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WO2003018141A2 - Schuh mit vorrichtung zur energiespeicherung und -abgabe - Google Patents

Schuh mit vorrichtung zur energiespeicherung und -abgabe Download PDF

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WO2003018141A2
WO2003018141A2 PCT/DE2002/003048 DE0203048W WO03018141A2 WO 2003018141 A2 WO2003018141 A2 WO 2003018141A2 DE 0203048 W DE0203048 W DE 0203048W WO 03018141 A2 WO03018141 A2 WO 03018141A2
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WO
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shoe
spring element
tension spring
shoe according
tensioning device
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Inventor
Dietmar Wolter
Fabian Wolter
Original Assignee
Dietmar Wolter
Fabian Wolter
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Publication date
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Priority to DK02760124T priority patent/DK1418989T3/da
Priority to AU2002325806A priority patent/AU2002325806A1/en
Priority to DE10293739T priority patent/DE10293739D2/de
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    • A63B25/00—Stilts or the like
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    • A43B13/143—Soles; Sole-and-heel integral units characterised by the constructive form provided with wedged, concave or convex end portions, e.g. for improving roll-off of the foot
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    • A43B13/148—Wedged end portions
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    • A43B13/14—Soles; Sole-and-heel integral units characterised by the constructive form
    • A43B13/18—Resilient soles
    • A43B13/181—Resiliency achieved by the structure of the sole
    • A43B13/184—Resiliency achieved by the structure of the sole the structure protruding from the outsole
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A43—FOOTWEAR
    • A43B—CHARACTERISTIC FEATURES OF FOOTWEAR; PARTS OF FOOTWEAR
    • A43B7/00—Footwear with health or hygienic arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a shoe with at least one tension spring element, which is arranged between a heel area of the shoe and a shaft area which is supported on the front edge of the shin and which stretches during a crotch phase.
  • This generic shoe is the subject of previously unpublished German patent application 101 07 824 2-26 by the applicant of the present invention.
  • the shoe is then able to store the energy of the impulse that enters the shoe when it occurs during a step and to release it again as efficiently as possible to repel the foot during a later phase of the step.
  • the object of the present invention is to improve the aforementioned effect in a shoe, to store the energy of the impulse that enters the shoe when it occurs during a step and to release it again as efficiently as possible to repel the foot during a later step phase ,
  • This object is achieved according to the invention by a shoe with the features of claim 1.
  • Preferred embodiments of the invention are specified in the subclaims.
  • This system which can also transfer load like a bone, has the third important task of storing and reproducing energy.
  • the bone does not only transmit the force that acts, it also represents a spring element in its construction, which also partially stores forces that act in its structure so that it can then be reproduced.
  • the balls In the area of the forefoot, the balls also represent an impact zone. They perform this function when running on the forefoot, but also when rolling off while walking.
  • the impacting energy is not only transmitted in parts of the skeleton. Rather, the stretching of sinewy and muscular structures that lie in the longitudinal and transverse direction under the arch of the foot (so-called plantar aponeurosis) results in cushioning and also the storage of the energy introduced into the structures.
  • this tendon plate in the sole of the foot stretches in the transverse direction under the transverse arch of the foot and in the longitudinal direction under the longitudinal arch of the foot.
  • Achilles tendon and muscles connected to the Achilles tendon are stretched (Muse, suralis and Muse, soleus). Since these muscles partially act on the thigh bone via the knee joint, the entire leg is involved in energy storage. When the step is continued, the energy is converted back into suitably directed forces, which support the motor skills of the muscles in relieving their power generation.
  • the first phase leads to a stretching and tensioning of the tendon structure. This stretching of the corrugated collagen fibers causes the fibers to stretch. If the stretch is reached, the fiber can be do not stretch further, which means that muscle strength is then transferred directly (second phase).
  • the third phase is characterized by the fact that in the next step the stored energy is returned to the new step by relaxing the sinewy structure.
  • This principle of energy storage Here, when walking or running, there is tension in these long cross-joint tendon and muscle structures. The pre-tension is transferred to the next step together with the muscle strength.
  • This basic physiological concept is implemented according to the invention by at least one tension spring element between the heel area of the shoe and a shaft area on the front edge of the shin - e.g. slightly biased - is attached.
  • the extension of the tension spring element in the area of the shoe is moved away from its second attachment on the shaft area by a tensioning device when attaching the hoe to stretch the tension spring element, and preferably backwards and / or downwards.
  • a tensioning device when attaching the hoe to stretch the tension spring element, and preferably backwards and / or downwards.
  • the tensioning device can be formed, for example, by a rocker with a pivot point, preferably in the rear heel area, one arm of which extends backwards in a spur-like manner and on which the tension spring element attaches, and the other of which seesaw arm extends forwards and protrudes downward like a pedal from the sole of the shoe. If the shoe is now placed on the ground during a step, this presses the pedal-like extension against the sole and thereby the second seesaw extension downwards and thus expands the tension spring element.
  • An alternative embodiment consists of a scissor lattice boom with a pedal-like scissor arm, which is similar to the second rocker arm, and which actuates the scissor lattice boom extending rearward in a spur-like manner with the extension for the tension spring element at its rear end in such a way that the boom extends to the rear and thereby the tension spring element stretches.
  • a further alternative embodiment consists in a spur-like extending arm in the form of a pneumatic or hydraulic cylinder with the extension for the pulling element, which can be extended pneumatically or hydraulically and which is connected to a pressure chamber in fluid line connection.
  • the pressure chamber is then located under the sole of the shoe, so that placing the shoe on the floor during the step causes pressure from the pressure chamber to be exerted on the piston and thereby the piston to be extended.
  • the extension arm extends backwards and / or downwards, thus stretching the tension spring element.
  • the shoe according to the invention preferably has a holding device which holds the tensioning device and there in particular the attachment of the tension spring element holds in the stretch position as long as certain areas of the shoe touch the floor.
  • the holding device preferably holds the position until the rolling movement over the forefoot is completed and the foot is pressed off the ground there.
  • the holding device can be designed as a clamping strap, which is guided in a pocket under a front sole area of the shoe.
  • the clamping strap is then connected, for example, to the pedal-like extension arm and holds it in the stretch position pressed against the sole by pushing the gill strap into the pocket by pressing the pedal-like extension arm and the pocket holding the clamping strap while the sole area is touching the floor under the pressure of the Pinched ground contact in this position.
  • the holding device can have a valve for the pneumatic or hydraulic tensioning device, which keeps the pressure even when the pressure chamber is no longer under pressure after contact with the ground.
  • the pressure can then be exerted by the valve e.g. be released again with a suitable button, e.g. is located in a front sole area and the valve is actuated appropriately at the time described - for example, if the foot no longer comes into contact with the ground in the next step.
  • the most direct approach to the bone is at the front of the lower leg.
  • the front of the shin lies directly under the skin.
  • This part is then preferably firmly connected to the shoe sole in the corresponding area, for example by means of a belt, in order to introduce the repelling force which emanates from the sole as well as possible into the foot.
  • Natural collagen fibers from which e.g. The tendons and ligaments in the human body are also elastic, as described. In addition, they have the property of not being linearly deformable in a linear manner, but in the area of lower elongation they deform with less spring force (that is to say “lighter”), and in the area of greater elongation they produce a disproportionately large spring force (that is, they are "heavier”) deformable).
  • This non-linear elasticity of the natural tendons and ligaments consequently, on the one hand, brings about the already described effect of energy storage and reproduction and, on the other hand, prevents the destruction of structures due to excessive stretching.
  • the tension spring element which then expands elastically up to a structurally fixed or even adjustable degree (for energy storage and reproduction) and which then "opposes” further expansion with greater stiffness with increased stiffness.
  • the flexion of the foot is then limited by the greater stiffness of the tension spring element and, with a corresponding design, has the effect that force introduced from the foot into the ground is now essentially used only for pushing off and thus for "propelling" the foot.
  • the tension spring element can be partially made of a material with a corresponding non-linear elastic deformation behavior.
  • the tension spring element is composed of elastic fibers, which determine the low stiffness in the area of low elongation, while "parallel", but initially, for example, undisturbed, tension-free fibers (for example carbon fibers), which run in wavy lines, limit the further elongation when stretched.
  • tension-free fibers for example carbon fibers
  • the stiffness of the tension spring element can be adjusted differently to the respective function (sport, everyday life, disability) or the individual situation.
  • the sliding during the stretching of the preferably elongated, slack structure of the tension spring element can be facilitated by shell-like structures (as in the case of natural tendon sheaths) in order to reduce as much as possible an energy loss that can result from friction.
  • Padding at the contact points, in particular to the shin is also preferred in order to allow force to be applied over a larger area of the skin.
  • the contact point can have a fitting formed on the front edge of the shin, which e.g. can be integrated into the upper. But it can also - e.g.
  • the support element according to the invention can, as indicated, be made in one piece - also in sandwich construction - for example as an arcuate plastic part.
  • an embodiment of, for example, hingedly arranged support pieces, which are supported on one another in an outer shell, for example, is also according to the invention.
  • This outer shell can form the sole itself, for example, in which pieces are then cast, for example, into the plastic from which the sole is formed.
  • an individual anatomical surface design of the insole is preferred.
  • the sole of the shoe according to the invention is preferably provided with suitable structures to improve grip and to dampen the impact.
  • profile grooves in the bottom of the shoe sole are suitable, but also e.g. "Spikes” or “studs”, which can even be exchangeable.
  • damping e.g. Elements whose material properties cause a certain damping and which can also be interchangeable for elements with a different damping behavior for the adjustable adaptation of the damping behavior.
  • FIG. 1 a to 1 c schematically show a side view of a foot with an embodiment of a shoe according to the invention in three phases of the rolling movement during a step
  • FIGS. 2a and 2c show a schematic side view of a foot with an alternative embodiment of a shoe according to the invention in two phases of the rolling movement of a step
  • FIGS. 3a and 3c show a schematic side view of a foot with a further alternative embodiment of a shoe according to the invention in two phases of the rolling movement of a step
  • Figures 4a to d show a schematic side view of a foot with a further alternative embodiment of a shoe according to the invention with tension spring elements attached on the outside in an overall view and individual parts and Figure 5 shows a further embodiment as a modification of Figure 4a to d.
  • a tension spring element 18 is arranged between the ends 44, 46 of a support element 16, which is integrated into the outer shell of the shoe 4.
  • the tension spring element 18 and the support element 16 run from a first attachment 44 on the heel area 48 of the sole 6 to a second attachment 46 which is supported on the front edge of the shin 50 (only shown very schematically).
  • the tension spring element 18 is stretched on the one hand during the gait phase shown in FIG. 1b in that when the forefoot 10 occurs on the floor 8, the lower leg 50 tilts forward over the foot and the foot thereby bends towards the lower leg 50.
  • the foot During the later gait phase (shown in FIG. 1 c), the foot then stretches, while the forefoot area 10 presses off the floor 8. Due to the reshaping of the tension spring element 18, according to the invention an impulse is advantageously introduced into the base 8, which advantageously supports the pressing of the foot.
  • the belt connection 98 ensures that the sole and the foot are firmly connected to one another during the pressing.
  • the tension spring element 18 is stretched in that a tensioning device 100 moves the extension 44 downward in the direction of the floor.
  • the tensioning device 100 is designed as a rocker with a first rocker arm 102, which extends backwards like a spur from the pivot point 104 in the hook area 48 and carries the shoulder 44 at its end.
  • the second rocker arm 106 extends forward from the pivot point 104 and projects downward from the sole 6 of the shoe 4 in a pedal-like manner.
  • the rocker 100 swivels the second arm 106 into the heel area 48, so that the first arm 102 is in contact with it Approach 44 of the tension spring element 18 moved away from the second approach 46.
  • the tension spring element 18 is tensioned.
  • the rocker 100 is held in this position (so that the energy stored in the tension spring element 18 becomes additionally effective when the forefoot is pressed off after this gait phase and increases the propulsion (by virtue of the fact that one on the second rocker arm 106 Clamping lug 108 is attached, which extends forward into a pocket 1 10 under the front area of the sole 6. There, the clamping lug 108 is pushed in relative to the position shown in FIG.
  • FIGS. 2a and b an alternative embodiment of a tensioning device 100 'in the gait phases of the foot 2 corresponding to FIGS. 1a and b can be seen.
  • the tensioning device 100 ' has a scissor-lattice boom 102' which extends backwards in a spur-like manner from the heel region 48 of the shoe 4 and carries the shoulder 44 of the tension spring element 18 at its end.
  • a scissor leg 106 of the scissor lattice boom 102 ' extends from its point of articulation 104' at the rear end of the hoe area 48 to the front and protrudes downward from the hoe 48. In its design and function, it corresponds to the front rocker arm 106 according to FIG. 1.
  • FIGS. 3a and b show - also in the two gait phases corresponding to FIGS. 1a and b - a tensioning device 100 ′′.
  • the tensioning device 100 ′′ according to FIGS. 3a and b has a cantilever 102 ′′ which is formed by a hydraulic piston 112, at the rear end of which the attachment point 44 of the tension spring element 18 is arranged and which is inserted in a cylinder 114.
  • the cylinder 1 14 is filled with hydraulic fluid and is in line connection with a pressure chamber 1 16, the elastic wall of which bulges downward from the heel 48.
  • the pressure chamber 116 is compressed and ensures that the piston 114 extends from the cylinder 114 backwards and thus tensions the tension spring element 18.
  • the spring elements 18 can also be attached to the outside of the shoe and diverted.
  • the spring element 1 8 consists, for example, of a rubber element with a round cross section (rubber cable), which has metal hooks at the ends (1 20).
  • This spring element 120 is attached to eyelets (1 1 8, Fig. 4a and c). A deflection is carried out by rollers or elements that have a groove for guiding the round rubber cable (1 1 7, Fig. 4a and b).
  • the spring elements 120 can be e.g. replace with stronger or weaker ones.
  • a fixed part, adapted to the tibia edge, serves as a counter bearing for the rubber cables.
  • the eyelets 118 can be attached to the part 119 in the middle, but also laterally further back (dorsally). 5 so that this part does not move, its eyelet 1 19a is fixed to the heel and sole of the foot via a joint 1 19b and supports 1 19c.

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Abstract

Erfindungsgemäss ist ein Schuh mit mindestens einem Zugfederelement (18), das zwischen Ansätzen (44, 46) an einem Hackenbereich (48) des Schuhs (4) und an einem sich an der Schienbein-Vorderkante (50) abstützenden Schaftbereich (46) angeordnet ist und sich während einer Schrittphase dehnt, gekennzeichnet durch eine Spannvorrichtung (100), die den Ansatz (44) des Zugfederelementes (18) an dem Hackenbereich (48) beim Aufsetzen des Schuhs (4) zur Dehnung des Zugfederelementes (18) von dem Ansatz (46) am Schaftbereich wegbewegt.

Description

Schuh
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schuh mit mindestens einem Zugfederelement, das zwischen einem Hackenbereich des Schuhs und einem sich an der Schienbein-Vorderkante abstützenden Schaftbereich angeordnet ist und sich während einer Schrittphase dehnt.
Dieser gattungsgemäße Schuh ist Gegenstand der bisher nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung 101 07 824 2-26 des Anmelders der vorliegenden Erfindung. Danach ist der Schuh in der Lage, die Energie des Impulses, der beim Auftreten während eines Schrittes in den Schuh gelangt, zu speichern und zum Abstoßen des Fußes während einer späteren Schrittphase möglichst effizient wieder abzugeben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Schuh den genannten Effekt, die Energie des Impulses, der beim Auftreten während eines Schrittes in den Schuh gelangt, zu speichern und zum Abstoßen des Fußes während einer späteren Schrittphase möglichst effizient wieder abzugeben, noch zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von einem Schuh mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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 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 Kraftübertragung auch die Aufgabe der Energiespeicherung und -wiedergäbe 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 -wiedergäbe.
Durch den Knochen kommt es nicht nur zur Übertragung einwirkender Kraft, vielmehr stellt er in seiner Bauweise auch ein Federelement dar, welches einwirkende 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 eingebrachten 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 (Muse, suralis und Muse, soleus). Da diese Muskeln teilweise über das Kniegelenk auf den Oberschenkelknochen einwirken, ist somit das gesamte Bein in die Energiespeicherung einbezogen. Bei Fortsetzung des Schritts wird die Energie wieder in geeignet gerichtete Kräfte zurückgewandelt, welche die Motorik der Muskulatur bei ihrer Krafterzeugung entlastend unterstützen.
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 nächsten Schritt am Ende durch Entspannung der sehnigen Struktur die gespeicherte Energie in den neuen Schritt zurückgeführt wird.
Nach diesem Prinzip der Energiespeicherung arbeiten auch 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 dieserlangen gelenkübergreifenden Sehnen- und Muskelstrukturen. Die Vorspannung wird zusammen mit der einsetzenden Muskelkraft in den nachfolgenden Schritt übertragen.
Dieses physiologische Grundkonzept ist erfindungsgemäß umgesetzt, indem mindestens ein Zugfederelement zwischen dem Hackenbereich des Schuhs und einem Schaftbereich an der Schienbein-Vorderkante - z.B. geringfügig vorgespannt - befestigt ist. Der Ansatz des Zugfederelementes im Bereich des Schuhs wird erfindungsgemäß von einer Spannvorrichtung beim Aufsetzen der Hacke zur Dehnung des Zugfederelementes vom seinem zweiten Ansatz am Schaftbereich wegbewegt, und zwar vorzugsweise nach hinten und/oder unten. Dies gewährleistet erstens einen größeren Hebelarm zur Verstärkung des erfindungsgemäßen Effektes der Energiespeicherung und -rückgabe. Zweitens bewirkt die Bewegung der Spannvorrichtung schon von sich aus eine Dehnung, welche die von der Fußbeugung während jedes Schrittes bewirkte Dehnung vorteilhaft ergänzt.
Die Spannvorrichtung kann erfindungsgemäß z.B. durch eine Wippe mit einem Drehpunkt vorzugsweise im hinteren Hackenbereich gebildet sein, deren einer Ausleger sich spornartig rückwärts erstreckt und an dem das Zugfederelement ansetzt, und deren anderer Wippenausleger sich vorwärts erstreckt und pedalartig von der Sohle des Schuhs nach unten absteht. Wenn nun der Schuh während eines Schritts auf den Boden aufgesetzt wird, drückt dies den pedalartigen Ausleger gegen die Sohle und dadurch den zweiten Wippenausleger erfindungsgemäß nach unten und dehnt so das Zugfederelement. Eine alternative Ausgestaltung besteht in einem Scherengitter-Ausleger mit einem ähnlich dem zweiten Wippenausleger ausgebildeten pedalartigen Scherenschenkel, der den sich spornartig nach hinten erstreckenden Scherengitter-Ausleger mit dem Ansatz für das Zugfederelement an seinem hinteren Ende dergestalt betätigt, dass der Ausleger sich nach hinten verlängert und dadurch das Zugfederelement dehnt.
Eine weitere alternative Ausgestaltung besteht in einem spornartig sich nach hinten erstreckenden Ausleger in Gestalt eines pneumatischen oder hydraulischen Zylinders mit dem Ansatz für das Zugelement, der pneumatisch oder hydraulisch betätigt verlängerbar ist und der mit einer Druckkammer in Fluid-Leitungsverbin- dung steht. Die Druckkammer befindet sich dann unter der Sohle des Schuhs, so dass ein Aufsetzen des Schuhs auf den Boden während des Schritts bewirkt, dass Druck von der Druckkammer auf den Kolben ausgeübt und dadurch der Kolben ausgefahren wird. So verlängert sich der Ausleger nach hinten und/oder unten und dehnt so das Zugfederelement.
Damitdie erfindungsgemäße Vorrichtung während der Abrollbewegung des Schuhs in der Dehnungsposition des Zugfederelementes bleibt, um dann erfindungsgemäß beim Abdrücken des Vorfußes die gespeicherte Energie in "Vortrieb" umzusetzen, weist der erfindungsgemäße Schuh vorzugsweise eine Haltevorrichtung auf, die die Spannvorrichtung und dort insbesondere den Ansatz des Zugfederelementes in der Dehnungsposition hält, so lange bestimmte Bereiche des Schuhs den Boden berühren. Vorzugsweise hält die Haltevorrichtung die Position so lange, bis die Abrollbewegung über den Vorfuß abgeschlossen ist und dort ein Abdrücken des Fußes vom Boden stattfindet. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Mechanismus zur Betätigung der Spannvorrichtung z.B. im Hackenbereich des Schuhs angeordnet ist und dieser Hackenbereich während der weiteren Abrollbewegung sich vom Boden wieder entfernt, so dass - ohne die bevorzugte Haltevorrichtung - die Spannvorrichtung sich zurückbewegen würde, sobald der Hacken während der Abrollbewegung sich wieder vom Boden entfernt. Die Haltevorrichtung kann als Klemmlasche ausgebildet sein, die in einer Tasche unter einem vorderen Sohlenbereich des Schuhs geführt ist. Die Klemmlasche ist dann z.B. mit dem pedalartigen Ausleger verbunden und hält ihn in der an die Sohle angedrückten Dehnungsposition dadurch, dass die Kiemmlasche durch das Andrücken des pedalartigen Auslegers in die Tasche eingeschoben wird und die Tasche während der Bodenberührung des Sohlenbereichs die Klemmlasche unter dem Druck der Bodenberührung in dieser Position einklemmt.
Die Haltevorrichtung kann für die pneumatische oder hydraulische Spannvorrichtung ein Ventil aufweisen, das den Druck auch dann weiter hält, wenn die Druckkammer nach abgeschlossenem Bodenkontakt nicht mehr unter Druck steht. Der Druck kann von dem Ventil dann z.B. durch einen geeigneten Taster wieder freigegeben werden, der sich z.B. in einem vorderen Sohlenbereich befindet und das Ventil zum beschriebenen Zeitpunkt geeignet betätigt - beispielsweise, wenn der Fuß im nächsten Schritt keinen Bodenkontakt mehr hat.
Dadurch, dass in dem System zwischen Schienbein und Hacke bereits die Reihe von Knochen (von oben nach unten: Schienbein über das Sprunggelenk bis zum Fersenbein) eine Kette von Stützeiementen bildet und die Dehnung des Zugfederelementes beim Aufsetzen des Vorfußes während des Laufes (mit damit verbundenem "Anheben" der Fußspitze und gleichzeitigem Entfernen des hinteren Fußendes (Ferse) als einem Ansatzpunkt des Zugfederelementes von dessen anderem Ansatzpunkt an der Schienbeinvorderkante) über diese Knochen abgestützt wird, kann auf ein künstliches Stützelement, das in den Schuh integriert ist, auch verzichtet werden. Aber auch eine zusätzliche Abstützung dieser Dehnung über ein künstliches Stützelement zwischen dem Ansatzpunkt des Zugfederelementes an der Ferse und dem Ansatzpunkt des Zugfederelementes an der Schienbein-Vorderkante ist erfindungsgemäß.
Der möglichst direkte Ansatz am Knochen erfolgt an der Vorderseite des Unterschenkels. Hier liegt die Schienbein-Vorderkante direkt unter der Haut. Um die Einleitung der Kraft aus dem gespannten Federelement in den Fuß, vorzugsweise in den Bereich des Vorfußrückens, zu optimieren, ist es bevorzugt, dort ein gut vorzugsweise anatomisch angepasstes Teil einzusetzen. Dieses Teil ist dann vorzugsweise mit der Schuhsohle im entsprechenden Bereich z.B. mittels eines Gurtes fest verbunden, um die Abstoßkraft, welche von der Sohle ausgeht, möglichst gut in den Fuß einzuleiten.
Natürliche Kollagenfasern, aus denen z.B. auch die Sehnen und Bänder im menschlichen Körper aufgebaut sind, sind wie beschrieben elastisch. Sie haben darüber hinaus die Eigenschaft, nicht linear elastisch verformbar zu sein, sondern im Bereich geringerer Dehnung verformen sie sich mit geringerer 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 -wiedergäbe 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 konstruktiv festgelegten oder sogar einstellbaren Grad elastisch dehnt (zur Energiespeicherung und -wiedergäbe) und das sich bei größerer Dehnung dann aber mit vergrößerter Steifigkeit weiterer Dehnung "widersetzt". In diesem Bereich wird dann die Beugung des Fußes durch die größere Steifigkeit des Zugfederelementes begrenzt und bewirkt bei entsprechender Ausgestaltung, 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 voneinander 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 Struktur 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 Kontaktstellen, 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 Schuhschaft 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 erfindungsgemäß. 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 Oberflächengestaltung der Innensohle bevorzugt. Zur Weiterbildung der Erfindung einschließlich des Gegenstandes der Anmeldung, auf die sich diese Zusatzanmeldung richtet, ist es bevorzugt, die Vorrichtungselemente in eine Einlegesohle des Schuhs zu integrieren.
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 Schuhsohlenunterseite, aber auch z.B. "Spikes" oder "Stollen", die sogar auswechselbar sein können. Zur Dämpfung eignen sich z.B. Elemente, deren Werkstoffeigenschaften eine bestimmte Dämpfung bewirken und die zum einstellbaren Anpassen des Dämpfungsverhaltens auch austauschbar sein können gegen Elemente mit anderem Dämpfungsverhalten.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Figuren 1 a bis 1 c zeigen schematisch eine Seitenansicht eines Fußes mit einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Schuhs in drei Phasen der Abrollbewegung während eines Schritts,
Figuren 2a und 2c zeigen eine schematische Seitenansicht eines Fußes mit einer alternativen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Schuhs in zwei Phasen der Abrollbewegung eines Schrittes,
Figuren 3a und 3c zeigen eine schematische Seitenansicht eines Fußes mit einer weiteren alternativen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Schuhs in zwei Phasen der Abrollbewegung eines Schrittes,
Figuren 4a bis d zeigen eine schematische Seitenansicht eines Fußes mit einer weiteren alternativen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Schuhs mit außen seitig angebrachten Zugfederelementen in einer Gesamtübersicht und Einzelteildarstellungen und Figur 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung als Abwandlung von Figur 4a bis d.
Mit Blick auf Figur 1 wird eine erste Ausgestaltung der Erfindung erkennbar, bei der ein Zugfederelement 1 8 zwischen den Enden 44, 46 eines Stützelementes 1 6 angeordnet ist, das in die Außenhülle des Schuhs 4 integriert ist. Das Zugfederelement 18 und das Stützelement 16 verlaufen von einem ersten Ansatz 44 am Hackenbereich 48 der Sohle 6 zu einem zweiten Ansatz 46, der sich an der Vorderkante des Schienbeins 50 (nur äußerst schematisch dargestellt) abstützt. Das Stützelement 1 6 und die knöcherne Abstützung des Unterschenkel- und Fußskelettes 50, 52, welches eine knöcherne Brücke zwischen dem oberen Endpunkt 46 des Zugfederelementes 18 und dem unteren Endpunkt 44 darstellt, wirken hier zusammen.
Das Zugfederelement 1 8 wird zum Einen während der in Figur 1 b dargestellten Gangphase 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 Figur 1 c dargestellten) Gangphase streckt sich der Fuß dann, während sich der Vorf ußbereich 10 vom Boden 8 abdrückt. Durch die Rückverformung des Zugfederelementes 18 wird dabei erfindungsgemäß vorteilhaft ein Impuls in den Boden 8 eingeleitet, der das Abdrücken des Fußes vorteilhaft unterstützt. Dabei sorgt die Gurtverbindung 98 dafür, dass die Sohle und der Fuß bei dem Abdrücken fest miteinander verbunden sind.
Zum anderen wird das Zugfederelement 18 dadurch gedehnt, dass eine Spannvorrichtung 100 den Ansatz 44 nach unten in Richtung des Bodens bewegt. Die Spannvorrichtung 100 ist als Wippe ausgestaltet mit einem ersten Wippenausleger 102, der sich vom Drehpunkt 104 im Hackenbereich 48 spornartig rückwärts erstreckt und an seinem Ende den Ansatz 44 trägt. Der zweite Wippenausleger 106 erstreckt sich vom Drehpunkt 104 vorwärts und steht pedalartig von der Sohle 6 des Schuhs 4 nach unten ab. Sobald der Fuß 2 seine Hacke 52 und damit den Hackenbereich 48 der Sohle 6 des Schuhs 4 auf den Boden aufsetzt (Figur 1 b), schwenkt die Wippe 100 den zweiten Ausleger 106 in den Hackenbereich 48, so dass der erste Ausleger 102 sich mit seinem Ansatz 44 des Zugfederelementes 18 von dessen zweitem Ansatz 46 wegbewegt. Dadurch wird das Zugfederelement 18 gespannt. Während der weiteren Abrollbewegung gemäß Figur 1 c wird die Wippe 100 in dieser Position gehalten (so dass die in dem Zugfederelement 18 gespeicherte Energie beim Abdrücken des Vorfußes nach dieser Gangphase zusätzlich wirksam wird und den Vortrieb vergrößert (dadurch, dass an dem zweiten Wippenausleger 106 eine Klemmlasche 108 angebracht ist, die sich nach vorn in eine Tasche 1 10 unter dem vorderen Bereich der Sohle 6 erstreckt. Dorthinein ist die Klemmlasche 108 gegenüber der in Figur 1 a dargestellten Position eingeschoben und durch den Druck des Fußes 2 auf dem Boden in der Tasche 1 10 eingeklemmt. Mit Blick auf Figur 2a und b ist eine alternative Ausgestaltung einer Spannvorrichtung 100 ' in den Gangphasen des Fußes 2 entsprechend Figur 1 a und b erkennbar. Die Spannvorrichtung 100 ' weist einen Scherengitter-Ausleger 102 ' auf, der sich vom Hackenbereich 48 des Schuhs 4 rückwärts spornartig erstreckt und an seinem Ende den Ansatz 44 des Zugfederelementes 1 8 trägt. Ein Scherenschenkel 106 des Scherengitter-Auslegers 102 ' erstreckt sich von seinem Gelenkpunkt 104 ' am hinteren Ende des Hackenbereichs 48 pedalartig nach vorn und steht nach unten von dem Hacken 48 ab. So entspricht er in seiner Ausgestaltung und Funktion dem vorderen Wippenausleger 106 gemäß Figur 1 .
Als weitere alternative Ausgestaltung zeigt Figur 3a und b - ebenfalls in den beiden Gangphasen entsprechend Figur 1 a und b - eine Spannvorrichtung 100 ' ' . Die Spannvorrichtung 100 ' ' gemäß Figur 3a und b weist einen Ausleger 102 ' ' auf, der von einem hydraulischen Kolben 1 12 gebildet ist, an dessen hinteren Ende der Ansatzpunkt 44 des Zugfederelementes 18 angeordnet ist und der in einem Zylinder 1 14 steckt. Der Zylinder 1 14 ist mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt und steht in Leitungsverbindung mit einer Druckkammer 1 16, deren elastische Wand sich nach unten von dem Hacken 48 ausbeult. Sobald der Hacken 48 gemäß Figur 3b auf den Boden aufgesetzt ist, wird die Druckkammer 1 16 komprimiert und sorgt dafür, dass der Kolben 1 1 2 aus dem Zylinder 1 14 nach hinten ausfährt und so das Zugfederelement 1 8 spannt.
Die Federelemente 18 können auch außen am Schuh angebracht und umgeleitet werden. Das Federelement 1 8 besteht beispielsweise gemäß Fig. 4d aus einem Gummielement mit rundem Querschnitt (Gummikabel), welches an den Enden Metallhaken aufweist (1 20). Dieses Federelement 120 wird an Ösen (1 1 8, Fig. 4a und c) befestigt. Eine Umlenkung erfolgt durch Rollen oder Elemente, die eine Rinne zur Führung des runden Gummikabels aufweisen (1 1 7, Fig. 4a und b). Die Federelemente 120 lassen sich jederzeit z.B. gegen stärkere oder schwächere auswechseln. Ein festes, der Schienbeinforderkante angepaßtes Teil 1 1 9 dient als Gegenlager der Gummikabel. Die Ösen 1 18 können an dem Teil 1 19 in der Mitte, aber auch seitlich weiter hinten (dorsal) angebracht sein. Damit dieses Teil sich nicht verschiebt, ist gemäß Fig. 5 sein Ösenträger 1 19a über ein Gelenk 1 19b und Abstützungen 1 19c an Ferse und Fußsohle fixiert.

Claims

Ansprüche
1 . Schuh mit mindestens einem Zugfederelement (18), das zwischen Ansätzen (44, 46) an einem Hackenbereich (48) des Schuhs (4) und an einem sich an der Schienbein-Vorderkante (50) abstützenden Schaftbereich (46) angeordnet ist und sich während einer Schrittphase dehnt, gekennzeichnet durch eine Spannvorrichtung (100, 1 00 ' , 100 ' ' ), die den Ansatz (44) des Zugfederelementes (1 8) an dem Hackenbereich (48) beim Aufsetzen des Schuhs (4) zur Dehnung des Zugfederelementes (1 8) von dem Ansatz (46) am Schaftbereich wegbewegt.
2. Schuh nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (100) eine Wippe (100) aufweist, deren Drehpunkt (104) im Hackenbereich (48) angeordnet ist, mit einem sich von dort rückwärts spornartig erstreckenden ersten Wippenausleger (102), an dem das Zugfederelement (18) ansetzt, und mit einem sich von dort vorwärts erstreckenden zweiten Wippenausleger (106), der pedalartig von der Sohle (6) des Schuhs (4) nach unten absteht.
3. Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (100 ') einen Scherengitter- Ausleger (102 ' ) aufweist, der sich vom Hackenbereich (48) rückwärts spornartig erstreckt und an dem das Zugfederelement (1 8) ansetzt, mit einem sich vorwärts erstreckenden Scherenschenkel (106 ' ), der pedalartig von der Sohle (6) des Schuhs (4) nach unten absteht.
4. Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (100 ' ') einen Ausleger aufweist, der sich vom Hackenbereich (48) rückwärts spornartig erstreckt und an dem das Zugfederelement (18) ansetzt und der pneumatisch oder hydraulisch betätigt rückwärts verlängerbar ist mittels einer unter dem Schuh (4) angeordneten Druckkammer (1 1 6), die beim Aufsetzen des Schuhs (4) unter Druck gesetzt wird.
5. Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Haltevorrichtung (108, 1 10), die während der Bodenberührung des Schuhs (4) den Ansatz (44) in der wegbewegten Position hält.
6. Schuh nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung ein Ventil aufweist zum Halten des Drucks.
7. Schuh nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung eine Klemmlasche (108) aufweist, die an der Spannvorrichtung (106) angreift, sowie eine Tasche (1 10) unter einem vorderen Sohlenbereich (6) des Schuhs (4), in der die Klemmlasche (108) während der Bodenberührung des Sohlenbereichs (6) zum Halten der Spannvorrichtung ( 100) in der wegbewegten Position geklemmt ist.
8. Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugfederelement (18) zwischen dem Ansatz (44) am Hacken-Bereich (48) des Schuhs (4) und dem Ansatz (46) am Schaftbereich ein Stützelement (1 6) aufweist.
9. Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaftbereich ein der Schienbein-Vorderkante (50) angeformtes Passstück aufweist.
10. Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugfederelement (18) länglich und biegeschlaff und in einer Hülle geführt ist.
1 1 . Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federsteifigkeit des Zugfederelementes (18) bei größerer Dehnung vergrößert ist.
1 2. Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (1 6) aus gelenkig verbundenen Stützstücken zusammengesetzt ist.
13. Schuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement ( 1 6) biegeelastisch verformbar ist.
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