EP0103041B1

EP0103041B1 - Federnder Lauf- und Springschuh

Info

Publication number: EP0103041B1
Application number: EP82108456A
Authority: EP
Inventors: Joachim Dr. Schnell
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-09-14
Filing date: 1982-09-14
Publication date: 1986-03-12
Also published as: DE3269840D1; EP0103041A1; US4534124A; ATE18508T1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen federnden Lauf- und Springschuh mit einer oberen und einer unteren Sohle, die elastisch miteinander verbunden sind.
Durch Schuhe mit elastischen Sohlen wird das Lauf- und Springvermögen des Menschen gesteigert. Für grosse Sprünge ist ein grosser Federweg und grosse Federkraft von Vorteil, wie sich beim Trampolinspringen zeigt. Federnde Lauf- und Springschuhe mit relativ grossem Federweg und grosser Federkraftkönnen zum sportlichen Laufen und Springen, für den Jogging-Sport und für einen dem Trampafinspringen ähnlichen Springsport benutztwerden. Federnde Lauf- und Springschuhe sind in vielen Ausführungsformen bekannt. Dabei werden verschiedene Federarten wie gewundene Druckfedern, Zugfedern, Blattfedern, Gummi- und Schaumgummipolster und pneumatische Federn benutzt. Bei einem Federweg von mehreren Zentimetern ist die exakte Führung der unteren, beim Laufen den Boden berührenden Sohle ein Problem. Es werden aufwendige Vorrichtungen beschrieben, um sicherzustellen, dass ein Ausbrechen zur Seite oder nach vorn und hinten verhindert wird. Bei Verwendung von breiten Blattfedern oder ähnlichen Bauteilen ist das Führungsproblem gelöst. So wird in der DE-U Nr. 7701451 eine Ausführung beschrieben, die eine Blattfeder enthält, deren vordere Hälfte als Laufsohle ausgebildet ist und deren hinteres Ende am hinteren Ende der oberen Sohle befestigt ist. Mit dieser Ausführung kann man beim Laufen kurz vor dem Abheben des Fusses durch die Federkraft den Absprung verbessern, man kann aber nicht beim Aufsetzen des Fusses mit der Ferse den Schwung auffangen und wieder zum Vortrieb benutzen. Umgekehrt ist es bei einem in der DE-A Nr. 2424889 beschriebenen V-förmigen Untersatz, der mit der Spitze nach vorn unter dem Laufschuh befestigt ist. Beim Laufen wird damit der Fersenschub aufgefangen und in einen Aufwärts-und Vorwärtsschub umgesetzt. Der Absprung wird nicht verbessert, weil in dieser Position keine Federwirkung mehr vorhanden ist. Die beiden beschriebenen Ausführungsformen haben ausserdem den Nachteil, dass nur ein Teil der Blattfeder seine Federwirkung voll entfalten kann, weil sie teilweise als Laufsohle ausgebildet ist. Eine Federberechnung zeigt, dass man schnell die zulässigen Festigkeitswerte von Federstahl übersteigt, wenn man mit derartigen Federn Kräfte auffangen will, die einem Mehrfachen des Körpergewichts entsprechen. Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, dass es vorteilhaft ist, wenn ein federnder Lauf- und Springschuh zwei Federwirkungen enthält, nämlich eine, die den Abwärtsschub beim Aufsetzen der Ferse auffängt und im Verlauf des Fussabrollens in einen Aufwärts- und Vorwärtsschub umwandelt, und eine zweite, die den Absprung mit der Fussspitze verbessert. Eine aufwendige Vorrichtung zur Umwandlung des Fersenschubes in einen Vorwärtsschub wird in der DE-A Nr. 3012945 beschrieben. Einfachere Ausführungen mit zwei Federn werden in DE-A Nrn. 3017769 und 3034126 beschrieben. Die letztere Offenlegungsschrift enthält auch eine Ausführung mit zwei S-förmig gekrümmten Blattfedem, von denen eine am vorderen und eine am hinteren Schuhende befestigt ist. Die beiden losen Enden der Blattfedern bilden die Laufsohle. Mindestens eine der beiden Federn muss aus Symmetriegründen zweigeteilt sein. Da die Schuhbreite nicht mehr als 10 cm beträgt, ergeben sich relativ schmale Blattfedern, deren Seitenstabilität gering ist. Derartige Laufschuhewerden also beim Laufen dazu neigen, zur Seite auszuweichen oder zu kippen. Sie haben ausserdem den Nachteil, dass die Federwirkung der Blattfedern nur zum Teil ausgenutzt wird und deshalb wegen der begrenzten Materialfestigkeit keine grossen Kräfte aufgefangen werden können.
Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung eines federnden Lauf- und Springschuhs mit einer Federwirkung im Fersenbereich und einer zweiten im Vorderfussbereich mit guter Vorwärts-, Rückwärts- und Seitenstabilität, der bei einem Federweg von mehreren Zentimetern Kräfte federnd auffängt, die einem Mehrfachen des Körpergewichts entsprechen.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die elastische Verbindung zwischen der oberen und der unteren Sohle eines federnden Lauf- und Springschuhs eine Blattfeder von etwa Schuhbreite enthält, deren eines Ende am vorderen oder hinteren Teil der oberen Sohle und deren anderes Ende am entgegengesetzten Teil der unteren Sohle befestigt ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Zur kurzen Beschreibung der Erfindung wird der Laufvorgang mit erfindungsgemässen Schuhen betrachtet. Beim Aufsetzen der Ferse krümmt sich die in unbelastetem Zustand ebene Blattfeder in der einen Richtung, beim Abstossen mit der Fussspitze in der anderen (Fig. 2 und 4). Dadurch ergeben sich bei nur einer Blattfeder zwei Federwirkungen, eine im Fersenbereich und eine im Vorderfussbereich. Nach dem Aufsetzen der Ferse und vor dem Abdrücken mit der Fussspitze vollführt der Fuss beim Laufen eine Abrollbewegung, die von der jetzt S-förmig gekrümmten Feder unterstützt wird, wobei zunächst die vom Fersendruck hervorgerufene Krümmung und später die vom Vorderfuss hervorgerufene Krümmung überwiegt. Die durch das Aufsetzen der Ferse in der Blattfeder gespeicherte Energie wird während des Abrollvorganges in einen Aufwärts- und Vorwärtsschub umgesetzt. Gegen Ende des Abrollvorganges ist diese Energie verbraucht und die Blattfeder wird nur noch durch die Einwirkung des Vorderfusses gespannt. Die durch die kräftige Abstossbewegung des Vorderfusses in der Blattfeder gespeicherte Energie wird in einen zusätzlichen Vorwärts- und Aufwärtsschub umgesetzt, wenn bei gestrecktem Bein die Muskelarbeit bereits aufgehört hat.
Durch die erfindungsgemässen federnden Lauf-und Springschuhe wird der Wirkungsgrad des Laufvorganges wesentlich verbessert, leichteres und schnelleres Laufen und höheres und weiteres Springen ist möglich. Durch die Verwendung von Blattfedern, die die volle Schuhbreite oder etwas mehr ausnutzen, ist auch bei Federwegen von mehreren Zentimetern eine gute Vorwärts-, Rückwärts- und Seitenstabilität gegeben. Es bedarf nur einer geringen Übung, um mit erfindungsgemässen Schuhen ein sicheres Laufen und Springen zu erreichen. Ein Vorteil gegenüber dem Stand der Technik ist die Ausnutzung der Federwirkung von Blattfedern in zwei Richtungen anstelle der Verwendung von zwei Federn. Dadurch wird bei gleicher Federwirkung und gleicher Materialbeanspruchung das Federgewicht und der erforderliche Federraum halbiert. Erst mit dieser Technik ist es bei Verwendung von Blattfedern aus hochwertigem Federstahl möglich, bei relativ grossen Federwegen Kräfte aufzufangen, die einem Mehrfachen des Körpergewichts entsprechen, ohne die Schuhgrundfläche oder das Schuhgewicht so zu vergrössern, dass das Laufen und Springen behindert wird. Es ist ein besonderer Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, dass die guten Eigenschaften erfindungsgemässer federnder Lauf- und Springschuhe mit einem geringen technischen Aufwand erreicht werden. Im folgenden wird die Erfindung anhand von vier Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Beispiel 1:

In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau eines erfindungsgemässen federnden Lauf- und Springschuhs skizziert. Eine im wesentlichen starre obere Sohle 1 bildet die Schuhsohle eines den Fuss umfassenden Sportschuhs 2. Bodenkontakt hat aber nur eine im wesentlichen starre untere Sohle 3, die über eine breite Blattfeder 4 mit der oberen Sohle 1 verbunden ist. Dabei ist das eine Ende der Blattfeder 4 mit dem vorderen Teil der oberen Sohle 1 und das andere Ende der Blattfeder 4 mit dem hinteren Teil der unteren Sohle 3 verbunden. Die untere Sohle 3 enthält an den Stellen, wo sie beim Laufen den Boden berührt, einen Laufbelag 5, eine Profilsohle 5, Gummistollen, Spikes oder ähnliche Vorrichtungen zur Verbesserung der Bodenhaftung. Die Breite der Blattfeder 4 entspricht der Schuhbreite, kann aber auch etwas grösser oder kleiner sein. Fig. 2 zeigt, wie sich die Blattfeder 4 bei Belastung der Ferse biegt. Bei gleichmässiger senkrechter Fussbelastung biegt sich die Feder 4 S-förmig, wie in Fig. 3 skizziert. Fig. 4 zeigt die Verhältnisse bei Belastung der Fussspitze.
Die Verhältnisse ändern sich im Prinzip nicht, wenn das eine Ende der Blattfeder 4 mit dem hinteren Teil der oberen Sohle 1 und das andere Ende der Blattfeder 4 mit dem vorderen Teil der unteren Sohle 3 verbunden ist. Ein so aufgebauter erfindungsgemässer Schuh arbeitet genauso wie der in Fig. 1 skizzierte.
Die beiden Sohlen 1 und 3 müssen in unbelastetem Zustand nicht parallel zueinander sein. Durch leichte Aufwärtsstellung der oberen Sohle 1 kann man die Absprungleistung auf Kosten des Fersenschubes vergrössern, bei Abwärtsstellung gilt das Umgekehrte. Die Blattfeder 4 kann im unbelasteten Zustand, eben wie in Fig. 1 gezeichnet, oder auch bogenförmig oder S-förmig gekrümmt sein. Durch die Krümmung kann man auch bei parallelen Sohlen 1 und 3 das Verhältnis von Fersenschub und Fussspitzenschub beeinflussen. Bei einem erfindungsgemässen Lauf- und Springschuh können die beiden Sohlen 1 und 3 oder eine von beiden auch elastisch sein. Wird z. B. die untere Sohle 3 als Blattfeder ausgebildet, so wird sie sich bei Fussspitzenbelastung entsprechend der Fig. 4 der Blattfeder 4 entgegenbiegen. Bei Fersenbelastung hat eine elastische untere Sohle 3 keinen Einfluss, wenn man von einem Lauf- und Springschuh nach Fig. 1 ausgeht. Die Verhältnisse kehren sich um, wenn man, wie oben beschrieben, die Blattfeder 4 anders herum befestigt.

Beispiel 2:

Die Belastung der Blattfeder 4 in einem erfindungsgemässen Lauf- und Springschuh nach Beispiel 1 ist kurz hinter der Befestigung an den Sohlen 1 und 3 am grössten. Im Falle der Fersenbelastung nach Fig. 2 ist z. B. die Federkrümmung kurz hinter der Befestigung an der oberen Sohle 1 am stärksten. Bei der Federauslegung muss man sich nach diesen kritischen Stellen richten, die Feder wird deshalb relativ dick und schwer. Ein wenig kann man die Verhältnisse verbessern durch eine konische Auslegung der Federn bezüglich der Dicke oder der Breite, die dünnste Stelle liegt dann in der Mitte zwischen den beiden Befestigungen. Derartige Federn sind aber schwer herzustellen und deshalb teuer.
Man kann die Blattfedern 4 optimal in bezug auf Grösse und Gewicht dimensionieren, wenn man durch eine Unterstützung dafür sorgt, dass eine von den Materialeigenschaften vorgegebene maximale Federkrümmung nicht überschritten werden kann. In Fig. 5 ist ein derartiger erfindungsgemässer Lauf- und Springschuh skizziert. Die obere Sohle 1 und die untere Sohle 3 sind mit ihrer der Blattfeder 4 zugewandten Seite bogenförmig ausgebildet, so dass sich die Blattfeder 4 bei Belastung an die Sohlen anlehnen kann. Bei einer ebenen Blattfeder 4 aus hochwertigem gehärtetem Federstahl (55 Si 7) von 5 mm Dicke, 90 mm Breite und einer wirksamen Länge von 260 mm wird eine Zugfestigkeit von 1200 N/mm² nicht überschritten, wenn die bogenförmigen Sohlenteile durch Kreisbahnabschnitte vom Radius 435 mm gebildet werden. Diese Masse entsprechen etwa den Verhältnissen der Fig. 5. Ein mit derartigen Schuhen ausgerüsteter 75 kg schwerer Sportler drückt die Federn 4 bei gleichmässiger Standbelastung beider Schuhe um etwa 11 mm zusammen, bei Belastung eines Schuhs mit der Ferse oder der Fussspitze mit 300 N, also dem vierfachen Körpergewicht, um etwa 69 mm. Bei etwa dem zehnfachen Körpergewicht ist der maximal mögliche Federweg von 75 mm erreicht. Diese Werte sind für einen normalen Dauerlauf günstig, für schnellen Kurzstreckenlauf muss man die Federn verstärken, für weite und hohe Sprünge auch den Federweg vergrössern.
Aus Gewichtsgründen werden die Sohlen und 3 nicht in ihrer vollen Breite bogenförmig ausgebildet. Es reicht aus, wenn die Blattfeder 4 sich an beiden Seiten des Schuhs an eine bogenförmige Rippe anlehnen kann. Die Sohlen werden z. B. als Aluminiumgussteil hergestellt und enthalten neben den bogenförmigen Rippen stabilitätsfördernde Verstrebungen und Aufnahmen zur Befestigung der Blattfeder 4 und des den Fuss umfassenden Sportschuhs 2.
Die in diesem Beispiel beschriebenen erfindungsgemässen Lauf- und Springschuhe haben gegenüber den im Beispiel 1 beschriebenen noch den Vorteil,grösserer Kippsicherheit. Die Möglichkeit des Verwindens der Blattfedern, die durch entsprechende Fusshaltung vermieden werden muss, ist durch das Ablehnen an die bogenförmigen Rippen stark reduziert.
Anstelle der in diesem Beispiel vorgesehenen flachen Blattfedern 4 können auch gekrümmte Blattfedern 4 verwendet werden. Die Krümmung der Sohlen. muss dann entsprechend angepasst sein und es können flache oder sogar negativ gekrümmte Sohlen erfoderlich sein, um ein Anlehnen der Blattfedern mit der zulässigen Spannung si- cherzustell'en.
Als Material für die bogenförmig ausgebildeten Sohlen kommen ausser dem beschriebenen Aluminium noch viele in Frage. Bevorzugt werden leichte Materialien von hoher Steifigkeit und Bruchfestigkeit. Faserverstärkte Kunststoffe erfüllen diese Anforderungen und lassen sich preiswert zu komplizierten, Formen verarbeiten.

Beispiel 3:

Bisherwurden möglichst einfache Beispiele beschrieben. Die Blattfedern 4 können aber auch mehrstufig aufgebaut sein, wie es z. B. bei Fahrzeugfedern üblich ist. Es können auch zusätzliche Federn anderer Art Verwendung finden. Vorteilhaft istz. B. die Verwendung von je einer pneumatischen Feder 6 im vorderen und im hinteren Schuhteil, wie sie in Fig. 6 festgehalten ist. Sind die pneumatischen Federn 6 mit Hilfe eines Ventils 7 aufblasbar, so kann man durch unterschiedliche Füllung die Federkraft an die vorgesehene Beanspruchung. anpassen..

Beispiel 4:

In den Beispielen 1 bis 3 wird von einer im wesentlichen starren oberen Sohle 1' ausgegangen, die mit der Schuhsohle identisch ist. Es reicht aber für ein sicheres Laufen und Springen mit erfindungsgemässen Schuhen aus, wenn durch die Verbindung des Vorderschuhs mit der Blattfeder 4 eine sichere Führung der Feder 4 und der unteren Sohle 3 sichergestellt ist. Fig. 7 zeigt eine Ausführung eines erfindungsgemässen Lauf- und Springschuhs, bei der nur der vordere Teil des den Fuss umfassenden Sportschuhs 2 fest mit der Sohle 1 verbunden ist. Um das deutlich zu machen, zeigt Fig. 7 den Schuh bei Belastung der Fussspitze wie in Fig. 4. Der hintere Schuhteil ist dabei von der oberen Sohle 1 abgehoben, das Zehengelenk gebeugt. Das Absprungverhalten ist gegenüber den Beispielen 1 bis 3 verbessert und entspricht dem Laufen mit normalen Sportschuhen. Beim Aufsetzen der Ferse und beim Abrollen des Fusses während des Laufvorganges berührt der hintere Schuhteil die obere Sohle 1, das Abheben beginnt erst beim Vorwärtsschub mit der Fussspitze. Ganz ähnliche Verhältnisse findet man beim Skilanglauf, alle dort bekannten Vorrichtungen und Massnahmen können hier übernommen werden. So ist es zweckmässig, im Fersenbereich auf der dem Schuh 2 zugewandten Seite der oberen Sohle 1 eine Spitzen bildende Auflage 8 anzubringen, die eine gute Haftung zwischen Schuhsohle und oberer Sohle 1 sicherstellt. Die Verbindung des Vorderschuhs mit der Blattfeder 4 kann auch über ein Drehgelenk erfolgen, das sich im Bereich des Zehengelenks oder an der Fussspitze befindet.
Die angeführten Beispiele können nicht erschöpfend alle vorteilhaften Ausführungsformen erfindungsgemässer Lauf- und Springschuhe beschreiben. Es wurden nur Schuhe beschrieben, bei denen der den Fuss umfassende Sportschuh 2 mit den übrigen Schuhteilen 1, 3 und 4 eine Einheit bildet. Natürlich ist auch ein erfindungsgemässer Lauf- und Springschuh sinnvoll, bei dem ein normaler Sportschuh mit einem separaten Unterteil, bestehend aus einer oberen Sohle 1, einer unteren Sohle 3 und einer Blattfeder 4, durch eine Schuhhalterung verbunden wird, die den beim Skilanglauf Üblichen ähnelt.
Eine sinnvolle Ergänzung ist ein Schutz gegen die Verschmutzung der Blattfedern 4 und der bogenförmigen Leitrippen. Dieser Schutz kann z. B. .durch eine Gummimanschette erreicht werden, die die Ränder der beiden Sohlen 1 und 3 miteinander verbindet..
Es ist möglich, die Kippsicherheit durch Vorrichtungen zu verbessern, die eine weitgehende Parallelführung der Sohlenränder gewährleisten. Das leisten z. B. scherenförmige Hebelanordnungen als zusätzliche Verbindung zwischen der oberen und der unteren Sohle.
Als Material für die Blattfedern wird hochwertiger gehärteter Federstahl bevorzugt, es kommen aber auch Federbronzen, faserverstärkte Kunststoffe oder andere Federmaterialien in Frage. Die ebene Blattfederform mit gleichmässiger Dicke und Breite wird bevorzugt eingesetzt, weil sie am billigsten ist. Es kommen aber auch andere Blattfederformen, z. B. bogenförmig oder S-förmig gekrümmte in Frage. Bei hoher Belastung haben Mehrfachfedern Vorteile.
Die Breite der Federn 4 entspricht etwa der Schuhbreite, die Länge liegt meist geringfügig über der Schuhlänge. Zum Auffangen grösserer Kräfte sind breitere Federn 4 sinnvoll, mit längeren Federn 4 können grössere Federwege realisiert werden. Längere Federwege können auch dadurch erreicht werden, dass mehrere der beschriebenen erfindungsgemässen Anordnungen übereinander montiert werden, so dass der erfindungsgemässe Lauf- und Springschuh zwei oder mehr Blattfedern 4 und eine oder mehr Zwischensohlen enthält, die auch auf Befestigungselemente reduziert sein können, die die Enden von zwei Blattfedern miteinander verbinden.

Claims

1. Federnder Lauf- und Springschuh mit einer oberen (1 ) und einer unteren Sohle (3), die elastisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Verbindung eine Blattfeder (4) von etwa Schuhbreite enthält, deren eines Ende am vorderen oder hinteren Teil der oberen Sohle (1) und deren anderes Ende am entgegengesetzten Teil der unteren Sohle (3) befestigt ist.

2. Lauf- und Springschuh nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entweder die obere Sohle (1) oder die untere Sohle (3) oder beide Sohlen mit ihrer der Blattfeder (4) zugewandten Seite wenigstens teilweise bogenförmig ausgebildet sind oder bogenförmig ausgebildete Rippen enthalten, so dass sich die Blattfeder (4) bei starker Belastung an die Sohle oder die Sohlen anlehnen kann.

3. Lauf- und Springschuh nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (4) bogenförmig gekrümmt ist.

4. Lauf- und Springschuh nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenform der Sohlen (1, 3) und der Blattfeder (4) eine konstante Krümmung aufweist.

5. Lauf- und Springschuh nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur der vordere Teil eines den Fuss umfassenden Sportschuhs (2) fest mit der oberen Sohle (1) verbunden ist.

6. Lauf- und Springschuh nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Fuss umfassender Sportschuh (2) über ein Gelenk mit der oberen Sohle (1 ) verbunden ist.