DE10107824C1 - Schuh - Google Patents

Abstract

Erfindungsgemäß ist ein Schuh gekennzeichnet durch mindestens ein Zugfederelement, das mit dem Stützelement zusammenwirkt, in einem Bereich des Schuhs, wo sich während einer Schrittphase das Stützelement verformt und das Zugfederelement dehnt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schuh.

Die Weiterentwicklung verschiedener Schuhtypen wie Sport-, Alltags- oder or­ thopädischer Schuhe hat zu vielfältigen Exemplaren geführt. So wird im Bereich der Sportschuhe beispielsweise versucht, einen bestmöglichen Passsitz mit einem möglichst geringen Gewicht zu kombinieren. Auch bei Alltagsschuhen wird diese Kombination zu realisieren versucht. Hier wird die Form und die Ausstattung in erster Linie jedoch von unterschiedlichsten ästhetischen Vorstellungen der Kunden sowie von der vorgesehenen Verwendung bestimmt.

Im Bereich der orthopädischen Schuhe ist die Gestaltung in erster Linie durch körperliche Defizite, die kompensiert werden sollten, festgelegt. Möglichst leichte Materialien und ein optimaler Paßsitz sind aber auch hier von großer Bedeutung. Alle Schuhe sollen aber auch eingesetzte Körperenergie zur Fortbewegung in möglichst geringem Maße vernichten. Wenn möglich, soll diese Energie vielmehr gespeichert und wiedergegeben werden.

So werden beispielsweise Sohlen oder Sohlenanteile aus Gummi, Kreppgummi oder anderem elastischen Material gestaltet, um einerseits die Belastung der Ferse beim Fersenauftrittstoß zu vermindern, andererseits eingeführte Energie durch den Effekt des elastischen Stoßes dem Laufen wieder zurückzuführen.

Es ist aber auch bekannt, dass durch derartige Ausführungen die Achillessehne im Bereich des Ansatzes am Fersenknochen mechanisch überlastet sein und schmerz­ haft werden kann.

Die Idee einer Sohlen- bzw. Schuhkonstruktion, bei der die einwirkende Energie im Schuh gespeichert und dann beim Abdrücken in den Lauf- oder Gehvorgang zurückgeführt wird, ist alt. Der Gedanke wurde in unterschiedlichen Patentanmel­ dungen der letzten Jahrzehnte aufgegriffen. Lösungen dieses Problems wurden darin vielfältig versucht.

So werden Schuhe beschrieben, die durch unterschiedliche Materialien, unter­ schiedliche Formen, aber auch unterschiedliche Konstruktionsweisen einen positi­ ven Effekt herbeizuführen suchen.

Dabei finden als Materialien nicht nur elastische Gummi- oder Kunststoffelemente Anwendung (z. B. WO 99/35928 A1), sondern auch Federelemente, die z. B. aus Metall bestehen (z. B. EP 0 861 610 A2).

Weiterhin werden miteinander verbundene Kammersysteme ausgeführt, die einen ähnlichen Effekt im Sohlenbereich erbringen sollen (z. B. DE 196 40 655 A1).

Die Federelemente werden aus Metall, als Ringfedern oder blattfederartige Gebilde (z. B. DE 197 50 781 A1) oder auch als gasgefüllte Kammern (z. B. WO 99/20135 A1) vorgeschlagen.

Die Ausgestaltungen dieser unterschiedlichen Materialien und Konstruktionsprinzi­ pien sind vielfältig.

Allen diesen Entwicklungsansätzen nach dem Stand der Technik liegt der Gedanke zugrunde, dass die beim Auftreffen auf dem Boden im Fersen- und Vorfußbereich einwirkende Druckenergie durch elastische Elemente oder elastische Systeme aufgenommen wird, um diese Energie beim nächsten Schritt wieder zurückzuge­ ben.

Nicht nur die Rückgewinnung dieser Energie wird dabei ins Auge gefasst, sondern auch ein Schutz des Fußes vor schädigenden Einwirkungen. Die Belastung der Ferse ist z. B. beim Absprung bis zum 6-fachen und beim schnellen Laufen bis zum 3-fachen des normalen Körpergewichts vergrößert.

Um derartige Belastungen zu dämpfen, haben die bekannten Entwicklungen zwar gewisse Fortschritte erreicht, der derzeitige Stand der Technik bleibt verbesse­ rungswürdig.

Die DE 34 17 497 A1 beschreibt einen Schuh mit einer Abstützung der Fußgewölbekuppel, wo ein Gas als Druckmedium für eine während unterschiedlicher Gangphasen verschiedene Abstützung des Fußes sorgt.

Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schuh zu schaffen, welcher die Energie des Impulses, der beim Auftreten während eines Schrittes in den Schuh gelangt, zu speichern und zum Abstoßen des Fußes wäh­ rend einer späteren Schrittphase möglichst effizient wieder abzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von einem Schuh mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß weist ein Schuh mindestens ein Zugfederelement auf, das mit einem Stützelement zusammenwirkt. Das Zugfederelement - z. B. ein gummielasti­ sches Band - kann erfindungsgemäß zwischen zwei Punkten, z. B. den Endpunkten des Stützelementes, angeordnet und dort z. B. geringfügig vorgespannt sein. Das Zugfederelement kann aber auch so - z. B. zwischen Vorfuß und Ferse - in den Schuh integriert sein, dass z. B. das Gewölbe des Fußskelettes als Stützelement wirkt, mit dem das Zugfederelement zusammenwirkt. Dabei setzt das Zugfeder­ element so zwischen zwei Punkten des Stützelementes an, dass sich das Zugfeder­ element während einer Schrittphase dehnt (und dadurch Kraft speichert), während es in einer anderen Schrittphase relaxiert (und dadurch Kraft in den Schritt zurück­ führt). Das Stützelement nimmt dabei die Zugkraft zwischen den Enden des Zug­ federelementes auf und stützt sie ab, während es sich im übrigen biegeverformen kann. Um das Zugfederelement zu dehnen, während sich das Stützelement wäh­ rend einer Schrittphase biegeverformt, ist das Stützelement vorzugsweise bogen­ förmig.

Im Tierreich ist zu beobachten, dass bei großen Laufvögeln - insbesondere beim Vogel Strauß - bei jedem Schritt ein Teil der Stoßenergie in den langen Sehnen gespeichert wird, um so beim nächsten Schritt wieder zurückgegeben zu werden. Dieses ökonomische System ist in der Natur jedoch nicht nur auf große Laufvögel beschränkt, nur wird es hier besonders augenfällig. Man muß vielmehr davon ausgehen, dass alle sehnigen und muskulären Elemente des Körpers bei den höher entwickelten Lebewesen neben der Aufgabe der Kraftentwicklung und Kraftüber­ tragung auch die Aufgabe der Energiespeicherung und -wiedergabe erfüllen.

Bekannt ist, dass im Körper ein statisches lastübertragendes System existiert. Es handelt sich hier um die Skelettabschnitte einschließlich der Gelenke. Eigene Untersuchungen haben außerdem gezeigt, dass es ein dynamisches Kraftentwick­ lungs- und Lastübertragungssystem gibt. Es handelt sich um die Muskulatur mit den Muskelhäuten (Faszien) sowie den daran ansetzenden Sehnen, Gefäßen und Nerven.

Dieses System, das auch wie ein Knochen Last übertragen kann, hat als dritte wichtige Aufgabe die Energiespeicherung und -wiedergabe.

Durch den Knochen kommt es nicht nur zur Übertragung einwirkender Kraft, vielmehr stellt er in seiner Bauweise auch ein Federelement dar, welches einwirken­ de Kräfte teilweise auch in seiner Struktur speichert, um sie dann wiederzugeben.

Betrachtet man die Konstruktion des Fußes und der angrenzenden Knochen- und Muskelanteile, so lässt sich folgendes festhalten:
An der Fußsohle kann man Aufprall- und Abdruckzonen unterscheiden. So stellt die Ferse die wesentliche Aufprallzone dar. Hier wird beim Auftreten der Hauptanteil der Energie in das ossäre System eingeleitet. Eine künstliche Speicherung und Wiedergabe der Energie kann hier, wie in einigen der genannten Patentschriften beschrieben, durch elastische Absatzkonstruktionen erfolgen. Dies ist aber nur wenig effizient.

Im Bereich des Vorfußes stellen die Ballen ebenfalls eine Aufprallzone dar. Diese Funktion übernehmen sie beim Laufen auf dem Vorfuß, aber auch während des Abrollens beim Gehen. Hier wird die einwirkende Energie nicht nur in Skelettanteile fortgeleitet. Vielmehr kommt es durch die Dehnung von sehnigen und muskulären Strukturen, die in Längs- und Querrichtung unter dem Fußgewölbe liegen (sog. Plantaraponeurose), zu einer Abfederung und auch zur Speicherung der eingebrach­ ten Energie in den Strukturen.

Dabei kommt es nämlich zur Dehnung dieser Sehnenplatte in der Fußsohle in querer Richtung unter dem Quergewölbe des Fußes und in Längsrichtung unter dem Längsgewölbe des Fußes. Zudem kommt es zur Dehnung der Achillessehne sowie der Muskeln, die mit der Achillessehne verbunden sind (Musc. suralis und Musc. soleus). Da diese Muskeln teilweise über das Kniegelenk auf den Oberschenkel­ knochen einwirken, ist somit das gesamte Bein in die Energiespeicherung ein­ bezogen. Bei Fortsetzung des Schritts wird die Energie wieder in geeignet gerichte­ te Kräfte zurückgewandelt, welche die Motorik der Muskulatur bei ihrer Kraft­ erzeugung entlastend unterstützen.

In der Anatomie des Fußes unterscheidet man zwei Gewölbe, ein Quer- und ein Längsgewölbe. Diese Gewölbe sind wie bei einem Bogen zum Bogenschießen durch ein sehniges Element an der Basis fixiert, das die Enden des Gewölbes miteinander verbindet. Im Bereich des Quergewölbes findet sich eine quere Sehnen­ platte, in welche Elemente der Zehengrundgelenke einbezogen sind. Im Bereich des Längsgewölbes ist es in erster Linie die sehr dicke Sehnenplatte der Plantaraponeu­ rose, die wie eine Bogensehne den knöchernen Bogen fixiert. Beim Auftreten wird die Sehne gespannt und elastisch gedehnt und so speichert das System Energie. Beim Abstoßen kommt es zur Entspannung der Sehne und Energieübertragung der gespeicherten Energie in den nachfolgenden Schritt.

Drei Phasen lassen sich unterscheiden. Die erste Phase führt zu einem Dehnen und Spannen der sehnigen Struktur. Diese Dehnung der gewellten Kollagenfasern führt zu einer Streckung der Fasern. Wird die Streckung erreicht, lässt sich die Faser nicht weiter dehnen, was bedeutet, dass dann die Muskelkraft direkt übertragen wird (zweite Phase). Die dritte Phase ist dadurch charakterisiert, dass beim näch­ sten Schritt am Ende durch Entspannung der sehnigen Struktur die gespeicherte Energie in den neuen Schritt zurückgeführt wird.

Diesen von der Natur realisierten physikalischen Effekt macht sich der erfindungs­ gemäße Schuh zunutze: das erfindungsgemäße Stützelement, zwischen dessen Enden das Zugfederelement aufgespannt ist, entspricht in seiner Funktion den gewölbeartig angeordneten Knochen des Fußgewölbes, während das Zugfeder­ element den Sehnen entspricht. Wenn nun erfindungsgemäß das Stützelement während einer Schrittphase verformt wird und dadurch das Zugfederelement dehnt, findet hier Energiespeicherung statt, die dann bei Entlastung z. B. während einer späteren Schrittphase wieder in Bewegungsenergie zurückgewandelt und von der erfindungsgemäßen Kombination von Zugfeder- und Stützelement über die Schuh­ sohle an den Boden abgegeben wird.

Etwa entsprechend dem Längsgewölbe des Fußes ist ein Zugfederelement mit einem Stützelement vorzugsweise in Längsrichtung der Schuhsohle zwischen dem Ballen-Bereich und dem Hacken-Bereich der Sohle erstreckt. Z. B. beim Abrollen während eines Schrittes längt sich dieses Zugfederelement (das bei der bevorzug­ ten Anordnung unter dem sich darüber wölbenden Stützelement zwischen dessen Enden eingespannt ist), während sich das Stützelement unter der Abroll-Verfor­ mung der Schuhsohle sozusagen streckt. Bei Rückverformung des Stützelementes und dadurch bewirkter Entlastung des Zugfederelementes z. B. während einer späteren Schrittphase (wenn dann nämlich die Sohle sich aus ihrem während des Abrollens im wesentlichen nach außen gewölbten Formzustand wieder in eine im wesentlichen ebene Gestalt zurückgeformt hat), bewirkt diese Entlastung und Rückverformung der erfindungsgemäßen Kombination von Zugfeder- und Stützel­ ement einen Impuls, der über den Ballen in den Boden eingeleitet wird und als Abdrückkraft die Schritt-Fortbewegung unterstützt.

So funktioniert auch die vorzugsweise zusätzlich in der Schuhsohle angeordnete Kombination von Zugfeder- und Stützelement in Querrichtung zwischen dem Großzehenballen-Bereich und dem Kleinzehenballen-Bereich der Sohle etwa ent­ sprechend dem Quergewölbe des Fußskelettes.

Nach einem anderen Prinzip der Energiespeicherung arbeiten die Achillessehne und die daran hängenden Muskeln sowie die langen Sehnen der Beuger und Strecker der Zehen und des Mittelfußes. Hier kommt es beim Geh- oder Laufvorgang zu einer Anspannung dieser langen gelenkübergreifenden Sehnen- und Muskelstruktu­ ren. Die Vorspannung wird zusammen mit der einsetzenden Muskelkraft in den nachfolgenden Schritt übertragen.

Auch dieses physiologische Grundkonzept lässt sich erfindungsgemäß umsetzen, indem mindestens ein Zugfederelement zwischen dem Hackenbereich des Schuhs und einem Schaftbereich erstreckt ist, der an der Schienbein-Vorderkante fixiert ist. Dadurch, dass hier bereits die Reihe von Knochen (von oben nach unten: Schien­ bein über das Sprunggelenk bis zum Fersenbein) eine Kette von Stützelementen bildet, kann in diesem Bereich auf ein künstliches Stützelement, das in den Schuh integriert ist, auch verzichtet werden, so dass die Dehnung dieses Zugfederelemen­ tes beim Aufsetzen des Vorfußes während des Laufes (mit damit verbundenem "Anheben" der Fußspitze und gleichzeitigem Entfernen des hinteres Fußendes (Ferse) als einem Ansatzpunkt des Zugfederelementes von dessen anderem Ansatz­ punkt an der Schienbeinvorderkante) nur über diese Knochen abgestützt wird. Aber auch eine künstliche Abstützung dieser Dehnung über ein künstliches Stützelement zwischen dem Ansatzpunkt des Zugfederelementes an der Ferse und dem Ansatz­ punkt des Zugfederelementes an der Schienbein-Vorderkante ist erfindungsgemäß.

Der beschriebene Effekt kann noch dadurch erhöht werden, dass der Ansatzpunkt des Zugfederelementes im Bereich der Ferse nach hinten verlagert wird, um so einen größeren Hebelarm zu gewährleisten. So hat sich im Sport übrigens gezeigt, dass Athleten, die ein besonders hohes Fußgewölbe oder ein besonders langes Fersenbein haben, mit größeren Erfolgen in Sprungdisziplinen aufwarten können. Entsprechend lässt sich die erfindungsgemäße Wirkung einer quer zwischen den Zehenballen-Bereichen angeordneten Kombination von Stütz- und Federelement dadurch vorteilhaft verstärken, dass die Sohle in diesem Bereich nach innen und/ oder nach außen verbreitert ist. Dies verlängert das Zugfederelement und ver­ größert die wirksame Hebellänge des Stützelementes beim Einleiten des Impulses in den Boden.

Der hier offenbarten Erfindung liegt also die Idee zugrunde, das Prinzip des "ge­ spannten Bogens" als Federelement in eine Schuhsohle zu inkorporieren. Der Bogen und die Sehne werden im Fußbereich z. B. durch ein längliches elastisches Element etwa in Gestalt eines "Gummibandes" sowie durch ein festes bogenförmiges Kunststoffteil realisiert. Das vorzugsweise bogenförmige Stützelement kann dabei auch biegeelastisch sein und so die Federwirkung des Zugfederelementes unter­ stützen - seine Grundfunktion liegt aber zunächst darin, die von dem Zugfeder­ element in das Stützelement eingeleitete Druckkraft möglichst ohne eigene daraus resultierende Verformung zu übertragen.

Beim Laufen kommt es dann, wie beim natürlichen Fußgewölbe und der Fußsohlen­ sehne zur Streckung des vorzugsweise bogenförmigen Stützelementes und daraus resultierend zur Dehnung des Zugfederelementes, was sich erfindungsgemäß sowohl als Quer- als auch als Längsgewölbe in der Sohle umsetzen lässt. Im Achillessehnen- und Unterschenkelbereich kann dieses Konstruktionsprinzip eben­ falls umgesetzt werden. Es erfolgt erfindungsgemäß vorzugsweise so, dass der Ansatz des Zugfederelementes im Schuhfersenbereich, um einen besseren Hebel­ arm zu erhalten, etwas nach hinten verschoben wird. Der möglichst direkte Ansatz am Knochen erfolgt dann an der Vorderseite des Unterschenkels. Hier liegt die Schienbein-Vorderkante direkt unter der Haut.

Natürliche Kollagenfasern, aus denen z. B. auch die Sehnen und Bänder im mensch­ lichen Körper aufgebaut sind, sind wie beschrieben elastisch. Sie haben darüber hinaus, wie auch schon angedeutet, die Eigenschaft, nicht linear elastisch verform­ bar zu sein, sondern im Bereich geringerer Dehnung verformen sie sich mit geringe­ rer Federkraft (also "leichter"), und im Bereich größerer Dehnung bewirken sie demgegenüber eine überproportional große Federkraft (sind also "schwerer" verformbar). Diese nicht lineare Elastizität der natürlichen Sehnen und Bänder bewirkt folglich einerseits den schon beschriebenen Effekt von Energiespeicherung und -wiedergabe und verhindert andererseits aber die Zerstörung von Strukturen aufgrund von übermäßiger Dehnung. Diese Eigenschaft ist erfindungsgemäß für das Zugfederelement bevorzugt, das sich dann vorzugsweise bis zu einem kon­ struktiv festgelegten oder sogar einstellbaren Grad elastisch dehnt (zur Energiespei­ cherung und -wiedergabe) und das sich bei größerer Dehnung dann aber mit vergrößerter Steifigkeit weiterer Dehnung "widersetzt". In diesem Bereich wird dann z. B. die Streckung des bogenförmigen Stützelementes durch die größere Steifigkeit des Zugfederelementes begrenzt und bewirkt bei entsprechender Ausge­ staltung etwa als Längsgewölbe in der Sohle, dass aus dem Fuß in den Boden eingeleitete Kraft nunmehr im wesentlichen nur zum Abdrücken und somit zum "Vortrieb" des Fußes genutzt wird.

Diese nicht lineare Elastizität des Zugfederelementes kann erfindungsgemäß verschieden bewirkt sein. Zum Beispiel kann das Zugfederelement teilweise aus einem Werkstoff mitentsprechend nichtlinearem elastischen Verformungsverhalten hergestellt sein. Oder das Zugfederelement ist zusammengesetzt aus elastischen Fasern, die im Bereich der geringen Dehnung die geringe Steifigkeit bestimmen, während "parallele", aber zunächst z. B. in Wellenlinien verlaufende unbelastete, zugsteife Fasern (z. B. Kohlefasern) bei der größeren Dehnung schließlich gestreckt die weitere Dehnung begrenzen. Diese beiden Faserarten können getrennt vonein­ ander verlaufen oder auch gemeinsam in eine Matrix zum Bilden eines Bandes eingebettet sein.

Die Steifigkeit des Zugfederelementes kann unterschiedlich auf die jeweilige Funktion (Sport, Alltag, Behinderung) oder die individuelle Situation einstellbar sein. Das Gleiten während der Dehnung der bevorzugt länglichen, biegeschlaffen Struk­ tur des Zugfederelementes kann dabei durch hüllenartige Strukturen (wie bei den natürlichen Sehnenscheiden) erleichtert werden, um einen Energieverlust möglichst zu vermindern, der durch Reibung entstehen kann. Eine Polsterung an den Kontakt­ stellen, insbesondere zum Schienbein, auch um eine großflächigere Krafteinleitung über die Haut zu ermöglichen, ist bevorzugt. Dabei kann die Kontaktstelle ein der Schienbein-Vorderkante angeformtes Paßstück aufweisen, das z. B. in den Schuh­ schaft integriert sein kann. Es kann aber auch - z. B. um den Ansatzpunkt an der Schienbein-Vorderkante möglichst weit nach oben in Richtung Knie zu positionieren - z. B in eine Manschette integriert sein, und der Ansatzpunkt an der Schienbein- Vorderkante ist dann über das Stützelement nach unten zum Schuh und dort insbesondere zum Hacken-Bereich abgestützt.

Das erfindungsgemäße Stützelement kann, wie angedeutet, einstückig - auch in Sandwichbauweise - z. B. als bogenförmiges Kunststoffteil ausgebildet sein. Aber auch eine Ausgestaltung aus z. B. gelenkig aneinandergereihten Stützstücken, die sich z. B. in einer äußeren Hülle geführt aufeinander abstützen, ist erfindungs­ gemäß. Diese äußere Hülle kann z. B. die Sohle selbst bilden, in der Stücke dann z. B. in den Kunststoff eingegossen sind, aus der die Sohle gebildet ist. Um den Sohlenkontakt zu verbessern, ist eine individuelle anatomische Oberflächengestal­ tung der Innensohle bevorzugt.

Um nicht Energie für kompensatorische Bewegungen zu "vergeuden", ist die Sohle des erfindungsgemäßen Schuhs vorzugsweise mit geeigneten Strukturen zur Verbesserung der Bodenhaftung und zur Dämpfung des Aufpralls versehen. Zur Verbesserung der Bodenhaftung eignen sich Profilrillen in der Schuhsohlenunter­ seite, aber auch z. B. "Spikes" oder "Stollen", die sogar auswechselbar sein kön­ nen. Zur Dämpfung eignen sich z. B. Elemente, deren Werkstoffeigenschaften eine bestimmte Dämpfung bewirken und die zum einstellbaren Anpassen des Dämp­ fungsverhaltens auch austauschbar sein können gegen Elemente mit anderem Dämpfungsverhalten.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeich­ nungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Fußes mit einem erfin­ dungsgemäßen Schuh,

Fig. 2 zeigt eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Zug federelementes mit dem Stützelement aus dem Schuh gemäß Fig. 1,

Fig. 3 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Fußes mit einer alterna­ tiven Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Schuhs in zwei Pha­ sen der Abrollbewegung während eines Schrittes,

Fig. 4 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Ausschnittes von einem erfindungsgemäßen Zugfederelement mit einem Stütz­ element,

Fig. 5a und 5b zeigen schematisch geschnittene Seitenansichten von zwei Ausge­ staltungen erfindungsgemäßer Zugfederelemente,

Fig. 6a bis 6c zeigen schematisch eine Seitenansicht eines Fußes mit einer alterna­ tiven Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Schuhs in drei Phasen der Abrollbewegung während eines Schritts,

Fig. 7 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Fußes mit einer alternati­ ven Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Schuhs in zwei Phasen der Abrollbewegung eines Schrittes,

Fig. 8 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Fußes mit einer alterna­ tiven Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Schuhs und

Fig. 9 zeigt eine schematische Vorderansicht eines Fußes auf einer Sohle eines erfindungsgemäßen Schuhs.

In Fig. 1 ist ein menschlicher Fuß 2 erkennbar, der einen Schuh 4 trägt. Unter dem Gewölbe 3 des Fußes 2 ist in der Schuhsohle ein bogenförmiges Stützelement 16 integriert, zwischen dessen Enden ein Zugfederelement 18 gespannt ist. Das bogenförmige Stützelement 16 verläuft im wesentlichen parallel zu dem Bogenver­ lauf des Fußgewölbes 3, dessen Verlauf insbesondere auch durch die dort angeord­ neten Knochen (nicht dargestellt) bestimmt ist. In den Zwischenraum zwischen dem Stützelement 16 und dem Zugfederelement 18 sind fluidgefüllte Kammern 7 angeordnet, die - bevorzugt mit Gel gefüllt - der Dämpfung bei einer Verformung des Stützelementes 16 und des Zugfederelementes 18 während verschiedener Schrittphasen dienen. Diese Verformung und ihre Funktion wird im Folgenden mit Bezug auf Fig. 3 und später auch auf Fig. 6 beschrieben. Fig. 2 zeigt als Ausschnittsvergrößerung nochmals das Stützelement 16 mit dem Zugfederelement 18, und verdeutlicht deren gemeinsame Form eines Sportbogens (zum Bogenschie­ ßen). Außerdem sind auch in Fig. 2 die gelgefüllten Dämpfungskammern 7 erkennbar, die in Fig. 1 als Hohlräume der Schuhsohle 6 ausgebildet sind.

Auch in Fig. 3 ist ein menschlicher Fuß 2 erkennbar, der einen Schuh 4 trägt, welcher nur schematisch durch eine Umrißlinie am Hacken und durch eine Kon­ turlinie der Sohlenunterseite 6 angedeutet ist. Der Schuh 4 ist in zwei Phasen der Abrollbewegung dargestellt, die beim Schritt des Fußes 2 ablaufen. Während einer Schrittphase (die im folgenden mit a bezeichnet ist) liegt die Sohle 6a im wesentli­ chen plan auf dem Boden 8 auf, während in der späteren Schrittphase (die mit b bezeichnet ist) die Sohle 6b im Hackenbereich angehoben ist, bevor sich der Fuß 2 dann im Vorfußbereich 10 vom Boden abdrückt. In der späteren Phase b ist die Sohle 6b, wie dargestellt, nach außen gewölbt und biegt sich sozusagen vom Zehenbereich 12 des Fußes um den Ballenbereich 10 zur Hacke 14. Durch diese (reversible) Verformung der Sohle 6, die dazu z. B. aus Kunststoff hergestellt ist, wird auch eine in der Sohle 6 eingebettete Kombination von einem Stützelement 16 und einem Zugfederelement 18 entsprechend verformt: deren nicht verformte Gestalt ist in der Schrittphase a erkennbar, wo nämlich das Stützelement 16 ähnlich einem Geigenbogen - zwischen seinen Enden das Zugfederelement 18 gerade gespannt hält (wobei das Zugfederelement 18 dann sozusagen der Sehne des Geigenbogens entspricht).

Wenn nun in der späteren Schrittphase b die Schuhsohle 6b konvex nach außen gewölbt ist, verformt sich auch das Stützelement 16 entsprechend. Dies ermöglicht sich dadurch, dass - anders als die Sehne eines Geigenbogens oder eines Sportbo­ gens - das Zugfederelement 18 als elastisches Band ausgestaltet ist, das sich unter der Biegeverformung des Stützelementes 16 in der Schrittphase b elastisch dehnen kann. Dies bewirkt - ähnlich dem in der allgemeinen Beschreibung dargelegten physiologischen Effekt der Energiespeicherung in der Plantar-Sehnenplatte unter dem Fußgewölbe - ein Rückstellmoment, das auf das Stützelement 16 einwirkt, sich in die Lage entsprechend der Schrittphase zurückzuverformen. Dieses Rück­ stellmoment entsteht also unabhängig davon, ob das Stützelement selbst biege­ elastisch ist (was erfindungsgemäß bevorzugt den vorteilhaften Effekt der Erfin­ dung begünstigt) oder ob das Stützelement 16 sozusagen "biegeschlaff", also wie eine Wirbelsäule aus Einzelstücken aufgebaut in Biegerichtung leicht verformbar nur der Druckbelastung aufgrund der Zugkraft des Zugfederelementes 18 zwischen seinen Enden standhält.

Jedenfalls bewirkt das Rückstellmoment, dass in einer späteren, der Phase b folgenden Phase das Abdrücken des Vorfußes 10 vom Boden durch einen zusätzli­ chen Impuls unterstützt wird, der durch die sich zurückverformende Kombination von Stützelement 16 und Zugfederelement 18 bewirkt wird.

Die Fluidkammern 7 gemäß Fig. 1 und 2 dämpfen bei diesem Ablauf sowohl die Verformung während der "Streckung" des bogenförmigen Stützelementes 16 und der Dehnung des Zugfederelementes 18 als auch die Rückverformung und ver­ meiden so z. B. auch Schwingungen, die den Läufer stören oder sogar schädlich sein können.

Ein Ende der Kombination aus Stützelement 16 und Zugfederelement 18 ist sche­ matisch detailliert mit Blick auf Fig. 4 erkennbar. Dort wird deutlich, dass zu­ nächst das Stützelement 16, wie schon angedeutet, wie eine Wirbelsäule aus einzelnen Stützstücken 20, 22 aufeinandergesetzt ist, die in einer Hülle 24 geführt sind. Dies unterscheidet das Stützelement 16 gemäß Fig. 3 und 4 von dem Stützelement 16 gemäß Fig. 1 und 2, welches einstückig ausgebildet und wie ein Sportbogen elastisch biegeverformbar ist. Die sphärischen Stützstücke 20 gemäß Fig. 4 dagegen verbinden die übrigen Stützstücke 22 kugelgelenkig miteinander. Ein Endstück 26 des Stützelementes 16 weist eine Bohrung auf, durch die hindurch das Zugfederelement 18 geführt ist. Durch eine Verdickung 28 ist das Zugfeder­ element 18 in der Bohrung in einer Richtung gesichert. Durch gleiche Ausgestal­ tung des anderen Endes ist das Zugfederelement 18 so in dem Stützelement 16 gehalten.

Das Zugfederelement 18 ist aus im wesentlichen parallel gerichteten gummielasti­ schen Fasern 30 sowie aus reckarmen Kohlefasern 32 aufgebaut, die in dem dargestellten ungedehnten Zustand zunächst in Wellenlinien liegen. Wird nun das Zugfederelement 18 gedehnt, so strecken sich die gummielastischen Fasern 30 elastisch in die Länge, während die Wellenlinien der Kohlefasern 32 immer flacher werden, bis sie zuletzt gerade gestreckt sind. Dies begrenzt dann durch die we­ sentlich höhere Zugsteifigkeit der Kohlefasern 32 die weitere Dehnung des Zug­ federelementes 18, wobei sich diese Dehngrenze durch die gestreckte Länge der Kohlefasern 32 einstellen lässt.

Fig. 5a und 5b zeigen hier alternative Ausgestaltungen in äußerst schematischer Darstellung, aus denen deutlich werden soll, dass die zunächst gewellt liegenden Kohlefasern 32 und die gummielastischen Fasern 30 entweder als Bündel separater Fasern nebeneinanderliegen können (Fig. 5a) oder dass die gewellt liegenden Kohlefasern 32 auch in einem Gummiband 30 als Matrix z. B. eingegossen sein können.

Ähnlich einer Sehnenscheide z. B. im menschlichen Körper ist auch das Zugfeder­ element 18 in einer Hülle 34 geführt, die z. B. mit Graphitstaub (nicht dargestellt) zusätzlich gefüllt ist, um die Reibung während der Dehnung des Zugfederelementes 18 gegenüber der Umgebung zu minimieren, in die das Zugfederelement 18 einge­ bettet ist.

Fig. 6 zeigt nun wiederum äußerst schematisch in Einzelbildern 6a bis 6c einen menschlichen Fuß 2 mit einem Schuh 4, der in seiner Sohle 6 ein Zugfederelement 18 aufweist, welches sich dort vom Ballenbereich des Vorfußes 10 zum Hacken 14 erstreckt. Dieses Federelement 18 wirkt mit dem Fuß 2 selbst als Stützelement 16 zusammen, welches, wie einleitend beschrieben, gewölbeförmig ist. Die Kraft aufgrund der Dehnung des Zugfederelementes 18 während der Schrittphasen gemäß Fig. 6b und noch stärker gemäß Fig. 6c wird dabei von der Sohle 6 in den Fuß übertragen und dort insbesondere von dem Fußskelett abgestützt. Ablauf der Verformung und Effekt der Rückverformung entsprechen dann dem zu Fig. 3 Beschriebenen.

Mit Blick auf Fig. 9 ist erkennbar, dass eine Kombination aus Stützelement 16 und Zugfederelement 18 auch in Querrichtung der Sohle 6 angeordnet ist, und zwar unter dem Zehenballen-Bereich. In der sowohl nach außen durch einen Vorsprung 36 als auch nach innen durch einen Vorsprung 38 erweiterten Sohle erstreckt sich die Kombination aus Stützelement 18 und Zugfederelement 16 zwischen dem Großzehenballen-Bereich 40 und dem Kleinzehenballen-Bereich 42, wobei die Erweiterungen 36, 38 eine möglichst große Länge von Stützelement 16 und Zugfederelement 18 ermöglichen.

Wenn nun beim Auftreten des Fußes 2 auf den Boden 8 in dem Zehen-Ballenbe­ reich 40, 42 Belastung in die Sohle 6 eingeleitet wird, "streckt" sich das Stützel­ ement 16 durch die Belastung von oben und dehnt damit das Zugfederelement 18 zur Speicherung von Energie. Wenn sich dann der Fuß 2 beim Abdrücken während einer späteren Gangphase vom Boden 8 löst, verformt sich die Kombination von Stützelement 16 und Zugfederelement 18 wieder zurück und leitet dann ähnlich wie schon zu Fig. 1 bezüglich des dort als Längsgewölbe ausgebildeten Stützel­ ementes 16 auch aus diesem als Quergewölbe ausgebildeten Stützelement 16 gemäß Fig. 4 einen Impuls in den Boden, der das Abdrücken des Fußes unter­ stützt.

Mit Blick auf Fig. 7 und 8 schließlich werden zwei weitere Ausgestaltungen der Erfindung erkennbar. Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 7 ist ein Zugfederelement 18 zwischen den Enden 44, 46 eines Stützelementes 16 angeordnet, das in die Außenhülle des Schuhs 4 integriert ist. Federelement 18 und Stützelement 16 verlaufen dabei an dem einen Endpunkt 44 an einem nach hinten erweiterten Hackenbereich 48 der Sohle 6 zu dem zweiten Endpunkt 46, der sich an der Vorderkante des Schienbeins 50 (nur äußerst schematisch dargestellt) abstützt. Die Funktion des Stützelementes 16 wird hier zusätzlich unterstützt durch die knöcher­ ne Abstützung des Unterschenkel- und Fußskelettes 50, 52, welches eine knöcher­ ne Brücke zwischen dem oberen Endpunkt 46 des Zugfederelementes 18 und dem unteren Endpunkt 44 darstellt. So wird die Dehnung des Zugfederelementes 18 in der Ausgestaltung gemäß Fig. 3 im wesentlichen durch diese knöcherne Brücke und die Hackenverlängerung 48 der Sohle 6 abgestützt.

Auch dieses Zugfederelement 18 wird zunächst während der in Fig. 7 links dargestellten Gangphase c dadurch gedehnt, dass beim Auftreten des Vorfußes 10 auf den Boden 8 der Unterschenkel 50 über dem Fuß nach vorn kippt und sich der Fuß dadurch auf den Unterschenkel 50 zu beugt. Während der späteren (in Fig. 7 rechts dargestellten) Gangphase d streckt sich der Fuß dann, während sich der Vorfußbereich 10 vom Boden 8 abdrückt. Durch die Rückverformung des Zugfeder­ elementes 18 wird dabei erfindungsgemäß vorteilhaft wiederum ein Impuls in den Boden 8 eingeleitet, der das Abdrücken des Fußes vorteilhaft unterstützt.

Fig. 8 zeigt abschließend eine Variation der Ausgestaltung gemäß Fig. 7, bei der das Zugfederelement 18 nicht an der Hacke 44, sondern im Ballenbereich 10 des Fußes 2 an der Sohle ansetzt und im Knöchelbereich (Sprunggelenk) 54 umgelenkt ist, um zwi­ schen dem Ansatz 46 am Schienbein und dem Ballenbereich 10 am Vorfuß eine möglichst große Länge des Zugfederelementes 18 zu erzeugen. Dies bewirkt erkennbar eine andere Charakteristik des Verhältnisses von Beugung des Fußes im Sprunggelenk 54 während der verschiedenen Gangphasen und Dehnung des Zugfederelementes 18 gemäß Fig. 8 als des Zugfederelementes 18 gemäß Fig. 7. Dieser am Knöchel 54 umgelenkte Verlauf des Zugfederelementes 18 entspricht etwa dem physiologischen Verlauf einer Beugesehne.

In Fig. 8 ist außerdem ein weiteres Zugfederelement 18 angedeutet, welches etwa entsprechend Fig. 6 unter dem Fußgewölbe in der Fußsohle angeordnet ist. Dies soll insbesondere auch deutlich machen, dass die verschiedenen beschriebe­ nen Anordnungen der Zugfederelemente 18 und Stützelemente 16 an einem Schuh sich erfindungsgemäß beliebig kombinieren lassen.

Claims (15)

1. Schuh, gekennzeichnet durch mindestens ein Zugfederelement (18), das mit dem Stützele­ ment (16) zusammenwirkt, in einem Bereich des Schuhs (4), wo sich während einer Schrittphase (b, c) das Stützelement (16) verformt und das Zugfederelement (18) dehnt.

2. Schuh nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugfederelement (18) zwischen zwei Punkten (44, 46) eines Stützelementes (16) angeordnet ist.

3. Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Zugfederelement (18) mit einem Stütz­ element (16) in Längsrichtung der Schuhsohle (6) zwischen dem Ballen-Bereich (10) und dem Hacken-Bereich (14) der Sohle (6) erstreckt.

4. Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Zugfederelement (18) mit einem Stütz­ element (16) in Querrichtung der Schuhsohle (6) zwischen dem Großzehenballen- Bereich (40) und dem Kleinzehenballen-Bereich (42) der Sohle (6) erstreckt.

5. Schuh nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sohle im Großzehenballen-Bereich (40) nach innen und/oder im Kleinzehenballen-Bereich (42) nach außen verbreitert ist und dass sich das Zugfederelement (18) mit dem Stützelement (16) dorthin erstreckt.

6. Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Zugfederelement (18) zwischen dem Hacken- Bereich (48) des Schuhs (4) und einem Schaftbereich (46) erstreckt, der sich an der Schienbein-Vorderkante (50) abstützt.

7. Schuh nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hacken-Bereich (48) des Schuhs (4) nach hinten verlängert ist, und dass dort das Zugfederelement (18) ansetzt.

8. Schuh nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugfederelement (18) zwischen dem Hacken- Bereich (48) des Schuhs (4) und dem Schaftbereich (46) ein Stützelement (16) aufweist.

9. Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Zugfederelement (18) ausgehend von einem Vorfuß-Bereich in der Knöchelregion (54) umgeleitet zu einem Schaftbereich (46) erstreckt, der sich an der Schienbein-Vorderkante (50) abstützt.

10. Schuh nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaftbereich (46) ein der Schienbein-Vor­ derkante (50) angeformtes Passstück aufweist.

11. Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zugfederelement (18) länglich und biegeschlaff und in einer Hülle (34) geführt ist.

12. Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federsteifigkeit des Zugfederelementes (18) bei größerer Dehnung vergrößert ist.

13. Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (16) bogenförmig gewölbt ist.

14. Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (16) aus gelenkig verbundenen Stützstücken (20, 22) zusammengesetzt ist.

15. Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (16) biegeelastisch verformbar ist.