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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Abfederungssystem
für Sportschuhe,
das eine starke Auslenkung zum Abfedern des anfänglichen Aufpralls eines Fußaufsetzens,
ein Ansprechverhalten gesteuerter Steifigkeit, einen gleichmäßigen Übergang
bis zum Erreichen des tiefsten Punktes und Stabilität liefert,
und insbesondere auf ein System, das eine kundenspezifische Anpassung dieser
Ansprechcharakteristika durch ein Einstellen der Ausrichtung einer
einzigen Blase in einem elastischen Schaummaterial ermöglicht.
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2. BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
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Basketball,
Tennis, Joggen und Aerobic sind nur einige der vielen beliebten
sportlichen Aktivitäten, die
einen wesentlichen Aufprall am Fuß erzeugen, wenn der Fuß auf den
Boden aufsetzt. Um die Aufsetzkraft am Fuß sowie am Bein und den verbindenden
Sehnen abzufedern, umfasst die Sohle von Schuhen, die für derartige
Aktivitäten
konzipiert sind, normalerweise mehrere Schichten, die eine elastische,
stoßdämpfende
Schicht, wie z. B. eine Zwischensohle, und eine äußere Bodenkontaktsohle oder
Außensohle
umfassen, die sowohl Dauerhaftigkeit als auch Griffigkeit liefert.
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Die
typische Zwischensohle verwendet ein oder mehr Materialien oder
Bauelemente, die die Aufprallkraft auf zwei wichtige Weisen beeinflussen, und
zwar durch Stoßdämpfung und
Energieableitung. Stoßdämpfung umfasst
die Abschwächung schädlicher
Aufprallkräfte,
um dadurch einen verbesserten Fußschutz zu liefern. Bei der
Energieableitung handelt es sich um die Verteilung von sowohl Aufprall-
als auch nützlichen
Antriebskräften.
Somit weist eine Zwischensohle mit starken Energieableitungscharakteristika
im Allgemeinen eine relativ geringe Elastizität auf, und umgekehrt weist
eine Zwischensohle mit geringen Energieableitungscharakteristika
im Allgemeinen eine relativ starke Elastizität auf. Die optimale Zwischensohle
sollte mit einem Aufprallansprechverhalten konzipiert sein, das
sowohl eine angemessene Stoßdämpfung als
auch eine ausreichende Elastizität
berücksichtigt.
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Ein
Typ von Sohlenstruktur, bei dem Versuche unternommen wurden, ein
geeignetes Aufprallansprechverhalten zu konzipieren, sind Sohlen oder
Einsätze
für Sohlen,
die ein Blasenelement aus entweder einem flüssigen oder gasförmigen Fluid enthalten.
Diese Blasenelemente werden entweder während der Schaumzwischensohlenbildung
an ihrer Position eingekapselt oder in einen flachen Hohlraum mit
geraden Wänden
gesetzt und an ihrer Position festgemacht, normalerweise mit einem
getrennten Stück
Schaum, das obenauf festgemacht wird. Besonders erfolgreiche gasgefüllte Strukturen
sind in den
US-Patenten Nr. 4,183,156 und
4,219,945 für Marion
F. Rudy offenbart. Eine aufblasbare Blase oder ein Trennwandbauglied
wird aus einem elastomeren Material gebildet, das eine Vielzahl
von bevorzugt miteinander verbundenen, ein Fluid enthaltenden Kammern
aufweist, die bis zu einem relativ hohen Druck durch ein Gas, das
eine geringe Diffusionsgeschwindigkeit durch die Blase aufweist,
aufgeblasen werden. Das Gas wird durch Umgebungsluft ergänzt, die
durch die Blase diffundiert, um dadurch den Druck darin zu erhöhen und
einen Druck zu erhalten, der über
einen Zeitraum von Jahren hinweg bei oder über seinem Ausgangswert bleibt.
(Die
US-Patente Nr. 4,340,626 ,
4,936,029 und
5,042,176 für Marion F. Rudy beschreiben
verschiedene Diffusionsmechanismen.)
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Der
mit Druck beaufschlagte, aufblasbare Blaseneinsatz wird bei dem '156-Patent durch
eine Platzierung innerhalb eines Hohlraums unter dem Obermaterial,
z. B. auf einer Zwischensohlenschicht und innerhalb der Seiten des
Obermaterials oder der Zwischensohle in die Innen sohlenstruktur
eingebaut. Bei dem '945-Patent
wird der aufblasbare Blaseneinsatz in einem nachgebenden Schaummaterial
eingekapselt, das als ein Überbrückungsmoderator
fungiert, der die Unregelmäßigkeiten
der Blase auffüllt, eine
im Wesentlichen glatte und mit Konturen versehene Fläche zum
Tragen des Fußes
liefert und eine leicht zu handhabende Struktur zum Anbringen an
einem Obermaterial bildet. Das Vorhandensein des dämpfenden
Schaums beeinträchtigt
jedoch die Abfederungs- und Wahrnehmungsvorteile der mit Gas aufgeblasenen
Blase. Somit werden, wenn die aufgeblasene Blase in einer Schaumzwischensohle
eingekapselt ist, die Aufprallansprechcharakteristika der Blase
durch die Wirkung der Schaumstruktur beeinträchtigt. Unter Bezugnahme auf 5 des '945-Patents zeigt
z. B. der Querschnitt der Zwischensohle eine Reihe von Röhren, die
miteinander verbunden sind, um die gasgefüllte Blase zu bilden. Wenn
die Blase mit Druck beaufschlagt wird, weist dieselbe die Tendenz
auf, einen im Allgemeinen runden Querschnitt aufzuweisen. Die Räume zwischen
diesen Blasenteilen werden mit Schaum gefüllt. Da die mit Schaum gefüllten Räume derart
scharfe Ecken umfassen, ist die Schaumdichte in der Zwischensohle ungleichmäßig, d.
h. der Schaum ist in den Ecken und kleineren Räumen von höherer Dichte und entlang abgerundeter
oder ebenerer Bereiche der Blase von niedrigerer Dichte. Da Schaum
ein steiferes Ansprechverhalten gegenüber Druck aufweist, dominiert
in den dichteren Bereichen mit Schaumkonzentrationen der Schaum
bei Belastung das Abfederungsansprechverhalten. Somit kann anstatt
eines Ansprechverhaltens mit starker Auslenkung das Ansprechverhalten
aufgrund der Schaumreaktion steif sein. Die Abfederungswirkungen
der Blase können somit
aufgrund der ungleichmäßigen Schaumkonzentrationen
verringert sein. Außerdem
müssen
die Herstellungstechniken, die verwendet werden, um die Sohlenstruktur
zu erzeugen, die durch die Kombination der Schaumzwischensohle und
einer aufgeblasenen Blase gebildet wird, auch beide Elemente gestatten.
Z. B. können,
wenn die aufblasbare Blase eingekapselt wird, aufgrund der Anfälligkeit
der Blase, sich bei hohen Temperaturen zu verformen, nur Schäume mit
relativ niedrigen Verarbeitungstemperaturen verwendet werden. Die
aufgeblasene Blase muss auch mit einer Dicke konzipiert werden,
die geringer ist als diejenige der Zwischensohlenschicht, um das
Vorhandensein des Schaumeinkapselungsmaterials vollständig rundherum
zu ermöglichen.
Somit gibt es Herstellungs- und Leistungseinschränkungen, die bei der Schaumeinkapselung
einer aufblasbaren Blase gelten.
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Ein
abfederndes Schuhsohlenbauelement, das eine Struktur zum Einstellen
des Aufprallansprechverhaltens des Bauelements umfasst, ist in dem
US-Patent Nr. 4,817,304 für Mark G.
Parker et al. offenbart. Bei dem Sohlenbauelement von Parker et
al. handelt es sich um eine viskoelastische Einheit, die aus einer
ein Gas enthaltenden Blase und einem elastomeren nachgebenden äußeren Bauglied,
das die Blase einkapselt, gebildet ist. Die Aufprallwiderstandsfähigkeit
der viskoelastischen Einheit wird eingestellt durch ein Bilden eines
Zwischenraums in dem äußeren Bauglied
in einem vorbestimmten Bereich, wo es erwünscht ist, dass die Blase das
Aufprallansprechverhalten dominiert. Die Verwendung des Zwischenraums
liefert eine Einstellung des Aufprallansprechverhaltens, die Einstellung
ist jedoch örtlich
auf den Bereich des Zwischenraums begrenzt. Das '304-Patent offenbart keine Methode zum
Abstimmen des Aufprallansprechverhaltens, um das Ansprechverhalten
im Verlauf des Fußaufsetzens durch
das geeignete Strukturieren sowohl der Blase als auch des Einkapselungsmaterials
zu optimieren.
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Ein
Abfederungssystem für
eine Schuhsohle, das eine Blase verwendet, die nur entlang ihres Umfangs
verbunden ist und in einer Öffnung
in einem elastischen Schaummaterial gehalten wird, ist in dem
US-Patent Nr. 5,685,090 für Tawney
et al. offenbart. Die Blase von Tawney et al. weist im Allgemeinen
gekrümmte
obere und untere Hauptflächen
und eine Seitenwand auf, die von jeder Hauptfläche nach außen verläuft. Die winkligen Seitenwände bilden
im Querschnitt eine horizontal ausgerichtete V-Form, die in eine
entsprechend geformte Rille in der Öffnung in dem umgebenden elastischen
Schaummaterial passt. Teile der Oberseite und der Unterseite der Blase
sind nicht mit dem Schaummaterial bedeckt. Durch ein Bilden der
Blase ohne innere Verbindungen zwischen der oberen und unteren Fläche und
ein Freilegen von Teilen der oberen und unteren Fläche wird
das Spüren
der Blase maximiert. Das '090-Patent
offenbart jedoch keine Methode zum Abstimmen des Aufprallansprechverhaltens
durch eine Gestaltung sowohl der Blase als auch des Schaummaterials.
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Ein
Typ einer Konstruktion des Stands der Technik betrifft Luftblasen,
die einen offenzelligen Schaumkern verwenden, wie es in den
US-Patenten Nr. 4,874,640 und
5,235,715 für Donzis
offenbart ist. Diese Abfederungselemente liefern dahingehend Spielraum
bei ihrer Gestaltung, dass die offenzelligen Schaumkerne eine Vielzahl
von unterschiedlichen Formen der Blase ermöglichen. Blasen mit Schaumkernzugbaugliedern
weisen jedoch den Nachteil eines unzuverlässigen Verbindens des Kerns
mit den Trennwandschichten auf. Einer der Hauptnachteile dieser
Konstruktion besteht darin, dass der Schaumkern die Form der Blase
definiert und somit zwangsläufig
bei einem Fußaufsetzen
als ein Abfederungsbauglied fungieren muss, was die überlegenen
Abfederungseigenschaften von Luft allein beeinträchtigt. Das liegt daran, dass
der Schaumkern, um den hohen Aufblasdrücken zu widerstehen, die derartigen Luftblasen
zugeordnet sind, eine hohe Festigkeit aufweisen muss, die die Verwendung
eines Schaums höherer
Dichte erfordert. Je höher
die Dichte des Schaums, desto geringer ist die Menge an verfügbarem Luftraum
in der Luftblase. Folglich verringert die Reduzierung der Luftmenge
in der Blase die Vorteile der Abfederung. Die Abfederung wird im
Allgemeinen verbessert, wenn das Abfederungsbauelement bei einem
gegebenen Aufprall die Aufprallkraft über einen längeren Zeitraum verteilt, was
dazu führt,
dass eine geringere Aufprallkraft auf den Körper des Trägers übertragen wird.
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Selbst
wenn ein Schaum geringerer Dichte verwendet wird, wird eine erhebliche
Menge verfügbaren
Luftraums geopfert, was bedeutet, dass die Auslenkungshöhe der Blase
aufgrund des Vorhandenseins des Schaums verringert wird, wodurch
der Effekt der „Auslastung" beschleunigt wird.
Auslastung bezieht sich darauf, dass eine Abfederungsvorrichtung
eine Aufprallbelastung nicht ausreichend bremsen kann. Die meisten
Abfederungsvorrichtungen, die bei Fußbekleidung verwendet werden,
sind nicht-lineare druckbasierte Systeme, die an Steifigkeit zunehmen,
wenn sie belastet werden. Auslastung ist der Punkt, an dem das Abfederungssystem nicht
in der Lage ist, sich noch weiter zusammenzudrücken. Druckverformung bezieht
sich auf die dauerhafte Komprimierung von Schaum nach wiederholten
Belastungen, die seine Abfederungseigenschaften in hohem Maße verringert.
Bei Schaumkernblasen tritt eine Druckverformung aufgrund des inneren Zusammenbrechens
von Zellwänden
unter schweren zyklischen Druckbelastungen, wie z. B. Gehen oder Laufen,
auf. Die Wände
von einzelnen Zellen, die die Schaumstruktur darstellen, verschleißen und
reißen, wenn
sie sich gegeneinander bewegen, und versagen. Das Zusammenbrechen
des Schaums setzt den Träger
stärkeren
Stoßkräften und
im Extremfall der Bildung einer Erweiterung oder eines Höckers in
der Blase unter dem Fuß des
Trägers
aus, was dem Träger
Schmerzen verursacht.
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Ein
weiterer Typ einer zusammengesetzten Konstruktion des Stands der
Technik betrifft Luftblasen, die ein dreidimensionales Gewebe als
Zugbauglieder verwenden, wie z. B. diejenigen, die in den
US-Patenten Nr. 4,906,502 ,
5,083,361 und
5,543,194 für Rudy; und den
US-Patenten Nr. 5,993,585 und
6,119,371 für Goodwin
et al. offenbart sind. Die Blasen, die in den Rudy-Patenten beschrieben
sind, erfreuen sich bei der Markenfußbekleidung von NIKE, Inc.
unter dem Namen Tensile-Air
® kommerziellen Erfolges.
Blasen, die Stoffzugbauglieder verwenden, beseitigen praktisch tiefe
Spitzen und Täler.
Außerdem
sind die einzelnen Zugfasern klein und werden leicht bei Belastung
ausgelenkt, so dass das Gewebe die Abfederungseigenschaften von
Luft nicht beeinträchtigt.
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Ein
Nachteil dieser Blasen besteht darin, dass es derzeit kein bekanntes
Herstellungsverfahren zum Herstellen komplex gekrümmter, mit
Konturen versehener, geformter Blasen unter Verwendung dieser Gewebefaserzugbauglieder
gibt. Die Blasen können
unterschiedliche Höhen
aufweisen, aber die obere und untere Fläche bleibt flach ohne Konturen und
Krümmungen.
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Ein
weiterer Nachteil ist die Möglichkeit
der Auslastung. Obwohl die Gewebefasern bei Belastung leicht ausgelenkt
werden und einzeln sehr klein sind, bedeutet die bloße Anzahl
derselben, die notwendig ist, um die Form der Blase aufrechtzuerhalten,
dass bei hohen Belastungen eine erhebliche Menge der Gesamtauslenkungsfähigkeit
der Luftblase durch das Volumen der Fasern innerhalb der Blase verringert
wird und die Blase ausgelastet werden kann.
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Eines
der Hauptprobleme, die bei den Gewebefasern auftreten, besteht darin,
dass diese Blasen anfänglich
während
einer Anfangsbelastung steifer sind als herkömmliche Luftblasen. Dies führt dazu, dass
sie sich bei geringen Aufprallbelastungen fester anfühlen und
sich am „Verkaufsort" steifer anfühlen, was über ihre
tatsächliche
Abfederungsfähigkeit
hinwegtäuscht.
Das liegt daran, dass die Gewebefasern eine relativ geringe Dehnung
aufweisen, um die Form der Blase bei Spannung richtig zu halten,
so dass die kumulative Wirkung Tausender dieser relativ unelastischen
Fasern ein steifer Eindruck ist. Die Spannung der Außenfläche, die
durch die geringe Dehnung oder die unelastischen Eigenschaften des
Zugbauglieds bewirkt wird, führt
zu einer anfänglichen
stärkeren
Steifigkeit bei der Luftblase, bis die Spannung in den Fasern gebrochen
wird und die Wirkung der Luft in der Blase ins Spiel kommen kann.
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Eine
weitere Kategorie des Stands der Technik betrifft Luftblasen, die
spritzgegossen, bissgeformt oder vakuumgeformt werden, wie z. B.
diejenigen, die in dem
US-Patent
Nr. 4,670,995 für
Huang; dem
US-Patent Nr. 4,845,861 für Moumdjian;
den
US-Patenten Nr. 6,098,313 ,
5,572,804 und
5,976,541 für Skaja et al.; und dem
US-Patent Nr. 6,029,962 für Shorten
et al. offenbart sind. Diese Herstellungstechniken können Blasen
einer beliebigen gewünschten
Kontur und Form einschließlich
komplexer Formen erzeugen. Ein Nachteil dieser Luftblasen kann die
Bildung steifer, vertikal ausgerichteter Säulen aus elastomerem Material
sein, die Innensäulen
bilden und die Abfederungsvorteile der Luft beeinträchtigen.
Da diese Innensäulen
in der vertikalen Position und innerhalb des Umrisses der Blase
gebildet oder geformt werden, besteht ein erheblicher Widerstand
gegen ein Zusammendrücken
bei Belastung, der die Abfederungseigenschaften der Luft stark beeinträchtigen
kann.
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Huang '995 lehrt das Bilden
starker vertikaler Säulen,
so dass dieselben im Querschnitt einen im Wesentlichen geradlinigen
Hohlraum bilden. Dies soll dem Luftkissen eine wesentliche vertikale
Stütze
geben, so dass die vertikalen Säulen
des Luftkissens das Gewicht des Trägers im Wesentlichen ohne Aufblasen
tragen können
(siehe '995, Spalte
5, Zeilen 4-11). Huang '995
lehrt auch die Bildung kreisförmiger
Säulen
unter Verwendung von Blasformen. Bei diesem Verfahren des Stands
der Technik verlaufen zwei symmetrische, stabartige Vorsprünge der
gleichen Breite, Form und Länge
von den zwei gegenüberliegenden
Formhälften,
um sich in der Mitte zu treffen und so im Zentrum einer kreisförmigen Säule ein
dünnes
Netz zu bilden (siehe Spalte 4, Zeilen 47-52, und Vertiefungen 12 in
den 1-4, 10 und 17). Diese Säulen werden mit einer Wanddicke
und Ausmessungen gebildet, die ausreichen, um das Gewicht eines
Trägers
im Wesentlichen im unaufgeblasenen Zustand zu tragen. Ferner sind
keine Einrichtungen vorgesehen, um zu bewirken, dass sich die Säulen auf
eine vorbestimmte Weise biegen, was Ermüdungsversagen reduzieren würde. Huangs
Säulen 42 können aufgrund
von Druckbelastungen, die die Säulen
veranlassen, unvorhersagbar nachzugeben und sich zu falten, zu Ermüdungsversagen
neigen. Bei zyklischen Druckbelastungen kann das Nachgeben zu Ermüdungsversagen
der Säulen
führen.
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Abfederungssysteme
des Stands der Technik, die einen Luftsack oder eine -blase umfassen, können in
zwei grobe Kategorien eingeteilt werden: Abfederungssysteme, die
sich auf die Gestaltung der Blase und ihre Ansprechcharakteristika
konzentriert haben; und Abfederungssysteme, die sich auf die Gestaltung
der mechanischen Trägerstruktur
in und um die Blase konzentriert haben.
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Die
Systeme, die sich auf die Luftblase selbst konzentrierten, haben
sich mit den Abfederungseigenschaften beschäftigt, die durch die Pneumatik
der dicht geschlossenen, mit Druck beaufschlagten Blase geliefert
werden. Das pneumatische Ansprechverhalten ist erwünscht aufgrund
der starken Auslenkungen bei Belastung, was einem weicheren, stärker abgefederten
Eindruck entspricht, und aufgrund eines glatten Übergangs zum Auslastungspunkt.
Potentielle Nachteile eines größtenteils
pneumatischen Systems können
eine schlechte Steuerung von Steifigkeit durch Druck und Instabilität umfassen.
Steuerung der Steifigkeit bezieht sich darauf, dass ein rein pneumatisches
System bei Belastung die gleiche Steifigkeitsfunktion aufweist.
Es gibt keine Möglichkeit,
das Steifigkeitsansprechverhalten zu steuern. Instabilität bezieht
sich auf eine potentielle ungleichmäßige Belastung und potentielle Scherspannungen aufgrund
des Mangels an strukturellen Einschränkungen für die Blase bei Belastung.
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Pneumatische
Systeme haben sich auch auf die Konfiguration von Kammern innerhalb
der Blase und die Verbindung der Kammern konzentriert, um ein gewünschtes
Ansprechverhalten zu bewirken. Einige Blasen sind mittlerweile ziemlich
komplex und für
bestimmte Aktivitäten
und Platzierungen in der Zwischensohle spezialisiert. Die Menge
an Variationen bei Blasenkonfigurationen und ihrer Platzierung erforderte
die Anschaffung eines Bestandes von Dutzenden unterschiedlicher
Blasen beim Herstellungsprozess. Die Notwendigkeit, unterschiedliche
Blasen für
unterschiedliche Schuhmodelle herzustellen, lässt die Kosten sowohl hinsichtlich
der Herstellung als auch hinsichtlich des Abfalls steigen.
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Bestimmte
frühere
pneumatische Systeme verwendeten im Allgemeinen Luft oder Gas in
der Blase bei Drücken,
die im Wesentlichen über
dem Umgebungsdruck lagen. Um eine Druckbeaufschlagung zu erreichen
und aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, speziell konzipierte,
teure Trennwandmaterialien zu verwenden, um die Blasen zu bilden,
und das geeignete Gas abhängig
von dem Trennwandmaterial auszuwählen,
um die Wanderung von Gas durch die Trennwand zu minimieren. Dies
erfordert die Verwendung von Spezialfilmen und Gasen wie z. B. Stickstoff
oder Schwefelhexafluorid bei hohen Drücken in den Blasen. Wesentlicher
Bestandteil von Hochdruckblasen, die mit anderen Gasen als Luft oder
Stickstoff gefüllt
sind, ist die zusätzliche
Voraussetzung, die Blasen bei der Gestaltung der Zwischensohle zu
schützen,
um ein Reißen
oder Durchbohren zu verhindern.
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Die
Systeme des Stands der Technik, die sich durch ein Entwickeln verschiedener
Schaumformen, Säulen,
Federn etc. auf die mechanische Struktur konzentrierten, beschäftigten
sich mit dem Einstellen der Eigenschaften des Ansprechverhaltens des
Schaums auf Belastung. Schaum liefert ein Abfederungsansprechverhalten
auf Belastung, bei dem die Steifigkeitsfunktion durchweg gesteuert
werden kann und sehr stabil ist. Schaum liefert jedoch sogar bei
speziellen Konstruktionstechniken nicht die starke Auslenkung bei
Belastung, die pneumatische Systeme liefern können.
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Die
WO 97/03582 A offenbart
eine Zwischensohle, die aus einem elastischen Material hergestellt
ist, die einen Hohlraum für
eine dicht geschlossene Kammer definiert, die mit einem Fluid gefüllt ist.
Die
DE 352216 C offenbart
eine sich verjüngende
birnenförmige
Luftblase. Die
EP 0780064
B1 offenbart eine birnenförmige Luftblase zum Einsetzen
in die Zwischensohle eines Schuhs.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Sohlenbauelement für Fußbekleidung,
das eine dicht geschlossene, ein Fluid enthaltende Kammer und ein
elastisches Material umfasst, um sich die Vorteile sowohl eines
pneumatischen Systems als auch eines mechanischen Systems zunutze
zu machen, d. h. eine starke Auslenkung bei starkem Aufprall, ein
Ansprechverhalten gesteuerter Steifigkeit, einen glatten Übergang
zu maximaler Auslenkung und Stabilität zu liefern. Das Sohlenbauelement
der vorliegenden Erfindung ist speziell konzipiert, um optimal pneumatische
und mechanische Strukturen und Eigenschaften zu kombinieren. Die
dicht geschlossene, ein Fluid enthaltende Kammer kann durch ein Verschließen eines
geeignet geformten Hohlraums in dem elastischen Material oder ein
Bilden einer Blase aus einem elastischen Trennwandmaterial hergestellt
werden.
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Aufgrund
der Erkenntnis, dass elastisches Material, wie z. B. ein geschäumtes Elastomer,
und Luftsysteme jeweils vorteilhafte Eigenschaften besitzen, konzentriert
sich die vorliegende Erfindung auf die Gestaltung von Abfederungssystemen,
die die erwünschten
Eigenschaf ten beider Typen kombinieren, während die Wirkung ihrer unerwünschten
Eigenschaften reduziert wird.
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Geschäumte Elastomere
als ein Sohlenabfederungsmaterial besitzen eine sehr erwünschte Materialeigenschaft:
progressiv zunehmende Steifigkeit. Wenn geschäumte Elastomere zusammengedrückt werden,
ist das Zusammendrücken
glatt, da ihr Widerstand gegen das Zusammendrücken linear oder progressiv
ist. Das heißt,
in dem Maß,
in dem die Druckbelastung zunimmt, werden geschäumte Elastomere zunehmend steif
oder fühlen
sich so an. Die große
Steifigkeit ermöglicht,
dass die geschäumten Elastomere
einen wesentlichen Beitrag zu einem Abfederungssystem liefern. Die
unerwünschten
Eigenschaften von geschäumten
Elastomeren umfassen Einschränkungen
bei der Auslenkung durch Schaumdichte, eine rasche Druckverformung
und beschränkte
Gestaltungsoptionen.
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Mit
Gas gefüllte
Kammern oder Blasen besitzen ebenfalls sehr erwünschte Eigenschaften, wie z. B.
eine starke Auslenkung bei Aufprall und ein glatter Übergang
zur Auslastung. Der weiche Eindruck bei einer gasgefüllten Blase
bei Belastung ist die Auswirkung einer starken Auslenkung, was die
hohe Energiekapazität
einer pneumatischen Einheit demonstriert. Einige Schwierigkeiten
beim Gestalten von gasgefüllten
Blasensystemen umfassen Instabilität und die Notwendigkeit, die
Geometrie der Blase zu steuern. Mit Druck beaufschlagte Blasen neigen
durch ihre natürliche
Beschaffenheit dazu, eine Form anzunehmen, die möglichst nahe an eine Kugel
oder einen anderen runden Querschnitt herankommt. Ein Einschränken dieser
Tendenz kann komplexe Herstellungsverfahren und zusätzliche
Elemente bei der Sohleneinheit erfordern.
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In
der Vergangenheit wurden diese beiden Strukturtypen zusammen verwendet,
wurden jedoch nicht speziell dafür
entworfen, zusam menzuwirken, um die besten Eigenschaften jedes Systems
aufzuweisen, während
die Nachteile beseitigt oder minimiert wurden.
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Dies
ist nun möglich
aufgrund der speziell konzipierten birnenförmigen oder sich verjüngenden Einkammerblase,
die in einer Vielzahl von unterschiedlichen Positionen und Konfigurationen
in einer Zwischensohle verwendet werden kann. Die sich verjüngende Form
weist zumindest eine ebene Hauptfläche und eine mit Konturen versehene
Fläche
auf, die von Seite zu Seite und von vorne nach hinten mit Konturen
versehen ist. Diese mit Konturen versehene Fläche liefert, wenn dieselbe
mit einem elastischen Material, wie z. B. einem geschäumten Elastomer,
verwendet wird, einen glatten Steifigkeitsübergang von dem elastischen
Material zu der Blase und umgekehrt. Die sich verjüngende Einkammerblase kann
in einer Vielzahl von verschiedenen Positionen und Konfigurationen
in einer Zwischensohle verwendet werden, um erwünschte Ansprechcharakteristika zu
liefern. Nur eine Blasenform muss für den Bestand angeschafft werden,
was die Herstellungskosten erheblich verringert.
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Die
vorliegende Erfindung liefert die besten der pneumatischen und mechanischen
Abfederungseigenschaften ohne eine Beaufschlagung der Luftblase
mit hohem Druck. Die Luftblase, die bei der vorliegenden Erfindung
verwendet wird, wird einfach mit Luft bei Umgebungsdruck oder einem
leicht erhöhten Druck
innerhalb von 34,5 kPa (5 psi) (relativ) bezüglich des Umgebungsdrucks verschlossen
und erfordert keinen Stickstoff oder spezialisierte Gase. Da die Blase,
wenn überhaupt,
mit einem sehr niedrigen Druck beaufschlagt wird, erfordert die
Luftblase der vorliegenden Erfindung auch kein spezielles Trennwandmaterial.
Jedes beliebige verfügbare
Trennwandmaterial kann verwendet werden, um die Blase herzustellen,
einschließlich
recycelter Materialien, was einen weiteren erheblichen Kostenvorteil
gegenüber
herkömmlichen
mit Druck beaufschlagten Blasen darstellt. Entgegen der vorherrschenden Norm einer
Druckbeaufschlagung ist das Abfederungssystem der vorliegenden Erfindung
konstruiert, um eine ausreichende Abfederung mit einer Luftblase
zu liefern, die bei Umgebungsdruck verschlossen ist.
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Die
Einkammerluftblase der vorliegenden Erfindung kann durch Blasformen
oder Vakuumformen gebildet werden, wobei die Blase von der Umgebungsluft
bei Umgebungsdruck oder bei einem leicht erhöhten Druck abgeschlossen wird.
Da eine Beaufschlagung mit hohem Druck nicht erforderlich ist, sind die
zusätzlichen
Herstellungsschritte des Beaufschlagens mit Druck und des Verschließens einer
mit Druck beaufschlagten Kammer nicht erforderlich. Ein Minimieren
der Komplexität
auf diese Weise ist auch weniger teuer, was zu einem sehr kostengünstigen System
führt,
das all Vorteile teurerer, speziell konzipierter pneumatischer Systeme
liefert.
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Wenn
ein Abfederungssystem belastet wird, besteht das erwünschte Ansprechverhalten
in einer starken Auslenkung bei Anfangsbelastung oder Aufsetzen,
um den Stoß der
größten Kraft
zu dämpfen, und
einem Ansprechverhalten progressiv zunehmender Steifigkeit, um über die
Belastung Stabilität
zu liefern. Die Gesamtsteifigkeit wird hauptsächlich durch die Dichte oder
Härte des
elastischen Materials gesteuert – die Schaumdichte oder -härte, wenn
ein geschäumtes
Elastomer verwendet wird. Aufgrund der glatt konturierten Übergangsbereiche
der Grenzfläche
von Schaummaterial und Luftblase sind Schaumdichten gleichmäßig und
werden hohe Konzentrationen beseitigt. Die sanften Neigungen und Konturen
der sich verjüngenden
Luftblase liefern allmähliche Übergänge zwischen
dem Ansprechverhalten von Schaummaterial und Luftblase. Somit kann aufgrund
der Form der Luftblase das Ansprechverhalten auf eine Belastung
durch ihre Platzierung gesteuert werden. Ein Platzieren der sich
verjüngenden,
z. B. birnenförmigen
Luftblase mit Umgebungs- oder einem sehr niedrigen Druck unter dem
Bereich der größten Kraft
des Fußes
des Trägers
liefert eine größere Auslenkungskapazität als derzeitige
Systeme, die eine Beaufschlagung mit hohem Druck verwenden. Dies
liegt an dem relativ großen
Volumen der sich verjüngenden
Luftblase in Kombination mit dem Fehlen innerer Verbindungen oder
einer Struktur innerhalb des Innenbereichs der Blase, was eine relativ
starke Auslenkung bei Belastung ermöglicht. Z. B. wird, wenn die
Birnenform verwendet wird, das größere, bauchigere Ende der birnenförmigen Blase stärker ausgelenkt
als das schmalere Ende. Bei Berücksichtigung
dieses Parameters kann eine Drehung und Bewegung der Luftblase sehr
unterschiedliche Abfederungscharakteristika liefern, die die Wirkung
von komplexeren und teureren Schaumstrukturen in einer Zwischensohle
nachahmen können.
Auf diese Weise wirken die Luftblase und das Schaummaterial zusammen,
um das gewünschte
Ansprechverhalten zu liefern.
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Diese
und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung können aus der folgenden detaillierten
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen genauer verstanden
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Fußbekleidungssohle
gemäß der vorliegenden
Erfindung, die Luftblasen zeigt, die im Fersen- und Mittelfußkopfbereich
platziert sind.
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2A ist
eine Grundrissdraufsicht der Sohle von 1, die so
gezeigt ist, dass die Luftblasen in dem Schaumzwischensohlenmaterial
positioniert sind.
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2B ist
eine Grundrissdraufsicht eines alternativen Ausführungsbeispiels der Fußbekleidungssohle
von 1, bei der eine Luftblase in ihrer Ausrichtung
gedreht ist, um ein spezifisches Ansprechverhalten zu liefern.
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3A ist
ein Querschnitt, der entlang der Linie 3A-3A von
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2A genommen
ist.
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3B ist
ein Querschnitt, der entlang der Linie 3B-3B von
-
2B genommen
ist.
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4 ist
ein Querschnitt, der entlang der Linie 4-4 von 2A genommen
ist.
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5 ist
eine Seitenaufrissansicht der Fersenluftblase, die in der Oberbelastungskonfiguration gezeigt
ist.
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6 ist
eine Endaufrissansicht der Luftblase von 5.
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7 ist
eine Grundrissunteransicht der Luftblase von 5.
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8A ist
ein Querschnitt, der entlang der Linie 8-8 von 7 genommen
ist.
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8B ist
ein Querschnitt, der demjenigen von 8A ähnlich ist
und mit einer Darstellung von Zwischensohlenschaummaterial gezeigt
ist, um den glatten Steifigkeitsübergang
während
eines Fußaufsetzens
zu veranschaulichen.
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9A ist
ein Querschnitt, der entlang der Linie 9-9 von 7 genommen
ist.
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9B ist
ein Querschnitt, der demjenigen von 9A ähnlich ist
und mit einer Darstellung von Zwischensohlenschaummaterial gezeigt
ist, um den glatten Steifigkeitsübergang
während
eines Fußaufsetzens
zu veranschaulichen.
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10 ist
eine Seitenaufrissansicht der Fersenbeinluftblase, die in der Oberbelastungskonfiguration
gezeigt ist.
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11 ist
eine Endaufrissansicht der Luftblase von 10.
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12 ist
eine Grundrissunteransicht der Luftblase von 10.
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13 ist
ein Querschnitt, der entlang der Linie 13-13 von 12 genommen
ist.
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14 ist
ein Querschnitt, der entlang der Linie 14-14 von 12 genommen
ist.
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15 ist
eine auseinandergezogene Aufbauansicht des Abfederungssystems, das
in 1 gezeigt ist, mit anderen Elementen eines Schuhaufbaus.
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16A ist eine auseinandergezogene perspektivische
Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer Fersenkammer gemäß der vorliegenden Erfindung.
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16B ist ein Querschnitt, der entlang der Linie
16B-16B von 16A genommen ist, wobei die Fersenkammer
dicht geschlossen ist.
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16C ist ein Querschnitt, der entlang der Linie
16C-16C von 16A genommen ist, wobei die
Fersenkammer dicht geschlossen ist.
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17A ist ein Diagrammquerschnitt einer dicht geschlossenen
Kammer, der Filmspannung und Innendruck veranschaulicht, wenn keine
Kraft auf die dicht geschlossene Kammer ausgeübt wird.
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17B ist ein Diagrammquerschnitt einer dicht geschlossenen
Kammer, der Filmspannung und Innendruck veranschaulicht, wenn eine
leichte Kraft auf die dicht geschlossene Kammer ausgeübt wird.
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17C ist ein Diagrammquerschnitt einer dicht geschlossenen
Kammer, der Filmspannung und Innendruck veranschaulicht, wenn eine
zunehmende Kraft auf die dicht geschlossene Kammer ausgeübt wird.
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17D ist ein Diagrammquerschnitt einer dicht geschlossenen
Kammer, der Filmspannung und Innendruck veranschaulicht, wenn eine
starke Kraft auf die dicht geschlossene Kammer ausgeübt wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Sohle 10 der vorliegenden Erfindung umfasst eine Zwischensohle 12 aus
einem Elastomermaterial, bevorzugt ein elastisches Schaummaterial,
und eine oder mehr Luftblasen 14, 16, die in der
Zwischensohle angeordnet sind. Die 1-4 veranschaulichen
ein Abfederungssystem, bei dem eine Blase 14 in der Fersenregion
angeordnet ist und eine Blase 16 in der Mittelfußkopfregion
angeordnet ist, den Berei chen der höchsten Belastung während eines
Fußaufsetzens.
Die Blasen werden verwendet, um dicht geschlossene Kammern einer
spezifischen Form zu bilden. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel
kann eine dicht geschlossene Kammer aus einem Hohlraum in einer
elastomeren Kammer gebildet werden, der mit einem getrennten Abdeckmaterial
dicht abgeschlossen wird. Die Form der Kammern und ihre Anordnung
in dem elastomeren Material, insbesondere in der Fersenregion, erzeugen
die gewünschten
Abfederungscharakteristika einer starken Auslenkung zur Stoßdämpfung beim
anfänglichen
Fußaufsetzen,
dann einer progressiv zunehmenden Steifigkeit über das Fußaufsetzen.
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Die
bevorzugte Form der Blase ist ein mit Konturen versehener, sich
verjüngend
geformter Umriss, der bevorzugt birnenförmig ist, wie es am besten in
den 5-14 zu sehen ist. Diese Form
wurde durch ein Auswerten von Drücken
bestimmt, die durch die Unterseite des Fußes eines Trägers ausgeübt wurden.
Die Form der Luftblase passt zu der Druckkarte des Fußes, wobei
das Luft-zu-Schaumtiefe-Verhältnis
umso höher
ist, je höher
der Druck ist. Die Form des Umrisses wird durch die beiden im Wesentlichen
ebenen Hauptflächen
definiert, die einander gegenüberliegen
und sich in im Allgemeinen paralleler Beziehung befinden: eine erste
Hauptfläche 18 und
eine zweite Hauptfläche 20.
Diese Flächen weisen
jeweils einen Umfangsrand 22 bzw. 24 auf, die
die Form der Blase definieren, so dass die Blase 14 ein
größeres abgerundetes
Ende 27 aufweist und sich zu einem zugespitzteren schmalen
Ende 29 verjüngt.
Das schmale Ende 29 weist eine Breite auf, die im Wesentlichen
geringer ist als die maximale Breite des größeren abgerundeten Endes 27,
so dass die Hauptflächen 18 und 20 einen
im Allgemeinen birnenförmigen
Umriss annehmen. Die zweite Hauptfläche 20 weist im Wesentlichen
den gleichen Umriss wie die erste Hauptfläche 18 auf, ist aber
bezüglich des
Flächenbereichs
um etwa 50% kleiner. An dem abgerundeten Ende 27 der Blase
sind die erste Hauptfläche 18 und
die zweite Hauptfläche 20 nur leicht
versetzt, wie es in den 7-8 zu
sehen ist. An dem schmalen Ende 29 der Blase ist die Spitze
der zweiten Hauptfläche 20 weiter
von der entsprechenden Spitze der ersten Hauptfläche 18 entfernt als
an dem abgerundeten Ende. Die erste Hauptfläche 18 und die zweite
Hauptfläche 20 sind
um eine Längsmittellinie 31 der
Blase symmetrisch. Diese Hauptflächen
sind miteinander durch eine mit Konturen versehene Seitenwand 26 verbunden,
die um die gesamte Blase verläuft.
Die Seitenwand 26 bildet bevorzugt eine Einheit mit der
ersten Hauptfläche 18 und
der zweiten Hauptfläche 20,
und falls die Blase aus flachen Schichten gebildet ist, d. h. vakuumgeformt
ist, ist ein wesentlicher Teil der Seitenwand 26 aus der gleichen
Schicht gebildet, die die zweite Hauptfläche 20 bildet. Selbst
bei einer blasgeformten Blase ist die Naht derart angeordnet, dass
die Seitenwand auf der gleichen Seite der Naht gebildet zu sein
scheint wie die zweite Hauptfläche.
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Wie
es am besten in den 7, 8A und 9A zu
sehen ist, ist die Längsbeabstandung
zwischen dem abgerundeten Ende der zweiten Hauptfläche 20 und
dem abgerundeten Ende der ersten Hauptfläche 18 geringer als
die Längsbeabstandung zwischen
dem zugespitzten Ende der zweiten Hauptfläche 20 und dem zugespitzten
Ende der ersten Hauptfläche 18.
Dieser Abstand wird auf konturierte Weise durch die Seitenwand 26 überspannt,
wie es am besten in den 5-9A zu
sehen ist, um eine lange, glatt geneigte Kontur an dem zugespitzten
Ende der Blase und eine kürzere,
glatt geneigte Kontur an dem abgerundeten Ende bereitzustellen. Dies
führt zu
einer Blase, die eine im Wesentlichen flache Seite, wo die Hauptfläche 18 angeordnet
ist, und eine im Wesentlichen konvexe Seite aufweist, wo die Hauptfläche 20 angeordnet
ist. Die Blase 14 weist eine Symmetrieachse auf, und zwar
die Längsachse,
und ist in allen anderen Aspekten asymmetrisch. Diese scheinbar
einfache, gegliederte Form der Luftblase liefert eine Vielzahl von
möglichen
Variationen abhängig
von dem gewünschten
Abfederungsan sprechverhalten auf Belastung. Wie es ebenfalls in
den Figuren zu sehen ist, sind die Hauptflächen miteinander nur durch
die Seitenwände
verbunden. Die Hauptflächen
haben keine inneren Verbindungen.
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Wie
es in den 1, 2A-B und 3A-B
zu sehen ist, kann die Ausrichtung der Blase in dem Schaummaterial
variiert werden, um sich unterscheidende Abfederungseigenschaften
zu erreichen. Die Luftblase 14 kann in dem elastischen Schaummaterial
so ausgerichtet sein, dass ihre Längsachse im Allgemeinen mit
der Längsachse
der Zwischensohle ausgerichtet ist, wie es in 2A gezeigt
ist, was eine Gesamtabfederung und eine laterale Stütze für eine große Palette
von Trägern
liefert. Alternativ dazu kann die Luftblase 14 so ausgerichtet sein,
dass ihre Längsachse
bezüglich
der Längsachse
der Zwischensohle zur lateralen Seite hin gedreht ist, wie es in 2B gezeigt
ist. Wenn die Blase auf diese Weise gedreht ist, befindet sich mehr
Schaummaterial in der medialen Seite der Zwischensohle, wodurch
eine simulierte mediale Stütze
erzeugt wird, da das Schaummaterial das Ansprechverhalten auf eine
Belastung in dem medialen Teil dominiert und sich dadurch steifer
anfühlt
als das Ansprechverhalten auf der lateralen Seite, das durch die
Auslenkung der Luftblase dominiert wird. Mehr Halt wird auf der medialen
Seite geliefert, um die mediale Seite der Sohle zu stabilisieren
und eine Überpronation
während
eines Fußaufsetzens
zu verhindern. Durch ein Einstellen der Ausrichtung der Luftblase
auf diese Weise können
die Ansprechcharakteristika des Abfederungssystems kundenspezifisch
angepasst werden. Die Ausrichtungen, die in den 2A und 2B gezeigt
sind, sollen beispielhaft sein, und es wird in Betracht gezogen,
dass andere Ausrichtungen in den Schutzbereich der Erfindung fallen.
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Eine
weitere mögliche
Einstellung bezüglich der
Ausrichtung der Luftblase ist die Bestimmung, welche Seite der Luftblase
nach oben gewandt ist. Wenn die Blase 14 in dem elastischen
Schaummaterial 12 in der Ausrichtung positioniert ist,
die in den 1 und 3A gezeigt
ist, ist die konvexe Seite der Blase in dem Schaum eingebettet,
und die flache Seite ist nach oben gewandt und ist nicht mit Schaum bedeckt,
wodurch eine stärkere
Abfederung geliefert wird, d. h. eine stärkere Auslenkung der Blase,
sowie ein glatter Übergang
von dem Gefühlseindruck
der Blase zu dem steiferen Gefühlseindruck
des Schaums bei Belastung. Die Ausrichtung von 3A,
bei der die größtenteils
ebene Fläche
der Blase belastet wird, wird hier als der Oberbelastungszustand
bezeichnet.
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Es
ist möglich,
die Blase 14 umzudrehen und dieselbe in dem Schaum so auszurichten,
dass die im Wesentlichen flache Seite, die die Hauptfläche 18 enthält, nach
unten gewandt ist, und die konvexe Seite, die die Hauptfläche 20 enthält, nach
oben gewandt ist, 3B, so dass ein Schaummaterialbogen über der
Blase die Belastung aufnimmt. Diese Ausrichtung wird hier als der
Unterbelastungszustand bezeichnet, bei dem eine Schicht aus Schaummaterial über der
konvexen Seite der Blase angeordnet ist. Der Unterbelastungszustand
liefert ein steiferes Ansprechverhalten als der Oberbelastungszustand,
da mehr Schaummaterial zwischen der Ferse und der Blase vorhanden
ist, um das Spüren
der Auslenkung der Blase zu vermindern. Zusätzlich ist ein struktureller
Bogen gebildet. Dies führt
zu einer stärkeren
Stütze
für die
Fersenregion während
eines Fußaufsetzens.
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Auf ähnliche
Weise liefert die Luftblase 16, die so veranschaulicht
ist, dass sich dieselbe in der Mittelfußkopfregion der Zwischensohle
befindet, unterschiedliche Abfederungseigenschaften abhängig von
ihrer Ausrichtung. Die Luftblase 16 weist auch eine erste
Hauptfläche 28,
die im Allgemeinen eben ist, und eine zweite Hauptfläche 30 auf,
die ebenfalls im Allgemeinen eben ist und einen kleineren Flächenbereich
als die erste Fläche 28 aufweist.
Die zweite Fläche
weist einen Flächenbereich
auf, der etwa 25% bis 40% von dem Flächenbereich der ersten Fläche beträgt. Diese
Flächen
sind im Allgemeinen parallel zueinander und werden durch einen ersten
Umfangsrand 32 und einen zweiten Um fangsrand 34 definiert,
die durch eine Seitenwand 36 verbunden sind, ähnlich der
Seitenwand 26 der Luftblase 14. Aufgrund der relativ
geringen Größe der zweiten
Fläche 30 weist
die Seitenwand 36 eine relativ flache Neigung auf, in anderen
Worten ist bei Platzierung in einem elastischen Schaummaterial der Übergang
vom Luftblasen- zum Schaumansprechverhalten bei der Luftblase 16 sehr
allmählich.
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Die
Luftblase 16 ist so gezeigt, dass dieselbe in der elastischen
Schaumzwischensohle in einer Oberbelastungskonfiguration platziert
ist, aber wie bei der Luftblase 14 könnte dieselbe umgedreht werden,
um ein anderes Ansprechverhalten auf Belastung zu liefern. Die Ausrichtung
der Luftblase 16, bei der ihre Längsachse mit der Richtung der
Mittelfußköpfe eines
Trägers
ausgerichtet ist, wie es in 2A gezeigt
ist, liefert das gewünschte
Abfederungsansprechverhalten für
eine große
Vielzahl verschiedener Träger.
Die Ausrichtung kann jedoch gedreht werden, wie es im Vorhergehenden
erläutert
ist, um kundenspezifische Ansprechverhalten zu erreichen.
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Die
Linie FS in 2A, die als Fußaufsetzlinie
FS bezeichnet wird, stellt die Linie eines maximalen Drucks dar,
der durch den Fuß eines
Trägers während des
Laufens einer Person, deren Laufstil mit einem Fußaufsetzen
im lateralen Fersenbereich beginnt (Hinterfußaufsetzer), auf eine Schuhsohle
ausgeübt
wird. Die Linie FS ist eine Geradenverallgemeinerung der Richtung,
der die Linie des maximalen Drucks bei Hinterfußaufsetzern folgt. Die tatsächliche Linie
des Drucks bei einem gegebenen Fußaufsetzen verliefe nicht genau
entlang der Gerade FS, würde
aber der Linie FS im Allgemeinen folgen. Wie es in dieser Figur
zu sehen ist, beginnt die Fußaufsetzlinie
FS im lateralen Fersenbereich, verläuft dann diagonal vorwärts und
zur medialen Seite, während
sie durch den Fersenbereich verläuft
(Pronation), wendet sich in eine mehr vorwärts gerichtete Richtung durch
den vorderen Fersen- und Gewölbebereich und
verläuft
schließlich
durch den Mittelfuß-,
Mittelfußkopf-
und Zehenbereich, wobei der Fuß den
Boden benachbart zu dem Bereich des zweiten Mittelfußkopfes
verlässt
(Zehenabdruck).
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Die 8B und 9B veranschaulichen, wie
das Zwischensohlenschaummaterial und die Form der Blase 14 einen
glatten Steifigkeitsübergang erreichen,
während
der Fuß des
Trägers
sich durch das Fußaufsetzen
im Fersenbereich zum Vorderfuß bewegt.
Beim anfänglichen
Fußaufsetzen
kontaktiert der Fuß den
hinteren lateralen Fersenbereich, wo die Zwischensohle komplett
aus Schaummaterial gebildet ist (F1), um eine feste, stabile, jedoch
stoßdämpfende
Wirkung zu liefern. Während
das Fußaufsetzen
medial und vorwärts
weitergeht, nimmt die Menge des Schaummaterials (F2), das unter
dem Fuß liegt,
allmählich
ab, und die Dicke der Blase 14 nimmt aufgrund der glatten,
geneigten Kontur der Seitenwand 26 im medialen Seitenbereich
(BSM) allmählich
zu. In diesem Bereich wird die Wirkung der nachgiebigeren Blase 14 allmählich größer für das Stoßdämpfen und
ein allmähliches
Verringern der Steifigkeit der Zwischensohle, bis ein Bereich von
maximaler Blasendicke und minimaler Schaumdicke (F3) erreicht ist.
Die maximale Blasendicke tritt in dem Mittelbereich von Seite zu
Seite (BC) der Blase 14 auf, der unter dem Fersenbein des
Fußes
liegt. Auf diese Weise werden eine maximale Auslenkung der Blase 14,
eine minimale Steifigkeit und eine maximale Stoßdämpfung unter dem Fersenbein
geliefert.
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Während das
Fußaufsetzen
medial am Mittelbereich BC vorbei fortschreitet, weist die Seitenwand 26 eine
glatte Kontur auf, die die Dicke der Blase 14 im lateralen
Seitenbereich (BSL) der Blase verringert, so dass die Dicke des
Schaums (F4) allmählich
zunimmt, um erneut einen glatten Übergang von der nachgiebigeren
Wirkung der Blase 14 zu der steiferen, stützenden
Wirkung des Schaummaterials zu liefern. Wenn das Fußaufsetzen
die mediale Seite des vorderen Fersenbereichs erreicht, wird die
volle Dicke des Schaums F5 erreicht, um die maximale, stützende Wirkung
des Schaummaterials zu liefern. Wie es durch einen Vergleich von 2A mit 2B zu
sehen ist, kann die stützende
Wirkung des Schaummaterials in dem medialen vorderen Fersenbereich
durch ein winkliges Ausrichten der vorderen Blase 14 zur
lateralen Seite maximiert werden, wie es in 2B gezeigt
ist. Ein derartiges winkliges Ausrichten platziert mehr Schaummaterial
verglichen mit der Blase 14 in 2A in
dem medialen vorderen Fersenbereich. Diese Ausrichtung wird für einen Schuh
bevorzugt, der konzipiert ist, um eine Überpronation während des
Laufens einzuschränken.
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Ein
glatter Übergang
von der Wirkung der Blase zu der Wirkung des Schaummaterials erfolgt auch,
wenn das Fußaufsetzen
von dem hinteren Fersenbereich zum Vorderfußbereich nach vorne fortschreitet.
Dieser Übergang
wird auf eine ähnliche Weise
wie der Übergang
von der medialen zu der lateralen Richtung durch ein glattes Neigen
der vorderen Seitenwand der Blase 14 in dem vorderen Blasenbereich
BF und durch ein Verringern der Gesamtbreite der Blase 14,
wenn sie von ihrem größeren, abgerundeten
Ende 27 zu ihrem zugespitzteren schmalen Ende 29 verläuft, erreicht.
Auf diese Weise nimmt die Dicke der Blase 14 allmählich ab,
und die Dicke des Schaummaterials F6 nimmt allmählich zu, bis die volle Dicke
des Schaummaterials vor der Blase 14 erreicht ist.
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Ein
alternatives Verfahren zum Herstellen des Abfederungsbauelements
besteht darin, das elastische Material, wie z. B. ein Schaumelastomer, mit
einem Hohlraum in der Form der sich verjüngend geformten Blase zu formen
und den Hohlraum dicht zu verschließen, um eine dicht geschlossene
Kammer zu bilden. Jede beliebige herkömmliche Formtechnik kann verwendet
werden, wie z. B. Spritzgießen,
Gießformen
oder Pressformen. Jedes beliebige thermoplastische Elastomer kann
verwendet werden, wie z. B. Ethylenvinylacetat (EVA) oder Polyurethan (PU).
Dieses alternative Verfahren sowie eine alternative Konfiguration
für die
dicht geschlossene Kammer in dem Schaummaterial sind in den 16A, 16B und 16C veranschaulicht. Wenn ein Schaumelastomer
mit einem Einsatz geformt wird, um den Hohlraum zu liefern, fließt der Schaum,
der den Einsatz umgibt, und bildet während des Formprozesses eine
Haut. Beim Abschluss des Formprozesses wird der Einsatz entfernt,
und die Öffnung,
die die Entfernung des Einsatzes ermöglichte, wird dicht verschlossen,
z. B. durch das Anbringen der Außensohle, einer Einlage oder
eines anderen Stücks
aus elastischem Material, wie z. B. einer Schicht aus thermoplastischem
Urethan 19, wie es in den 16A-C veranschaulicht
ist. Die Haut, die aus dem Formprozess gebildet ist, wirkt als Luftblasenmaterial
und schließt
die Luft in dem Hohlraum ein, ohne dass eine gesonderte Luftblase
nötig ist.
Falls ein geschlossenzelliges Schaummaterial verwendet wird, wäre eine Hautbildung
nicht erforderlich. Die dicht geschlossene Kammer liefert eine Abfederungswirkung,
die damit vergleichbar ist, dass eine mit Umgebungsluft gefüllte Luftblase
von dem Schaum umschlossen ist. Dieses Herstellungsverfahren ist
wirtschaftlich, da keine Luftblasenmaterialien erforderlich sind.
Auch entfällt
der Schritt des Bildens der gesonderten Luftblase.
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Wie
es in den 16A bis 16C zu
sehen ist, ist eine alternative dicht geschlossene Kammer 14' konfiguriert
zur Verwendung in dem Fersenbereich einer Sohle 10'. Wie bei der
Blase 14 weist die dicht geschlossene Kammer 14' eine mit Konturen
versehene, sich verjüngende
Form auf und ist in dem Fersenbereich ausgerichtet, um zu der Druckkarte
des Fußes
zu passen, wobei das Luft-zu-Schaumtiefe-Verhältnis umso höher ist,
je höher
der Druck ist. Die dicht geschlossene Kammer 14' weist zwei
im Wesentlichen ebene Hauptflächen auf,
die einander gegenüberliegen
und sich in einer im Allgemeinen parallelen Beziehung befinden:
eine erste Hauptfläche 18' und eine zweite
Hauptfläche 20'. Diese Flächen weisen
jeweils einen Umfangsrand 22' bzw. 24' auf, die die
Form der Blase definieren, so dass die Blase 14 ein erstes
abgerun detes Ende 27' aufweist
und sich leicht zu einem flachen Ende 29' verjüngt. Eine mit Konturen versehene
Seitenwand 26' verbindet
die Hauptflächen
zwischen ihren jeweiligen Umfängen 22' und 24'.
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Die
dicht geschlossene Kammer 14' erreicht einen
glatten Steifigkeitsübergang
von der lateralen zu der medialen Richtung und von der hinteren
zu der vorderen Richtung auf eine Weise, die der Blase 14 ähnlich ist.
Beim Vergleichen der 9B und 16C zeigt
sich, dass eine Neigungskontur von der unteren Fläche 24' und entlang
der Seitenwände 26' auf sowohl
der medialen als auch der lateralen Seite der dicht geschlossenen
Kammer 14' ähnlich ist
wie bei der Blase 14. Somit wird beim Fortschreiten vom
Fersenaufsetzen in dem lateralen hinteren Bereich und einem Bewegen
zu dem medialen hinteren Bereich der glatte Steifigkeitsübergang
erreicht, der im Vorhergehenden beschrieben ist. Da die Umfangsränder 22' und 24' sich nach innen
nicht so sehr verjüngen
wie die Umfangsränder
der Blase 14, wird ein glatter Steifigkeitsübergang,
der vom hinteren Ende der dicht geschlossenen Kammer 14' nach vorne
verläuft,
durch ein Variieren der Neigung von der unteren Fläche 20' nach vorne
entlang der Seitenwand 26' auf
eine andere Weise als bei der Blase 14 erreicht. Wie es
in 16B zu sehen ist, verjüngt sich das untere Ende der
dicht geschlossenen Kammer 14' nach oben rascher in der Vorwärtsrichtung, von
der unteren Fläche 20' durch die Seitenwand 26', als die Verjüngung nach
oben des unteren Endes bei der Blase 14, wie es in 8B zu
sehen ist. Die raschere Verjüngung
nach oben kompensiert das Fehlen einer Verschmälerung der dicht geschlossenen Kammer 14', um die Menge
an Schaummaterial zu erhöhen,
das unter der Blase liegt, wenn sich das Fußaufsetzen in einer angemessenen
allmählichen Geschwindigkeit
in der Vorwärtsrichtung
bewegt.
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Steifigkeit
kann durch ein Einstellen der Ausrichtung der Luftblasen gesteuert
werden. Z. B. führt ein
Platzieren der Luftblasen direkt unter dem Fersenbein in der Oberbelastungsausrichtung
zu geringerer Anfangssteifigkeit während des Fußaufsetzens und
mehr späterer
Steifigkeit, als wenn die Blase unter dem Fersenbein in der Unterbelastungsausrichtung
mit Schaum zwischen dem Fersenbein und der Blase platziert ist.
Das Gesamtsteifigkeitsansprechverhalten wird hauptsächlich durch
Materialdichte oder -härte
gesteuert. Für
die Oberbelastungskonfiguration steigert eine zunehmende Schaumdichte oder
-härte
die spätere
Steifigkeit. Bei dem Unterbelastungszustand steigert eine zunehmende
Schaumdichte oder -härte
die mittlere und spätere
Steifigkeit. Das Steifigkeitsgefälle
wird auch durch Volumen bestimmt, wobei große Luftblasen eine geringere
Steifigkeit und deshalb mehr Verdrängung bei Belastung aufweisen.
Das liegt am größeren Luftvolumen
in einer einzigen Kammer, das eine allmähliche Druckzunahme ermöglicht,
wenn das Blasenvolumen während
des Zusammendrückens
abnimmt. Die Gesamtsteifigkeit kann auch durch ein Variieren der
Größe der größeren ersten
Hauptfläche 18, 18' eingestellt werden.
Wie es später
erörtert
wird, wird, wenn ein Druck auf die Blase oder die dicht geschlossene Kammer
ausgeübt
wird, die freiliegende Hauptfläche 18, 18' einer Spannung
unterworfen. Falls die Fläche der
Hauptfläche 18, 18' vergrößert wird,
nimmt die Spannungsmenge, der die Fläche unterworfen wird, ab, so
dass die Steifigkeit auch abnimmt.
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Ein
bevorzugtes Schaummaterial zur Verwendung ist ein herkömmlicher
PU-Schaum mit einer spezifischen Schwere oder Dichte im Bereich
von 0,32 bis 0,40 g/cm3, bevorzugt 0,36 g/cm3. Ein weiteres bevorzugtes
Schaummaterial ist herkömmliches
EVA mit einer Härte
im Bereich von 52 bis 60 Asker C, bevorzugt 55 Asker C. Alternativ
dazu könnte
ein Festelastomer, wie z. B. Urethan oder dergleichen, verwendet
werden, falls das Festelastomer nachgiebig ist oder geformt ist,
um nachgiebig zu sein. Eine weitere Materialeigenschaft, die für die Sohlenkonstruktion
relevant ist, ist die Zugspannung bei einer gegebenen Dehnung des
elastomeren Materials (Modul). Ein bevorzugter Zugspannungsbereich
bei 50%-iger Dehnung liegt zwischen 1724 kPa (250 psi) und 9308
kPa (1350 psi).
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Wenn
die Blase 14 oder die dicht geschlossene Kammer 14' in den Fersenbereich
einer Zwischensohle eingebaut ist, wird eine angemessene Menge an
Stoßdämpfung geliefert,
wenn das offene Innenvolumen der Kammer zwischen etwa 10 Kubikzentimetern
und 65 Kubikzentimetern liegt. Bei derartigen Blasen könnten die
im Wesentlichen flachen Hauptflächen 18, 18' in dem Bereich
von etwa 1200 mm2 bis 4165 mm2 liegen. Wenn z. B. eine Blase mit einem
Volumen von 36 Kubikzentimetern verwendet wird, reicht der Druck
von Umgebungsdruck 0 kPa (0 psi) bis 241 kPa (35 psi),
wenn die Blase 14 auf 95% ihres ursprünglichen Volumens zusammengedrückt ist.
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Ein
weiterer Vorteil der Sohlenstruktur der vorliegenden Erfindung ist
die Weise, auf die die Blase 14 ein glattes, progressives
Versteifen durch die Kombination von Filmspannung und Druckanstieg
erreicht. Eine verbesserte Stoßdämpfung wird
auch durch ein Minimieren der Struktur unter den Bereichen des größten Drucks
erreicht, um eine größere maximale
Auslenkung zu ermöglichen,
während
sich der Sack progressiv versteift. Die 17A bis 17D veranschaulichen Filmspannung und Druckanstieg
bei der Kammer ohne innere Verbindungen.
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17A veranschaulicht in Diagrammform die Blase
oder die dicht geschlossene Kammer 14 in einem elastomeren
Material 13. Die Blase 14 weist eine flache Primärfläche 18 und
eine sekundäre Hauptfläche 20 mit
ihren sich verjüngenden
Seiten auf. In 17A wird kein Druck auf die
Blase ausgeübt,
und die Spannung T0 entlang der Primärfläche 18 beträgt Null.
Der Druck innerhalb der Blase ist ebenso Umgebungsdruck und wird
zur Vereinfachung des Bezugs als PO gleich Null bezeichnet.
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17B veranschaulicht in Diagrammform eine kleine
Kraftmenge, die auf die Blase 16 ausgeübt wird. Z. B. eine Person,
die in Ruheposition steht, und eine äußere Kraft F1, die die äußere Kraft
darstellt, die durch ein Fersenbein der Ferse auf die Blase 14 ausgeübt wird.
Wie es in dieser 17B zu sehen ist, bewirkt die
Kraft F1, dass sich die Primärfläche 18 in
gewissem Grad nach unten biegt, was das Volumen innerhalb der Blase 14 verringert
und dadurch den Druck auf einen Druck P1 erhöht. Das Beugen der Primärfläche 18 bewirkt
auch, dass sich die Spannung in der Primärfläche 18 auf T1 erhöht. Obwohl
es in diesen Diagrammen nicht dargestellt ist, drückt sich
das Material 13 auch zusammen, wenn die Kräfte F-F3
angelegt werden. Die Kombination aus zunehmendem Druck in der Blase 16 und Zusammendrücken des
Schaummaterials 13 durch die Abwärtskraft trägt dazu bei, die Schaummaterialwände zu stabilisieren.
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17C veranschaulicht in Diagrammform eine zunehmende
Fersenbeinkraft F2, die auf die Blase 16 ausgeübt wird,
z. B. während
des Gehens. Wie es darin zu sehen ist, wurde das Volumen der Blase 16 weiter
verringert, wodurch der Druck in der Blase auf P2 und die Spannung
entlang der Primärfläche 18 auf
T2 erhöht
wird.
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17D veranschaulicht eine maximale Fersenbeinkraft
F3, die auf die Blase 16 ausgeübt wird, z. B. während des
Laufens. Wie es darin zu sehen ist, wurde das Volumen der Blase 16 erheblich verringert,
wodurch der Druck in der Blase auf P3 und die Spannung entlang der
Primärfläche 18 auf
T3 erheblich erhöht
wird. Da der Innenbereich der Blase keine innere Verbindung hat,
die mit Schaum gefüllt ist,
kann sich die Blase in erheblichem Maß zusammendrücken, wie
es in 17D zu sehen ist, wodurch die
Fähigkeit
der Blase verbessert wird, Stöße zu dämpfen. Während dieser
Auslenkung steigt der Druck linear, wie z. B. von PO (Umgebungsdruck)
auf P3 (mehr als 207 kPa (30 psi)). Die Druckzunahme in der Blase
zusammen mit der zunehmenden Steifigkeit des Schaummaterials entlang
der Seiten der Blase tragen dazu bei, das Fußbett zu stabilisieren. Das gewünschte Ziel
einer maximalen Auslenkung zur Stoßdämpfung in Kombination mit medial-lateraler Stabilität wird somit
mit der Kombination der geeignet geformten Blase bei Umgebungsdruck
innerhalb eines elastomeren Materials erreicht.
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Sowohl
die Luftblasen 14 und 16 als auch die dicht geschlossene
Kammer 14' enthalten
Umgebungsluft und sind konfiguriert, um bei Umgebungsdruck oder
leicht erhöhtem
Druck innerhalb von 34,5 kPa (5 psi) (relativ) bezüglich Umgebungsdruck
verschlossen zu werden. Die Beaufschlagung mit geringem oder keinem
Druck liefert eine ausreichende Abfederung für gleichmäßige wiederholte, zyklische
Belastungen. Da keine Beaufschlagung mit hohem Druck erforderlich
ist, sind die Luftblasen 14 und 16 nicht materialabhängig, und
dementsprechend besteht keine Notwendigkeit für die Verwendung von spezialisierten
Gasen, wie z. B. Stickstoff oder Schwefelhexafluorid, oder von spezialisierten
Trennwandmaterialien, um die Blasen zu bilden. Ein Umgehen dieser
spezialisierten Materialien führt
zu erheblichen Kosteneinsparungen sowie zu Wirtschaftlichkeit der
Herstellung.
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Es
hat sich herausgestellt, dass durch ein Variieren der Ausrichtung
und Platzierung der birnenförmigen
oder sich verjüngend
geformten Luftblasen, die bei Umgebungsdruck oder innerhalb von
34,5 kPa (5 psi) bezüglich
Umgebungsdruck dicht geschlossen sind, eine Vielzahl von kundenspezifischen
Abfederungsansprechverhalten erreichbar ist.
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Die
bevorzugten Verfahren zum Herstellen der Blasen sind Blasformen
und Vakuumformen. Blasformen ist eine bekannte Technik, die gut
dafür geeignet
ist, große
Mengen gleichwertiger Artikel wirtschaftlich zu erzeugen. Die Röhre aus
elastomerem Material wird in eine Form gesetzt, und Luft wird durch
die Säule
geliefert, um das Material gegen die Form zu drücken. Blasformen erzeugt saubere, ästhetisch
ansprechende Artikel mit kleinen, unauffälligen Nähten. Viele andere Blasen herstellungsverfahren
des Stands der Technik erfordern viele Herstellungsschritte, Bauelemente
und Materialien, was es schwierig und teuer macht, sie herzustellen.
Einige Verfahren des Stands der Technik bilden auffällig große Nähte um ihren
Umfang, die ästhetisch
unattraktiv sein können.
Vakuumformen ist dahingehend analog zu Blasformen, dass ein Material,
bevorzugt in Schichtform, in die Form platziert wird, um die Form der
Form anzunehmen, es wird jedoch zusätzlich zum Einführen von
Luft in die Form Luft abgeführt, um
das Trennwandmaterial zu den Seiten der Form zu ziehen. Vakuumformen
kann mit flachen Schichten einer Trennwandmaterials erfolgen, was
kostengünstiger
sein kann als das Erhalten von Stäben, Röhren oder Säulen eines Materials, die normalerweise
beim Blasformen eines Elastomers verwendet werden. Ein herkömmliches
thermoplastisches Urethan kann verwendet werden, um die Blase zu
bilden. Andere geeignete Materialien sind thermoplastische Elastomere,
Polyesterpolyurethan, Polyetherpolyurethan und dergleichen. Andere
geeignete Materialien sind in den Patenten '156 und '945 angegeben.
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Die
Abfederungsbauelemente der vorliegenden Erfindung sind in 15 gezeigt,
wie sie in einem Schuh S angeordnet würden. Das Abfederungssystem 10 ist
im Allgemeinen zwischen einer Einlage 38, die an einem
Schuhobermaterial 40 angebracht ist, und einer Außensohle 42 platziert,
bei der es sich um den Teil des Schuhs handelt, der den Boden in Eingriff
nimmt.
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Aus
der vorangegangenen detaillierten Beschreibung geht deutlich hervor,
dass es eine Anzahl von Veränderungen,
Adaptationen und Modifikationen der vorliegenden Erfindung gibt,
die in das Fachgebiet von Fachleuten fallen.