Würzburg, Universiẗat, Diss., 2003.

Passform gehört neben Stabilität und Dämpfung zu den wichtigsten Eigenschaften eines Laufschuhs. Seit den 70er Jahren beschäftigen sich Industrie und Forschung mit der Optimierung von Laufschuhen. Dabei wurden vorrangig Stütz- und Dämpfungskonzepte entwickelt und die Pronation als vermeidliche Verletzungsursache analysiert, während der Passform wenig Aufmerksamkeit geschenkt wurde. Erst in den letzten Jahren zeichnet sich ein neuer Trend in der Schuhindustrie und Forschung ab. Durch den Einsatz von Mehrweitensystemen, bei denen in einer Größe unterschiedliche Weiten des Schuhs angeboten werden, wird versucht, die zunehmende Bedeutung von Passform zu berücksichtigen (Walther & Mayer 2008). Trotz dieses neuerlichen Fortschritts bzgl. der Passform als wesentlicher Parameter im Laufschuhbereich gibt es keine (einheitliche) Definition von Passform. Nicht bekannt ist, wie Passform quantifiziert werden kann, und daher ist die Umsetzung unklar, wie z. B. einzelne Passformtypen abgestuft werden müssen. In der Literatur lassen sich kaum Studien finden, in denen sich mit der Thematik Passform beschäftigt wurde. Aktuell weiß man nicht, ob Probanden Modifikationen in der Passform von Schuhen überhaupt wahrnehmen können. Gegenstand der vorliegenden Arbeit war es mithilfe eines komplexen Studiendesigns aus mechanischen, biomechanischen, anthropometrischen und subjektiv-sensorischen Messverfahren mögliche subjektive und objektive Kriterien herauszuarbeiten, um eine konkrete Definition von Passform aufzustellen und erste Ansätze zur Objektivierung von Passform zu liefern. Dabei sollte analysiert werden, ob Passform in bestimmten Bereichen des Schuhs von Probanden wahrgenommen und unterschieden werden kann. In diesem Zusammenhang interessierte, welche Art von Passform bei Laufschuhen präferiert wird und ob die Fußform des Läufers sowie die Sensibilität am Fuß im Zusammenhang mit der Bewertung von Passform stehen. Zudem sollte der Zusammenhang zwischen biomechanischen Laufparametern und der subjektiven Wahrnehmung von Passform untersucht werden. Zunächst wurde in einer Studie analysiert, ob es zu einer Veränderung von Fußdimensionen über den Tag kommt, da dazu uneinheitliche Ergebnisse in der Literatur vorliegen. Hintergrund war das Fußdimensionen veränderbar sind und diese Veränderungen mögliche Auswirkungen auf die Passform von Schuhen haben könnten und somit bei der Betrachtung von Passform berücksichtigt werden müssten. Dabei wurden von 66 Probanden morgens und abends beide Füße mit einem 3D-Fußscanner vermessen. Die Ergebnisse zeigen keine relevanten Veränderungen im Fußvolumen oder anderen Fußdimensionen. Vergleiche in der Literatur weisen z. T. gegenteilige Ergebnisse auf. Dieser Widerspruch kann nicht abschließend gelöst werden. Bezüglich der Sensibilität am Fuß lassen sich nur wenige Informationen in der Literatur finden. Infolgedessen wurde in der Dissertation eine zweite Studie durchgeführt, in der die 2-Punktschwellen an verschiedenen Bereichen des Fußes ermittelt wurden, um mögliche Unterschiede in der räumlichen Wahrnehmung herauszuarbeiten. Mithilfe von Konfidenzintervallen war es möglich, relevante Unterschiede zwischen den verschiedenen anatomischen Bereichen des Fußes aufzuzeigen. Die Ergebnisse belegen, dass die niedrigsten 2-Punktschwellen, d. h. die sensibelsten Stellen, im Bereich der Zehen liegen, und die höchsten 2-Punktschwellen, d. h. die unsensibelsten Stellen, im dorsalen Bereich des Fußes zu finden sind. Folglich wurde die 2-Punktschwellen-bestimmung bei der Studie zur Passformbewertung eingesetzt, um den Zusammenhang zwischen räumlicher Wahrnehmung und subjektiver Bewertung von Passform zu analysieren. Die Ergebnisse müssen allerdings mit Einschränkung betrachtet werden, da die Gütekriterien sehr gering sind. Den Schwerpunkt der Dissertation bildeten zwei Studien zur Passformbewertung, eine mit kommerziellen Laufschuhen und eine mit selbstkonstruierten Laufschuhen, die nach fest definierten Maßen konstruiert wurden. 30 bzw. 33 männliche Probanden – überwiegend erfahrene Läufer – wurden gebeten mit unterschiedlichen Passformtypen zu laufen und diese hinsichtlich ihrer Passform zu bewerten. Neben der Erfassung der subjektiven Wahrnehmung und Komfortbewertung führten die Probanden mit allen Schuhbe-dingungen eine biomechanische Laufanalyse durch. Des Weiteren wurden die Schuhe mechanisch getestet und die Füße der Probanden mit Hilfe eines 3D-Fußscanners vermessen. In der Studie mit selbstkonstruierten Laufschuhen wurde zudem ein sensorischer Test durchgeführt und die 2-Punktschwellen des Fußes bei den Probanden ermittelt. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse der Studien, dass Probanden eine enge Passform gegenüber einer weiten Passform präferieren. Zudem können Probanden Passformunterschiede in den Schuhbereichen Fersenbreite, Ballenbreite, Zehenhöhe und Schuhlänge richtig wahrnehmen, wenn die Schuhe in mehreren Bereichen diese Veränderung der Passform aufweisen. Sind die Schuhe nur in einem Bereich verändert, nehmen die Probanden nur in dem Schuhbereich Zehenhöhe Veränderungen wahr. Folglich ist ein Zusammenhang zwischen Fußsensorik und der Wahrnehmung von Passform in der Zehenhöhe erkennbar, da die Passform im Zehenbereich, der die geringsten 2-Punktschwellen aufweist und somit am sensibelsten ist, wahrgenommen und Veränderungen bemerkt werden können. Ebenfalls ist zwischen der subjektiven Bewertung der Passform und vor allem dem biomechanischen Laufparameter „tibiale Spitzenbeschleunigung“ ein Zusammenhang erkennbar. Hierbei scheint eine negative Komfortbewertung und Instabilität des Schuhs zu einer Adaptation des Laufstils z. B. ein flacheres Aufsetzen des Fußes zu führen, was in einer Reduzierung des biomechanischen Parameters „tibiale Spitzenbeschleunigung“ resultiert. Diese Schlussfolgerung muss in zukünftigen Studien durch kinematische Analysen bestätigt werden. Abschließend kann festgehalten werden, dass die vorliegende Arbeit erste Ansätze zur Objektivierbarkeit von funktionaler Passform liefern konnte. Bis dahin nicht beachtete Aspekte wie der Zusammenhang zwischen subjektiver Wahrnehmung von Passform und Fußsensorik sowie biomechanischen Laufparametern wurden untersucht. Weitere Ansätze zur Objektivierbarkeit von Passform konnten aufgezeigt werden, die in zukünftigen Studien aufgegriffen und vor allem in Bezug auf die Wahrnehmung von Passform noch näher untersucht werden sollten, um den Weg zu einem funktionalen und komfortablen Schuhwerk zu ebnen.

Passform gehört neben Stabilität und Dämpfung zu den wichtigsten Eigenschaften eines Laufschuhs. Seit den 70er Jahren beschäftigen sich Industrie und Forschung mit der Optimierung von Laufschuhen. Dabei wurden vorrangig Stütz- und Dämpfungskonzepte entwickelt und die Pronation als vermeidliche Verletzungsursache analysiert, während der Passform wenig Aufmerksamkeit geschenkt wurde. Erst in den letzten Jahren zeichnet sich ein neuer Trend in der Schuhindustrie und Forschung ab. Durch den Einsatz von Mehrweitensystemen, bei denen in einer Größe unterschiedliche Weiten des Schuhs angeboten werden, wird versucht, die zunehmende Bedeutung von Passform zu berücksichtigen (Walther & Mayer 2008). Trotz dieses neuerlichen Fortschritts bzgl. der Passform als wesentlicher Parameter im Laufschuhbereich gibt es keine (einheitliche) Definition von Passform. Nicht bekannt ist, wie Passform quantifiziert werden kann, und daher ist die Umsetzung unklar, wie z. B. einzelne Passformtypen abgestuft werden müssen. In der Literatur lassen sich kaum Studien finden, in denen sich mit der Thematik Passform beschäftigt wurde. Aktuell weiß man nicht, ob Probanden Modifikationen in der Passform von Schuhen überhaupt wahrnehmen können. Gegenstand der vorliegenden Arbeit war es mithilfe eines komplexen Studiendesigns aus mechanischen, biomechanischen, anthropometrischen und subjektiv-sensorischen Messverfahren mögliche subjektive und objektive Kriterien herauszuarbeiten, um eine konkrete Definition von Passform aufzustellen und erste Ansätze zur Objektivierung von Passform zu liefern. Dabei sollte analysiert werden, ob Passform in bestimmten Bereichen des Schuhs von Probanden wahrgenommen und unterschieden werden kann. In diesem Zusammenhang interessierte, welche Art von Passform bei Laufschuhen präferiert wird und ob die Fußform des Läufers sowie die Sensibilität am Fuß im Zusammenhang mit der Bewertung von Passform stehen. Zudem sollte der Zusammenhang zwischen biomechanischen Laufparametern und der subjektiven Wahrnehmung von Passform untersucht werden. Zunächst wurde in einer Studie analysiert, ob es zu einer Veränderung von Fußdimensionen über den Tag kommt, da dazu uneinheitliche Ergebnisse in der Literatur vorliegen. Hintergrund war das Fußdimensionen veränderbar sind und diese Veränderungen mögliche Auswirkungen auf die Passform von Schuhen haben könnten und somit bei der Betrachtung von Passform berücksichtigt werden müssten. Dabei wurden von 66 Probanden morgens und abends beide Füße mit einem 3D-Fußscanner vermessen. Die Ergebnisse zeigen keine relevanten Veränderungen im Fußvolumen oder anderen Fußdimensionen. Vergleiche in der Literatur weisen z. T. gegenteilige Ergebnisse auf. Dieser Widerspruch kann nicht abschließend gelöst werden. Bezüglich der Sensibilität am Fuß lassen sich nur wenige Informationen in der Literatur finden. Infolgedessen wurde in der Dissertation eine zweite Studie durchgeführt, in der die 2-Punktschwellen an verschiedenen Bereichen des Fußes ermittelt wurden, um mögliche Unterschiede in der räumlichen Wahrnehmung herauszuarbeiten. Mithilfe von Konfidenzintervallen war es möglich, relevante Unterschiede zwischen den verschiedenen anatomischen Bereichen des Fußes aufzuzeigen. Die Ergebnisse belegen, dass die niedrigsten 2-Punktschwellen, d. h. die sensibelsten Stellen, im Bereich der Zehen liegen, und die höchsten 2-Punktschwellen, d. h. die unsensibelsten Stellen, im dorsalen Bereich des Fußes zu finden sind. Folglich wurde die 2-Punktschwellen-bestimmung bei der Studie zur Passformbewertung eingesetzt, um den Zusammenhang zwischen räumlicher Wahrnehmung und subjektiver Bewertung von Passform zu analysieren. Die Ergebnisse müssen allerdings mit Einschränkung betrachtet werden, da die Gütekriterien sehr gering sind. Den Schwerpunkt der Dissertation bildeten zwei Studien zur Passformbewertung, eine mit kommerziellen Laufschuhen und eine mit selbstkonstruierten Laufschuhen, die nach fest definierten Maßen konstruiert wurden. 30 bzw. 33 männliche Probanden – überwiegend erfahrene Läufer – wurden gebeten mit unterschiedlichen Passformtypen zu laufen und diese hinsichtlich ihrer Passform zu bewerten. Neben der Erfassung der subjektiven Wahrnehmung und Komfortbewertung führten die Probanden mit allen Schuhbe-dingungen eine biomechanische Laufanalyse durch. Des Weiteren wurden die Schuhe mechanisch getestet und die Füße der Probanden mit Hilfe eines 3D-Fußscanners vermessen. In der Studie mit selbstkonstruierten Laufschuhen wurde zudem ein sensorischer Test durchgeführt und die 2-Punktschwellen des Fußes bei den Probanden ermittelt. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse der Studien, dass Probanden eine enge Passform gegenüber einer weiten Passform präferieren. Zudem können Probanden Passformunterschiede in den Schuhbereichen Fersenbreite, Ballenbreite, Zehenhöhe und Schuhlänge richtig wahrnehmen, wenn die Schuhe in mehreren Bereichen diese Veränderung der Passform aufweisen. Sind die Schuhe nur in einem Bereich verändert, nehmen die Probanden nur in dem Schuhbereich Zehenhöhe Veränderungen wahr. Folglich ist ein Zusammenhang zwischen Fußsensorik und der Wahrnehmung von Passform in der Zehenhöhe erkennbar, da die Passform im Zehenbereich, der die geringsten 2-Punktschwellen aufweist und somit am sensibelsten ist, wahrgenommen und Veränderungen bemerkt werden können. Ebenfalls ist zwischen der subjektiven Bewertung der Passform und vor allem dem biomechanischen Laufparameter „tibiale Spitzenbeschleunigung“ ein Zusammenhang erkennbar. Hierbei scheint eine negative Komfortbewertung und Instabilität des Schuhs zu einer Adaptation des Laufstils z. B. ein flacheres Aufsetzen des Fußes zu führen, was in einer Reduzierung des biomechanischen Parameters „tibiale Spitzenbeschleunigung“ resultiert. Diese Schlussfolgerung muss in zukünftigen Studien durch kinematische Analysen bestätigt werden. Abschließend kann festgehalten werden, dass die vorliegende Arbeit erste Ansätze zur Objektivierbarkeit von funktionaler Passform liefern konnte. Bis dahin nicht beachtete Aspekte wie der Zusammenhang zwischen subjektiver Wahrnehmung von Passform und Fußsensorik sowie biomechanischen Laufparametern wurden untersucht. Weitere Ansätze zur Objektivierbarkeit von Passform konnten aufgezeigt werden, die in zukünftigen Studien aufgegriffen und vor allem in Bezug auf die Wahrnehmung von Passform noch näher untersucht werden sollten, um den Weg zu einem funktionalen und komfortablen Schuhwerk zu ebnen.:1 EINLEITUNG 1 2 THEORETISCHER HINTERGRUND UND LITERATURBESPRECHUNG 6 2.1 FUßANATOMIE 6 2.2 STANDARDS DER LAUFSCHUHTESTUNG 10 2.2.1 Biomechanische Laufanalyse 10 2.2.2 Mechanische Prüfung von Laufschuhen 12 2.3 OBJEKTIVE UND SUBJEKTIVE KRITERIEN ZUR BESTIMMUNG VON PASSFORM 15 2.3.1 Studien zur Fußanatomie 16 2.3.2 Komfortstudien 21 2.3.3 Studien zur Passformbewertung und Passformpräferenz 25 2.3.4 Studien zum Zusammenhang von Fußsensibilität und Komfortbewertung 26 2.3.5 Defizite bisheriger Studien und Schlussfolgerungen 27 3 ZIELSTELLUNG DER ARBEIT UND FRAGESTELLUNGEN 29 4 ANSATZ ZUR OBJEKTIVIERBARKEIT VON FUNKTIONALER PASSFORM 32 4.1 FUßANTHROPOMETRISCHE MESSVERFAHREN 32 4.1.1 Methodik 34 4.1.2 Ergebnisse und Diskussion 37 4.1.3 Methodenkritik 40 4.2 SUBJEKTIV-SENSORISCHE MESSVERFAHREN 41 4.2.1 Sensorik – 2-Punktschwellen 43 4.2.2 Methodik zur Bestimmung der Gütekriterien von 2-Punktschwellen 46 4.2.3 Ergebnisse und Diskussion der Reliabilitätsstudie 49 4.2.4 Methodik der 2-Punktschwellen-Studie 53 4.2.5 Ergebnisse und Diskussion der 2-Punktschwellen-Studie 55 4.2.6 Methodenkritik zur Bestimmung von 2-Punktschwellen 58 4.2.7 Erfassung der subjektiven Bewertung 58 4.3 ZUSAMMENFASSUNG BISHERIGER ERKENNTNISSE 61 4.4 ANWENDUNGSBEREICH: LAUFSCHUHE 62 4.4.1 Schuhaufbau 62 4.4.2 Innenschuhmessung 67 4.5 STUDIE ZUR PASSFORMBEWERTUNG MIT KOMMERZIELLEN LAUFSCHUHEN 70 4.5.1 Methodik 70 4.5.2 Ergebnisse und Diskussion 74 4.5.3 Zusammenfassung 95 4.5.4 Methodenkritik und Schlussfolgerungen 96 4.6 STUDIE ZUR PASSFORMBEWERTUNG MIT SELBSTKONSTRUIERTEN LAUFSCHUHEN 97 4.6.1 Methodik 97 4.6.2 Ergebnisse und Diskussion 101 4.6.3 Zusammenfassung 126 4.6.4 Methodenkritik und Schlussfolgerungen 127 5 DISKUSSION IM ZUSAMMENHANG UND NEUE DEFINITION VON FUNKTIONALER PASSFORM 128 6 ZUSAMMENFASSUNG 139 7 LITERATURVERZEICHNIS 142 ABBILDUNGSVERZEICHNIS I TABELLENVERZEICHNIS IV ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS V ANHANG VII ERKLÄRUNG XV WISSENSCHAFTLICHER LEBENSLAUF XVI

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein physikalisches Modell für weichelastische EVA-Schaumstoffe entwickelt, das das mechanische Verformungsverhalten (Spannungs-Verformungs-Kurve) bei der Interaktion zwischen Sportler und Sportgerät am Beispiel eines Laufschuhs anwendungsgerecht – d.h. bei hoher Verformung und Belastungsgeschwindigkeit – kennzeichnet. Im Stand der Technik werden als Einflussfaktoren auf das mechanische Verformungsverhalten von Weichschäumen die Parameter Schaumdichte, Zellgröße bzw. Zelldurchmesser, Schaumhärte und Verformungsgeschwindigkeit ermittelt. Diese werden für die vorliegenden vier Versuchsmaterialien analysiert, wobei die letzten zwei Parameter im Modell Berücksichtigung finden. Das Modell setzt sich aus einem Matrix- und einem Gasphasenanteil zusammen. Der Matrixphasenanteil wird experimentell bei der jeweiligen Verformungsgeschwindigkeit bestimmt, wohingegen der Gasphasenanteil der in den Zellen komprimierten Luft auf einem physikalischen Zusammenhang beruht und anhand der gemessenen Schaumhärte und des Atmosphärendrucks bei der jeweiligen Verformung berechnet wird. Die Voraussetzungen für die Verwendung des Modells, zu denen inkompressible Matrixphase, Geschlossenzelligkeit und keine Querausdehnung des Schaums zählen, werden vorab umfangreich geprüft. Zusammenfassend lässt sich aussagen, dass das gewählte Modell eine gute Übereinstimmung mit den experimentell bestimmten Ergebnissen erzielt. Dies wird anhand der Mittelwertes der Differenz von experimentell ermittelten zu modellierten Daten bestimmt, für den ein Wert von 7 % berechnet wird. / The purpose of this doctoral thesis is developing a physical model for flexible foam materials (e.g. ethylene/vinyl acetate foam) characterizing the mechanical deformation behavior (stress-strain-curve) at the interaction between athlete and sports equipment (e.g. running footwear) during high deformation and high loading rate. Previous studies described various parameters influencing the mechanical deformation behavior of flexible foams: foam density, cell size / cell diameter, foam hardness and loading rate. These parameters are being analyzed for the four present foams whereof the last two parameters were considered in the model. The model consists of a matrix phase measured experimentally at required loading rate multiplied with a correction factor and a gas phase of the air compressed in the foam cells which is calculated by atmospheric pressure and foam hardness. The requirements (incompressible matrix phase, closed cells and zero Poisson ratio) for using the model are verified first of all. In conclusion, the developed model presents a good accordance with the experimental data calculated by a mean difference between experimental and modeled data of 7 %.

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein physikalisches Modell für weichelastische EVA-Schaumstoffe entwickelt, das das mechanische Verformungsverhalten (Spannungs-Verformungs-Kurve) bei der Interaktion zwischen Sportler und Sportgerät am Beispiel eines Laufschuhs anwendungsgerecht – d.h. bei hoher Verformung und Belastungsgeschwindigkeit – kennzeichnet. Im Stand der Technik werden als Einflussfaktoren auf das mechanische Verformungsverhalten von Weichschäumen die Parameter Schaumdichte, Zellgröße bzw. Zelldurchmesser, Schaumhärte und Verformungsgeschwindigkeit ermittelt. Diese werden für die vorliegenden vier Versuchsmaterialien analysiert, wobei die letzten zwei Parameter im Modell Berücksichtigung finden. Das Modell setzt sich aus einem Matrix- und einem Gasphasenanteil zusammen. Der Matrixphasenanteil wird experimentell bei der jeweiligen Verformungsgeschwindigkeit bestimmt, wohingegen der Gasphasenanteil der in den Zellen komprimierten Luft auf einem physikalischen Zusammenhang beruht und anhand der gemessenen Schaumhärte und des Atmosphärendrucks bei der jeweiligen Verformung berechnet wird. Die Voraussetzungen für die Verwendung des Modells, zu denen inkompressible Matrixphase, Geschlossenzelligkeit und keine Querausdehnung des Schaums zählen, werden vorab umfangreich geprüft. Zusammenfassend lässt sich aussagen, dass das gewählte Modell eine gute Übereinstimmung mit den experimentell bestimmten Ergebnissen erzielt. Dies wird anhand der Mittelwertes der Differenz von experimentell ermittelten zu modellierten Daten bestimmt, für den ein Wert von 7 % berechnet wird. / The purpose of this doctoral thesis is developing a physical model for flexible foam materials (e.g. ethylene/vinyl acetate foam) characterizing the mechanical deformation behavior (stress-strain-curve) at the interaction between athlete and sports equipment (e.g. running footwear) during high deformation and high loading rate. Previous studies described various parameters influencing the mechanical deformation behavior of flexible foams: foam density, cell size / cell diameter, foam hardness and loading rate. These parameters are being analyzed for the four present foams whereof the last two parameters were considered in the model. The model consists of a matrix phase measured experimentally at required loading rate multiplied with a correction factor and a gas phase of the air compressed in the foam cells which is calculated by atmospheric pressure and foam hardness. The requirements (incompressible matrix phase, closed cells and zero Poisson ratio) for using the model are verified first of all. In conclusion, the developed model presents a good accordance with the experimental data calculated by a mean difference between experimental and modeled data of 7 %.