DE60009767T2

DE60009767T2 - Schuh

Info

Publication number: DE60009767T2
Application number: DE60009767T
Authority: DE
Inventors: Simon Lake Oswego Luthi; Franz Xavier Karl Kälin; Jeffrey E. Portland Gebhard; Charles D. Lake Oswego Kraeuter
Original assignee: Adidas International Marketing BV
Current assignee: Adidas International Marketing BV
Priority date: 1999-02-05
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2020-02-05
Also published as: EP1025770A2; EP1369049B8; US20010001907A1; EP1369049B1; DE60029646T2; DE19904744B4; ATE333810T1; EP1369049A1; ATE264072T1; US6477791B2; EP1025770A3; DE60009767D1; US6199303B1; JP2000225002A; EP1025770B1; DE19904744A1; DE60029646D1

Description

1. Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Schuh, insbesondere einen Sportschuh mit einem Stabilitätselement zur Kontrolle der Drehbarkeit des Vorderfußbereiches relativ zum Hinterfußbereiches des Schuhs.
2. Hintergrund der Erfindung
Die Vorgänge im menschlichen Fuß beim Gehen und Laufen zeichnen sich durch eine enorme Komplexität aus. Zwischen dem ersten Bodenkontakt mit der Ferse und dem Abstoßen mit den Zehen finden eine Vielzahl von verschiedensten Bewegungen im gesamten Fuß statt. Während dieser Bewegungen bewegen oder drehen sich eine Vielzahl von Teilbereichen des Fußes zueinander.
Bei der Konstruktion von "normalen" Schuhen, insbesondere Sportschuhen, ist es ein Ziel diesen natürlichen Bewegungsablauf (wie er beim Barfußlaufen auftritt) sowenig wie möglich zu behindern und nur gegebenenfalls (je nach dem beabsichtigten Verwendungszweck des Schuhs) den Schuh dort, wo es notwendig ist, zu unterstützen. Mit anderen Worten wird versucht, das Laufen oder Gehen ohne Schuhe zu simulieren.
Im Gegensatz dazu wird bei orthopädischen Schuhen versucht, Fehlhaltungen oder orthopädische Missbildungen des Fußes zu korrigieren, indem beispielsweise das Material in bestimmten Bereichen der Sohle verstärkt wird, um eine zusätzliche Unterstützung für den Fuß bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich jedoch nicht auf diesen Aspekt, sondern betrifft ausschließlich die Konstruktion von Schuhen für "normale" Füße, insbesondere "normale" Sportschuhe im obigen Sinne.
In diesem Zusammenhang wurde bereits in der Vergangenheit erkannt, dass die klassische, sich über den gesamten Bereich des Schuhs erstreckende äußere Sohle den oben genannten Anforderungen nicht gerecht wird. Insbesondere Drehungen des vorderen Fußbereiches um die Längsachse des Fußes relativ zum hinteren Fußbereich (die in der Physik als Torsionsbewegungen bezeichnet werden) werden durch eine homogen gestaltete, durchgehende äußere Sohle oder ein Sohlenensemble zumindest erheblich erschwert.
Um diese Schwierigkeiten zu überwinden wurden daher Stabilitätselemente entwickelt, die voneinander getrennte Teile der Sohle mit einer kontrollierten Drehflexibilität miteinander verbinden und die durch ihre Form und ihr Material den Widerstand der Sohle gegen solche Torsionsbewegungen bestimmen.
Ein Beispiel für ein solches Stabilitätselement ist in der US-5 647 145 offenbart. Die Schuhsohlenkonstruktion, die in diesem Stand der Technik offenbart ist, unterstützt und ergänzt die natürlichen Bewegungen der Muskulatur der Ferse, der Metatarsalen und der Fußzehen. Um dieses Ziel zu erreichen, umfasst die Sohle eine Basis aus elastisch kompressiblem Material, eine Vielzahl von nach vorne gerichteten unterstützenden Dämpfungselementen zur Unterstützung der Zehen, eine Vielzahl von nach hinten gerichteten Stützflächen, die die Metatarsalen unterstützen, ein Fersenelement, das die Ferse des Schuhträgers schützt und stützt und eine zentrale Fersengabel, die mit dem Fersenelement überlappt und mit ihm verbunden ist. Beim Bodenkontakt mit der Ferse trägt die Fersengabel zur Stabilisierung und zur Unterstützung des Hinterfußbereiches bei und zu einer Verringerung von zu starker Supination oder Pronation, indem der Fersenknochen stabilisiert und geführt wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines bekannten Stabilitätselements ist in der DE 42 28 248 offenbart. In diesem Dokument ist ein stegförmiges Element zwischen einem Fersenbereich und einem Vorderfußbereich angeordnet, das als ein Dämpfungsmittel beim Bodenkontakt mit der Ferse bzw. beim Abstoßen dient.
Ferner betrifft die US 4,766,679 einen stabilisierenden Rahmen, der die Ferse und die Seitenbereiche des Fußes umgibt, um die Dämpfungseigenschaften im Fersenbereich des Schuhs zu verbessern.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines bekannten Stabilitätselements (das der oben beschriebenen Fersengabel ähnelt) wird im Zusammenhang mit 14 der vorliegenden Anmeldung gezeigt und erläutert. Das dort gezeigte Stabilitätselement 10' ist beispielsweise stab-, kreuz- oder V-förmig und beginnt im Hinterfußbereich 2' der Sohle und endet im Mittelfußbereich der Sohle.
Obwohl diese bekannten Stabilitätselemente aufgrund ihrer Steifigkeit in der Lage sind, den verschiedenen Teilen des Fußes eine gewisse Stabilität zu verleihen, haben sie jedoch den großen Nachteil, dass das Längs- und das Quergewölbe des Fußes nur unzureichend gemeinsam unterstützt wird. Im Vergleich zu einer normalen durchgehenden Sohle, die entsprechend des Umfangs des Fußes geformt ist, wird daher die Stabilität des Fußes erheblich reduziert.
Darüber hinaus ist die Anordnung eines Schichtaufbau aus aufgeschäumten Materialien, der typischerweise im Stand der Technik für den Vorderfußbereich 3' des Schuhs verwendet wird, vergleichsweise nachgebend, sodass aufgrund des hohen Druckes die Sohle auf der medialen oder der lateralen Seite beim Laufen nachgibt und der Fuß daher um mehrere Grad nach innen oder nach außen einknickt insbesondere, wenn die Anatomie des Fußes des Schuhträgers dazu tendiert, solche Drehbewegungen zu unterstützen. Diese als Pronation und Supination bekannten Drehbewegungen führen zu vorzeitiger Ermüdung der Fuß- und Kniegelenke und manchmal sogar zu Verletzungen.
Ein weicher Vorderfußbereich oder nachgebender Vorderfußbereich der Sohle führt zusätzlich zu einem Energieverlust, da die Deformation des Schuhs in der Abstoßphase des Schritts nicht elastisch ist und daher die Energie, die für die vorangegangene Deformation der Sohle aufgewandt worden ist, nicht zurückerhalten werden kann.
Die WO 91/09546 offenbart ein Stabilitätselement für Schuhe, beispielsweise Fußballschuhe oder Trainingsschuhe mit einem Versteifungsmittel, das einen ersten und einen zweiten Bereich aufweist. Der erste Bereich versteift den Mittelfußbereich der Sohle um einer transversalen Biegung zu wiederstehen, während der zweite Bereich den Vorderfußbereich der Sohle versteift und federnde Eigenschaften bereitstellt, um die Rückkehr des Vorderfußbereiches der Sohle in ihre Ursprungsform zu verursachen oder zu unterstützen, nachdem sie in der Verwendung einer transversalen Biegung unterworfen worden ist.
Die DE 298 10 357 U1 beschreibt ein Torsionssystem für einen Fahrradschuh mit einer steifen Platte. Die steife Platte hat einen steifen Vorderfußbereich, einen steifen Fersenbereich und einen drehbaren Zwischenbereich, der den steifen Vorderfußbereich mit dem steifen Fersenbereich verbindet.
In Anbetracht der oben genannten Ansätze aus dem Stand der Technik ist es das Problem der vorliegenden Erfindung einen Schuh bereitzustellen, der eine kontrollierte Drehung des Vorderfußbereiches relativ zum Hinterfußbereich ermöglicht und der gleichzeitig insbesondere den Vorderfußbereich unterstützt, um eine zu starke Pronation oder Supination und dadurch ein vorzeitiges Ermüden oder Verletzungen des Trägers des Schuhs zu verhindern.
3. Zusammenfassung der Erfindung
Das oben genannte Problem wird durch einen Schuh, insbesondere einen Sportschuh gelöst mit einem Stabilitätselement nach Anspruch 1.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel werden für den Fall einer Pronationskontrolle die Metatarsalen 1 und 2 vorzugsweise gemeinsam mit den Phalangen 1 und 2 des Fußes des Trägers des Schuhs unterstützt. Für den Fall einer Supinationskontrolle werden der Metatarsale 5 und vorzugsweise der Metatarsale 4, besonders bevorzugt zusammen mit den Phalangen 4 und 5 unterstützt.
Aufgrund der Ausdehnung des Basiselements vom Hinterfußbereich bis in den Vorderfußbereich hinein, wo die Metatarsalen und die Phalangen sich befinden, wird der Fuß über seine gesamte longitudinale Länge unterstützt, ohne jedoch die Flexibilität des Schuhs im Hinblick auf eine Drehung des Vorderfußbereiches relativ zum Hinterfußbereich zu beeinträchtigen. Eine übermäßige Beanspruchung oder sogar das Durchbrechen des Längsgewölbes des Fußes bei hohen Belastungen, z. B. der Landung nach einem Sprung, wird dadurch wirksam verhindert.
Gleichzeitig unterstützt das Stabilitätselement im Vorderfußbereich den vorderen Bereich des Fußes. Filmaufnahmen von laufenden Athleten mit einer Hochgeschwindigkeitskamera im Rahmen einer Studie zur Untersuchung der Pronation haben gezeigt, dass ein unterstützter Vorderfußbereich des Schuhs wirksam das Drehen des Fußes auf die mediale Seite verhindert. Dies liegt daran, dass aufgrund der Materialeigenschaften des Basiselements im Vorderfußbereich der Schuh auf der medialen Seite bei höherem Druck nicht nachgibt. Bevorzugte Materialien für den Vorderfußbereich haben eine longitudinale Biegesteifigkeit im Bereich von 350 N/mm² bis 600 N/mm² und eine laterale Biegesteifigkeit von 50 N/mm² bis 200 N/mm² (gemessen nach DIN 53452).
Gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung umfasst vorzugsweise das Stabilitätselement im Vorderfußbereich eine elastische Vorderfußplatte oder hat elastische Eigenschaften in diesem Bereich. Beim Aufsetzen des Fußes und dem anschließenden Abrollen über die Zehen wird der Vorderfußbereich elastisch verbogen. Im weiteren Verlauf der Bewegung, wenn sich der Hinterfußbereich bereits wieder vom Boden gelöst hat, streckt sich der Fuß, um sich vom Boden abzustoßen. In diesem Moment springt der Vorderfußbereich des Basiselements elastisch in seine Ausgangsform zurück und unterstützt damit das Abstoßen vom Untergrund. Auf diese Weise wird die in die elastische Verformung des Schuhs investierte Energie zurückgewonnen und erleichtert die Fortsetzung der Bewegung. Die Vorderfußplatte weist dazu bevorzugt Steifigkeiten im Bereich von 50 N/mm bis zu 100 N/mm auf (gemessen nach ASTM 790).
Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ist das Basiselement des Stabilitätselementes geteilt und umfasst zwei V-förmig verbundene vordere Bereiche. Dies ermöglicht eine genaue Anpassung an die unterschiedliche Form der medialen und der lateralen Seite des Längsgewölbes des Fußes.
Vorzugsweise umfasst das Basiselement ferner zusätzliche seitliche Stützelemente. Dadurch wird auch das Quergewölbe des Fußes durch das Stabilitätselement speziell unterstützt. Das Stabilitätselement umfasst bevorzugt zusätzliche Seitenelemente, die sich vom Basiselement ausgehend nach oben über den Rand des Schuhs erstrecken. Dieses Ausführungsbeispiel findet bevorzugt insbesondere bei Sportarten mit hoher seitlicher Belastung des Fußes Verwendung.
Um einen leichten Schuh bereitzustellen, werden die oben genannten Materialeigenschaften vorzugsweise durch ein Verbundmaterial aus Harz und Kohlefasern erreicht.
4. Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in der zeigt:
1 Das Skelett eines menschlichen Fußes zur Erläuterung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
2 ein Schuh gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels;
3 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines engeren Schuhs;
4 ein Schuh mit einem Stabilitätselement mit zwei V-förmig verbundenen Teilbereichen;
5 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit drei zusätzlichen Seitenelementen;
6 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel, wobei sich der mediale und der laterale Teil des Stabilitätselements in den Vorderfußbereich erstrecken;
7 ein Testaufbau zur Bestimmung der Steifigkeit der Vorderfußplatte;
8 Kraft-Deformationskennlinien zur Bestimmung der Steifigkeit der Vorderfußplatte;
9 Hystereseschleife der Deformation der Testplatte E;
10 Hystereseschleife der Deformation der Testplatte F;
11 Hystereseschleife der Deformation einer planen Testplatte;
12 Hystereseschleife einer geformten Testplatte;
13 Ergebnisse von Pronationsmessungen mit verschiedenen Stabilitätselementen;
13a eine schematische Zeichnung zum Erläutern des Pronationswinkels; und
14 ein Schuh mit einem V-förmigen Stabilitätselement nach dem Stand der Technik;
5. Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung umfasst ein Schuh ein Stabilitätselement, das unterhalb des Fußes des Trägers angeordnet ist. Dies kann entweder dadurch erreicht werden, dass das Stabilitätselement gemäß der vorliegenden Erfindung in die äußere Sohle des Schuhs integriert wird, oder indem es zwischen der äußeren Sohle und der Zwischensohle oder der Zwischensohle und der inneren Sohle des Schuhs angeordnet wird. Wenn das Stabilitätselement sich in der äußeren Sohle befindet, kann es eine andere Farbe haben als das umgebende Material der Sohle, so dass die besondere Form des Stabilitätselements, die anzeigt, für welchen Sport der Schuh geeignet ist (siehe unten) leicht von außen erkannt werden kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht die äußere Sohle selbst im wesentlichen aus dem Stabilitätselement. In diesem Fall können eine optionale Zwischensohle und eine Innensohle mit der Oberseite des Stabilitätselementes verbunden werden, um Tragekomfort und Dämpfung für den Träger des Schuhs zu gewährleisten.
Da die oben beschriebenen unterschiedlichen Möglichkeiten der Anordnung des Stabilitätselementes innerhalb des Schuhs die funktionellen Eigenschaften des Schuhs, der ein Stabilitätselement gemäß der Erfindung umfasst, nicht signifikant beeinflussen, wird im folgenden (und in den Figuren) lediglich auf einen Schuh im allgemeinen Bezug genommen.
Bevor die Konstruktion und die funktionellen Eigenschaften des Stabilitätselement gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben werden, wird auf das Skelett eines menschlichen Fußes 90 Bezug genommen, das in 1 dargestellt ist, um das Verständnis der erfindungsgemäßen Prinzipien, denenzufolge spezielle Bereiche des Fußes selektiv unterstützt werden, zu erleichtern.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 92 die Metatarsalen eines linken menschlichen Fußes 90, wobei die Phalangen (Zehen) mit dem Bezugszeichen 95 versehen sind. Die Metatarsalen 92 und die Phalangen 95 bilden gemeinsam im wesentlichen den Vorderfußbereich des Fußes. Zwischen den Metatarsalen 92 und den Phalangen 95 sind die Metatarsalen-Phalangen-Gelenke 93 angeordnet. Die Phalangen 95 umfassen zusätzlich eine Vielzahl von Interphalangengelenken 96. Während des Schritt- oder Laufzyklus ermöglichen die Metatarsalen-Phalangen-Gelenke 93 und die Interphalangengelenke 96 die Biegung des Fuß und das Abstoßen vom Untergrund.
Insgesamt gibt es fünf Metatarsale 92, die als erster, zweiter, dritter, vierter und fünfter Metatarsale 92-1 bis 92-5 bezeichnet werden, ausgehend von der medialen Seite 99 des Fußes bis zur lateralen Seite 98. Entsprechend sind fünf Phalangen 95-1 bis 95-5 vorhanden. Schließlich ist noch der Fersenknochen 91 dargestellt.
Damit das Stabilitätselement gemäß der vorliegenden Erfindung die Pronation bzw. die Supination steuern kann, ist es wichtig, die Phalangen und Metatarsalen geeignet zu unterstützen. Im Fall der Pronationskontrolle werden insbesondere die Metatarsalen 92-1 und/oder 92-2 unterstützt, vorzugsweise gemeinsam mit den Phalangen 95-1 und/oder 95-2. Im Fall der Supinationskontrolle wird insbesondere der Metatarsale 92-5 und/oder der Metatarsale 92-4 unterstützt, vorzugsweise gemeinsam mit den Phalangen 95-5 und/oder 95-4. Dies wird durch das Stabilitätselement gemäß der vorliegenden Erfindung geleistet. Da jedoch Supination seltener ein Problem darstellt, werden der Kürze wegen in der folgenden Beschreibung nur Stabilitätselemente zur Pronationskontrolle diskutiert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Bereich begrenzt. Komplementär geformte Stabilitätselemente, die zur Supinationskontrolle die entsprechenden Metatarsalen und Phalangen unterstützen, sind ebenfalls durch das vorliegende erfinderische Konzept mitumfasst.
Entsprechend umfasst das Stabilitätselement gemäß der vorliegenden Erfindung für einen rechten Schuh 1 unter Bezugnahme auf 2 ein längliches Basiselement 10, das einen hinteren Bereich 12 und einen vorderen Bereich 13 umfasst. Das Basiselement 10 erstreckt sich ausgehend vom Hinterfußbereich 2 des Schuhs 1 in den Vorderfußbereich 3. Wie aus 2 zu erkennen, ist der vordere Bereich 13 so ausgelegt und innerhalb des Schuhs angeordnet, dass der erste und/oder der zweite Metatarsale des Fußes (nicht dargestellt), der auf dem Stabilitätselement mit zusätzlichen Sohlenschichten, wie geeignet, ruht, effektiv unterstützt wird. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform unterstützt das Stabilitätselement sogar den ersten und/oder zweiten Phalangen.
Zwischen den beiden Bereichen 12 und 13 weist das Basiselement 10 vorzugsweise einen Bereich 11 mit reduzierten seitlichen Abmessungen auf, die eine Drehung des vorderen Bereichs 13 des Basiselement 10 (und damit des Schuhs) relativ zum hinteren Bereich 12 ermöglicht. Der Wiederstand gegen ein Drehen des Basiselementes 10 im Bereich 11 definiert die Drehflexibilität des Schuhs. Eine definierte Drehflexibilität kann ferner durch ein elastischeres Material im Bereich 11 herbeigeführt werden.
Das oben beschriebene Stabilitätselement hat mehrere wichtige Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Erstens, wird das longitudinale Gewölbe des Fußes über seine gesamte Länge wirksam unterstützt, da das Basiselement 10 sich fast über die gesamte longitudinale Ausdehnung des Schuhs 1 erstreckt. Verletzungen, die auftreten könnten, wenn das Gewölbe überbelastet wird, werden dadurch verhindert.
Zweitens, wird die Unterstützung des vorderen Bereichs des Schuhs, der den größten Belastungen während des Gehens oder Laufens unterliegt, erheblich verbessert. In den in den 2–4 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispielen erstreckt sich der vordere Bleich 13 des Basiselements 10 im wesentlichen auf der medialen Seite des Schuhs (die gestrichelte Linie 100 zeigt die longitudinale Mittelachse an), um, wie bereits oben diskutiert, eine zu starke Pronation zu kompensieren.
Eine Drehbewegung des vorderen Bereichs 3 des Schuhs 1 relativ zum hinteren Bereich 2 ist weiterhin möglich, d. h. sie kann in einer vorbestimmten Weise durch die Form und die Materialauswahl des Basiselements 10 in dem Bereich 11 kontrolliert werden.
Um die Materialeigenschaften des Basiselements im Vorderfußbereich 13 zu bestimmen, die am besten dazu geeignet sind, eine Pronation zu verhindern, wurde das Auftreten mit dem Fuß von laufenden Athleten von hinten mit einer Hochgeschwindigkeitskamera gefilmt, die 200 Bilder pro Sekunde aufnimmt. Diese Aufnahmen wurden analysiert, um den maximalen Pronationswinkel des Fußes in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften des Stabilitätselements im Vorderfußbereich zu bestimmen. Der Pronationswinkel oder Hinterfußwinkel ist definiert, als der Winkel α zwischen einer senkrechten Linie durch den Fuß und der Ebene des Bodens (vgl. 13b). Bei einer normalen Position des Fußes beträgt dieser Winkel 90°. Alle gemessenen Winkel wurden daher auf diesen Wert bezogen, so dass ein positiver Wert einem Hinterfußwinkel von mehr als 90° ent spricht, d. h. einer Pronation während ein negativer Winkel einem Hinterfußwinkel von weniger als 90°, d.h. einer Supination, entspricht.
Als Ergebnis dieser Studie (vgl. 13a) wurde herausgefunden, dass ein Basiselement 10 mit einer bevorzugten Biegesteifigkeit in Faserrichtung (wobei die Fasern parallel zur longitudinalen Achse des Schuhs angeordnet sind) zwischen 350 N/mm² und 600 N/mm² (gemessen nach DIN53452) und eine Biegesteifigkeit senkrecht zur Faserrichtung zwischen 50 N/mm² und 200 N/mm² erfolgreich den maximalen Pronationswinkel des Fußes reduziert. Insbesondere Biegesteifigkeiten in Faserrichtung zwischen 450 N/mm² und 500 N/mm² und zwischen 90 N/mm² und 160 N/mm² lieferten die besten Ergebnisse. Während Athleten mit Schuhen ohne ein Stabilitätselement (vgl. Beispiel a in 13a) eine Pronation von 1,6° zeigten, wurde die Pronation erheblich verringert (vgl. –0,9 und –0,6° in den Beispielen b und c in 13a, wobei die Fehlerbalken den statistischen Fehler der Messungen anzeigen) bei Athleten, die Schuhe tragen, mit Stabilitätselementen, die die oben genannten Materialeigenschaften aufweisen.
Gemäß eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst das Basiselement 10 im vorderen Bereich 13 bevorzugt eine elastische Vorderfußplatte, die Energie durch elastische Deformation während des Abrollens des Fußes speichert und diese Energie im wesentlichen verlustfrei beim Abstoßen des Fußes vom Boden abgibt, um den Bewegungsablauf zu erleichtern und zu unterstützten. Obwohl es im Prinzip möglich wäre, diese Vorderfußplatte unabhängig vom Stabilitätselement in den Schuh zu integrieren, ist es aus Kosten- und Produktionsgründen vorteilhaft und bevorzugt, diese beiden Teile zu verbinden. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann daher die Vorderfußplatte unsichtbar in den Vorderfußbereich 13 des Basiselements 10 integriert werden (und wird daher in den Figuren nicht dargestellt). Gemäß eines alternativen Ausführungsbeispiels besteht das Basiselement 10 selbst aus einem elastischen Material, um die beschriebene Energiespeicherfunktion zu ermöglichen.
Im folgenden wird die Vorderfußplatte des Basiselementes weiter beschrieben mit Bezug auf ihre Elastizität, die eine notwendige Voraussetzung für die verlustfreie Speicherung und Abgabe der Energie der Deformation der Platte darstellt.
Für eine spürbare Unterstützung eines Sportlers beim Laufen, insbesondere beim Sprinten, sollte die Vorderfußplatte eine Steifigkeit aufweisen, die einerseits groß genug ist, um das Abstoßen des Fußes mit der Energie zu erleichtern, die beim Abrollen gespeichert worden ist, und die auf der anderen Seite nicht zu steif ist, um den natürlichen Bewegungsablauf nicht in unerwünschter Weise zu behindern. Untersuchungen mit Athleten haben gezeigt, dass Steifigkeiten im Bereich von 50 N/mm bis 100 N/mm am besten geeignet sind, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. Die Steifigkeit wurde mit dem Testaufbau ASTM 790, der in 7 gezeigt ist und im folgenden beschrieben wird, gemessen.
Dazu wird eine 250 mm lange und 50 mm breite Testplatte 200 des zu testenden Materials symmetrisch auf zwei 80 mm entfernte Auflagepunkte 310 gelegt und daraufhin mit einer vertikalen, in der Mitte angreifenden Kraft (vgl. den senkrechten Pfeil in 6) ausgelenkt. Auf diese Art kann die Deformation der Testplatte in Abhängigkeit von der Kraft mit einem Kraftmesser gemessen werden. 8 zeigt Ergebnisse der Messungen für Testplatten mit unterschiedlichen Steifigkeiten. Die Steifigkeit ist der Gradient der Kurve im linearen Bereich, d. h. im Bereich kleiner Auslenkungen. Für die Anwendung als Vorderfußplatte sind Steifigkeiten zwischen 50 N/mm (Testplatte F) und 100 N/mm (Testplatte E) besonders geeignet.
Ein weiteres wichtiges Kriterium für die Verwendung als Vorderfußplatte ist die Elastizität, d. h. ob die für die Deformation notwendige Kraft zurückerhalten werden kann, wenn die Platte in ihre ursprüngliche Form zurückfedert. Die 9 bis 12 zeigen Hystereseschleifen von unterschiedlichen Testplatten mit einer Steifigkeit zwischen 50 N/mm und 100 N/mm Um diese Schleifen zu messen, wurde die Kraft mit dem oben beschriebenen Testaufbau (7) bei einer periodischen Deformation und einem Zurückfedern gemessen, wobei die Zeit für einen Zyklus 200 msec. beträgt. Der Unterschied zwischen der oberen und unteren Linie, d. h. die Fläche, die von den zwei Linien eingeschlossen wird, stellt den Verlust an elastischer Energie bei der Deformation der Testplatten dar.
Aus den Kurven der 9 bis 11 ergibt sich, dass der Energieverlust in den Testplatten der oben genannten Steifigkeit zwischen 4,6 % und 6 % liegt, d. h. der weitaus größte Teil der Energie wird beim Zurückfedern in die ursprüngliche Form zurückerhalten. 12 zeigt eine Hystereseschleife für eine Testplatte, die nicht exakt eben ist, sondern zur Anpassung an einen Schuh geformt wurde. Der signifikant größere Energieverlust von 18,3 % dieser Platte ist in 12 gezeigt. Die Vorderfußplatte gemäß der Erfindung ist daher vorzugsweise planar.
Im Hinblick auf die Form des Basiselements 10 sind vorzugsweise zusätzliche seitliche Stützelemente 15 sowohl im vorderen Bereich 13 als auch im hinteren Bereich 12 angeordnet, die sich im wesentlichen quer zur Längsachse des Fußes erstrecken, wie in den 2 und 3 dargestellt. Diese Stützelemente 15 verbreitern die Stützwirkung des Basiselementes 10 auf die lateralen und medialen Seitenbereiche des Schuhs 1, um speziell das Quergewölbe des Fußes gegen eine Überbelastung zu schützen. Die Ausdehnung der Seitenelemente 15 hängt von der Form des Schuhs ab. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen schmaleren Schuh, wobei die Stützelemente 15 entsprechend kürzer sind.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stabilitätselements für einen rechten Schuh. Das Basiselement 10 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel zwei Teilbereiche 20 und 30, die V-förmig miteinander verbunden sind. Der Teilbereich 30 unterstützt wiederum den medialen Teil und der Teilbereich 20 den lateralen Teil des Längsgewölbes des Fußes. Die Verbindung der zwei Teilbereiche 20 und 30 im hinteren Bereich 12 des Basiselementes 10 ermöglicht (im Gegensatz zur einer „normalen" durchgehenden Sohle) bei einer Torsionsbewegung um die Zone 11 eine Bewegung der zwei Teilbereiche 20 und 30 relativ zueinander.
In den Ausführungsbeispielen eines Stabilitätselements für einen linken Schuh, die in den 5 und 6 gezeigt sind, umfassen der mediale Teilbereich 30 des Basiselementes 10 Einkerbungen 31 und Löcher 32, um die Flexibilität des Stabilitätselements im Vorderfußbereich 3 in lateraler Richtung zu erhöhen. Das Ausführungsbeispiel, das in 4 gezeigt ist, ist für Sportarten optimiert, bei denen der Fuß keinen extremen seitlichen Belastungen ausgesetzt ist (z. B. Leichtathletik, Jogging). Eine Unterstützung der lateralen Hälfte des Fußes ist daher lediglich in der Mittelfußzone erforderlich, so dass der Teil 20 entsprechend kürzer ausgestaltet ist als der Teil 30. In dem Ausführungsbeispiel, das in 5 gezeigt ist, erstreckt sich der laterale Teilbereich 20 ebenso wie der mediale Teilbereich 30 in den Vorderfußbereich 3 des Schuhs. Diese Ausführungsbeispiel wird insbesondere bei Sportarten mit häufigem Richtungswechsel und vielen seitlichen Schritten (z. B. Tennis, Basketball etc.) verwendet. Der verlängerte Teilbereich 20 dient in diesem Fall zur Unterstützung der lateralen Seite des Vorderfußes gegenüber denen hohen Belastungen, die von diesen Bewegungen ausgehen.
In dem Ausführungsbeispiel, das in 5 gezeigt ist, sind ebenso wie in dem Ausführungsbeispiel, das in 6 gezeigt ist, zusätzliche Seitenelemente 40 vorgesehen, die die Stabilität der Verbindung zwischen dem Basiselement 10 und dem umgebenden Material der Sohle in der Zone 11 weiter erhöhen, indem sie den Schuh seitlich nach oben umgreifen. In den dargestellten Ausführungsbeispielen werden diese Seitenelemente 40 auf der medialen Seite des Schuhs bereitgestellt; eine Anbringung auf der lateralen Seite ist ebenso möglich und insbesondere für eine weiteren Verstärkung der lateralen Seite bei den oben genannten Sportarten wie Tennis, Basketball, etc. sinnvoll.
Als Material wird für das Stabilitätselement und die integrierte Vorderfußplatte vorzugsweise ein Verbundmaterial aus Kohlefasern verwendet, die in eine Matrix aus Harzen eingebettet sind. Auch die Verwendung von Keflar- oder Glasfasern ist möglich. Diese Materialien verbinden gute Elastizitätswerte mit einem gerin gen Gewicht. Auch Stahl oder andere elastischen Metalllegierungen können insbesondere für die Vorderfußplatte verwendet werden. Kunststoffmaterialien wie Pebax oder Hytrel weisen im Hinblick auf die Herstellung durch Spritzgießen Vorteile auf Die erforderlichen elastischen Eigenschaften können jedoch nur durch eine zusätzliche Verstärkung mit Fasern erreicht werden.

Claims

Schuh (1), insbesondere Sportschuh, mit einem Stabilitätselement, das in die äußere Sohle integriert ist oder zwischen der äußeren Sohle und einer Zwischensohle oder der Zwischensohle oder der Zwischensohle und einer Innensohle angeordnet ist, um die Drehbarkeit des Vorderfußbereiches (3) des Schuhs (1) um die Längsachse relativ zum Hinterfußbereich (2) zu kontrollieren a) wobei das Stabilitätselement ein Basiselement (10) aufweist, das sich vom Hinterfußbereich (2) bis in den Vorderfußbereich (3) erstreckt; b) wobei das Basiselement sich in oder entlang der medialen (99) und/oder der lateralen Seite (98) des Vorderfußbereiches (3) erstreckt, und c) wobei das Basiselement einen Bereich (11) mit reduzierten seitlichen Abmessungen und/oder einem elastischeren Material aufweist, der ein Drehen des Vorderfußbereiches (3) relativ zum Hinterfußbereich (2) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass d) das Basiselement (10) einen vorderen Bereich (13) mit einer Biegesteifigkeit in Längsrichtung zwischen 350 N/mm² und 600 N/mm² aufweist und einer Biegesteifigkeit in Querrichtung zwischen 50 N/mm² und 200 N/mm².
Schuh nach Anspruch 1, wobei das Basiselement (10) den ersten Metatarsalen (92-1) und/oder den zweiten Metatarsalen (92-2) und/oder den ersten Phalangen (95-1) und/oder den zweiten Phalangen (95-2) des Fußes (90) unterstützt.
Schuh nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Basiselement (10) den fünften Metatarsalen (92-5) und/oder den vierten Metatarsalen (92-4) und/oder den fünften Phalangen (95-5) und /oder den vierten Phalangen (95-4) des Fußes (90) unterstützt.
Schuh nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Basiselement (10) einen vorderen Bereich (13) mit einer Biegesteifigkeit in Längsrichtung zwischen 450 N/mm² und 500N/mm² aufweist und eine Biegesteifigkeit in Querrichtung zwischen 90 N/mm² und 160 N/mm².
Schuh nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Basiselement (10) zumindest im Vorderfußbereich (3) elastische Eigenschaften aufweist, um Energie beim Abrollen des Schuhs (1) zu speichern und um die Energie im wesentlichen verlustfrei während des Abstoßens des Fußes vom Untergrund abzugeben.
Schuh nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Basiselement (10) zumindest im Vorderfußbereich (3) eine Steifigkeit im Bereich von 50 N/mm bis zu 100 N/mm aufweist.
Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Vorderfußbereich (3) im wesentlichen eine planare Form aufweist.
Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Basiselement (10) zwei V-förmig verbundene Teile (20, 30) aufweist.
Schuh nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Basiselement (10) sich auf der medialen (99) und der lateralen (98) Seite des Vorderfußbereiches (3) erstreckt.
Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Basiselement (10) zusätzliche Stützelemente (15) auf der Seite aufweist.
Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Stabilitätselement zusätzliche Seitenelemente (40) aufweist, die sich ausgehend vom Basiselement (10) nach oben über den Rand des Schuhs (1) erstrecken.
Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Stabilitätselement ein mit Kohlefasern verstärktes Verbundmaterial aufweist.