkt sind.
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Jedes
der Sohlenelemente 16 bis 24 in der bevorzugten
Ausführungsform
umfasst abgerundete Kanten wie sie bei 22a in 4 dargestellt sind. Dieses
Merkmal ist detaillierter in dem US-Patent mit der Nr. 5,317,819
von Ellis erklärt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
sind die Sohlenelement mit Gas wie z. B. Luft oder einem visko-elastischen
Material gefüllt.
Eine weitere Ausführungsform
der Sohlenelemente ist in den 9 und 10 dargestellt. In diesen
Figuren ist ein einzelnes Sohlenelement 160 dargestellt,
welches vorzugsweise an dem Schuh unterhalb des Fersenbeines, d.
h. der Ferse befestigt ist. Wie in der Ausführungsform, die vorher beschrieben
wurde, können
andere ähnliche
Sohlenelemente in anderen lasttragenden Punkten an dem Schuh angeordnet
werden, welche einem oder mehreren bodenberührenden anatomischen Strukturen
des unbeschuhten Fußes
entsprechen, umfassend das Fersenbein, den Kopf des ersten Mittelfußknochens,
den Kopf des fünften
Mittelfußknochens,
die Basis des fünften
Mittelfußknochens,
den Kopf des ersten distalen Zehengliedes und den Kopf des fünften distalen
Zehengliedes, aber nicht darauf beschränkt.
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Die
Sohlenelemente 160 umfassen eine Mehrzahl von Luft- oder
von viskoelastisch gefüllten Deformationselementen 162, 164, 166 und 168.
Diese Deformationselemente sind an einer Basisschicht 170 befestigt.
Die Deformationselemente sind vorzugsweise langgestreckte Kanäle, die
sich im Allgemeinen radial nach außen aus einem gemeinsamen Ursprung 176 erstrecken.
Die Kanäle
sind durch Seitenwände 172 gebildet,
die sich vertikal von der Basisschicht zu einer oberen bodenberührenden Schicht 174 erstrecken
und durch Endwände
abgedichtet, um abgedichtete innere Kanäle 178 zu bilden.
Diese Kanäle
werden dann mit Gas, wie z. B. Luft oder einem visko-elastischen
Material gefüllt. Eine
Mehrzahl von hohlen Zwischenrippen 180 kann auf der Basisplatte
zwischen benachbarten Deformationselementen befestigt werden. Die
Deformationselemente er möglichen
es der Basisplatte, sich, als Reaktion auf den Aufprall, horizontal
relativ zu der den Boden-berührenden
Oberfläche
zu verschieben. Diese Verschiebung reduziert den Aufprall durch
eine Vergrößerung der
Zeit, über
der die Belastung abgebaut wird. Andere Ausführungsformen dieser Deformationselemente
sind in der ebenfalls anhängigen Patentanmeldung
mit der Nr. 08/327,416 der gleichen Anmelderin – angemeldet am 16. August
1995 und als "Anisotropic
Deformation Pad for Footwear" betitelt – beschrieben.
Der erfindungsgemäße Schuh kann
mit jedem der darin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden.
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Da
nun die Prinzipien der Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform
davon beschrieben und dargestellt wurden, sollte man erkennen, dass die
Erfindung in ihren Anordnungen und Details modifiziert werden kann,
ohne von solchen Prinzipien abzuweichen. Beispielsweise kann das
Design der Sohlenelemente so modifiziert werden, dass unterschiedliche
Bereiche des Oberteils freiliegend sind, als die, die oben dargestellt
sind. Ein Beispiel eines solchen alternativen Designs ist in 11 dargestellt. In diesem
Design umfassen die Sohlenelemente ein Zehenelement 140,
ein Vorderfußelement 146 und Fersenelement 148.
Zwei zusätzliche
Vorderfußelemente 142 und 144 sind
zwischen dem Zehenbereich und dem Vorderfußbereich angeordnet. Das laterale Element 144 ist
integral mit dem Hauptvorderfußbereich 146 ausgebildet,
wobei das mediale Vorderfußelement 142 ein
separat ausgebildetes Element ist. Diese Elemente sind so angeordnet,
dass sie eine Beugerille dazwischen bilden, wie es weiter oben beschrieben
wurde. Der Fersenbereich 148 umfasst auch eine Fersenbeugungsrille 150.
Anders als die Vorderfußbeugungsrille
legt die Fersenbeugungsrille 150 nicht notwendigerweise
das Oberteil frei. Stattdessen ist das Sohlenelement in diesem Gebiet
eingekerbt, so dass es ein gewünschtes
Maß von
Steifheit und/oder Flexibilität
in dem Fersenbereich bereitstellt.