DE102016223980A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteils, Kunststoffformteil und Schuh - Google Patents

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Abstract

Aspekte der vorliegenden Erfindung betreffen Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteils, insbesondere eines Dämpfungselements für Sportbekleidung, ein mit einem solchen Verfahren hergestelltes Kunststoffformteil, beispielsweise eine Sohle oder ein Teil einer Sohle für einen Schuh, sowie einen Schuh mit einer solchen Sohle.Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteils, insbesondere eines Dämpfungselements für Sportbekleidung, bereitgestellt, welches ein Beladen einer Form mit einem ersten Material, welches Partikel eines expandierten Materials aufweist, und während des Beladens der Form ein Vorheizen der Partikel durch Zuführen von Energie umfasst, wobei die Energie in Form mindestens eines elektromagnetischen Feldes zugeführt wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteils, insbesondere eines Dämpfungselements für Sportbekleidung, ein mit einem solchen Verfahren hergestelltes Kunststoffformteil, beispielsweise eine Sohle oder ein Teil einer Sohle für einen Schuh, sowie einen Schuh mit einer solchen Sohle.
  • II. Stand der Technik
  • Kunststoffformteile spielen heutzutage in vielen Bereichen der Technik und des Alltags eine wesentliche Rolle. Beispielhaft seien hier die Luft- und Raumfahrtsowie die Fahrzeugindustrie genannt. Dort können Kunststoffformteile zum Beispiel als Aufprallschutzelemente, z.B. Stoßfänger, dienen oder sie können zur Herstellung von Paneel-Elementen, Sitzschalen, Armlehnen usw. verwendet werden. Kunststoffformteile können auch in der Verpackungsindustrie Anwendung finden, beispielsweise um sensible und leicht zu beschädigende Waren für den Versand zu verpacken.
  • In all diesen exemplarisch angeführten Anwendungsbereichen ist es von Vorteil, wenn die Kunststoffformteile ein möglichst geringes Gewicht aufweisen und dennoch ausreichend stabil sind. Insbesondere bei Kunststoffformteilen, die dem Aufprallschutz oder der sicheren Verpackung von Waren dienen, sollten Kunststoffformteile zudem gute Dämpfungs- und Absorptionseigenschaften bezüglich Schlägen oder Stößen aufweisen. In diesem Zusammenhang sind aus dem Stand der Technik geschäumte Kunststoffmaterialien, wie beispielsweise expandiertes Polystyrol - z.B. erhältlich von der BASF unter den Handelsnamen Styropor® oder Styrodur® - bekannt.
  • Die Verwendung expandierter Kunststoffmaterialien hat auch in die Herstellung von Dämpfungselementen für Sportbekleidung Einzug gefunden, wie zum Beispiel die Herstellung von Schuhsohlen für Sportschuhe. Insbesondere die Verwendung von Partikeln aus expandiertem thermoplastischem Polyurethan (eT-PU), welche durch Zuführung von Wärme in Form von Wasserdampf verschmolzen oder durch die Verwendung eines Bindemittels miteinander verbunden werden, wie in der DE 10 2012 206 094 A1 und der DE 10 2011 108 744 B1 beschrieben, wurde hierfür in Betracht gezogen. Die Verwendung von Partikeln aus eTPU hat sich als vorteilhaft herausgestellt, um Schuhsohlen oder Sohlenteile mit einem geringen Gewicht, einer guten Temperaturstabilität und geringen Hystereseverlusten bezüglich der zur Deformation der Sohle während des Laufens aufgewendeten Energie bereitzustellen.
  • Zudem zeigt die DE 10 2013 002 519 A1 erweiterte Möglichkeiten zur Herstellung von Dämpfungselementen für Sportbekleidung aus solchen Partikeln auf, etwa durch Beladen einer Form mit den Partikeln mit Hilfe eines Flüssigkeits- oder Dampfstroms.
  • Den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist jedoch gemeinsam, dass die Verarbeitung des Ausgangsmaterials zu formstabilen und qualitativ hochwertigen Formteilen oft nur bis zu einer gewissen Dicke oder einer gewissen Packungsdichte möglich ist, was bedeutet, dass die möglichen Formen herstellbarer Formteile eingeschränkt sein können. Dies ist dadurch bedingt, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren das Einbringen von Bindermaterial oder Wärmeenergie in das Innere der Formteile voraussetzen. Dies ist bei einem flüssigen Bindermaterial oder bei durch Wasserdampf zugeführter Wärmeenergie bei dickeren Formteilen nur bedingt möglich und/oder kann zu Fehlstellen führen, da „Kanäle“ oder „Einfüllöffnungen“ in dem Formteil vorgesehen sind, um dem Binder oder dem Wasserdampf ein gleichmäßiges Durchringen des Ausgangsmaterials innerhalb der Form zu ermöglichen. Gerade bei der Verwendung von Wasserdampf als Energieträger stellt es sich zudem als nachteilhaft heraus, dass ein Großteil der in dem Wasserdampf gespeicherten Energie in der Form verlorengehen kann, anstatt den Partikeln/Partikeloberflächen zugeführt zu werden. Dies kann zum einen eine lange Vorheizphase vonnöten machen, bis die Form auf eine Sättigungstemperatur aufgeheizt ist, und zum anderen die Stabilisierung und Abkühlung des verschmolzenen Formteils verzögern, da die Form eine große Wärmeenergiemenge gespeichert haben kann, die das Abkühlen hinauszögert. Dies kann das Verfahren langwierig und sehr energieineffizient machen.
  • Es ist daher eine der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, verbesserte Verfahren zur Herstellung von Kunststoffformteilen, insbesondere von Dämpfungselementen für Sportbekleidung, bereitzustellen, die auch die Herstellung komplex geformter Kunststoffformteile mit ggf. größerer Dicke und größeren Packungsdichten erlauben, ohne dass dabei die Qualität der fertigen Formteile signifikant leidet. Ferner soll der Herstellungsaufwand möglichst gering und die Herstellungs- und Abkühldauer möglichst kurz gehalten werden, und das Verfahren soll ferner möglichst energieeffizient sein und ohne giftige oder umweltschädigende Stoffe auskommen.
  • III. Zusammenfassung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird mindestens teilweise gelöst durch Aspekte der vorliegenden Erfindung.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteils, insbesondere eines Dämpfungselements für Sportbekleidung, bereitgestellt, welches ein Beladen einer Form mit einem ersten Material, welches Partikel eines expandierten Materials aufweist, und, während des Beladens der Form, ein Vorheizen der Partikel durch Zuführen von Energie umfasst. Die Energie wird in Form mindestens eines elektromagnetischen Feldes zugeführt.
  • Partikel eines expandierten Materials werden in diesem Dokument bisweilen auch als „Schaumpartikel“ bezeichnet, und die hergestellten Kunststoffformteile werden folglich bisweilen als „Partikelschaumformteile“ bezeichnet. Andere Begriffe, mit denen solche Partikel eines expandierten Materials bezeichnet werden können, sind beispielsweise „Perlen“ oder „Pellets“.
  • Durch Vorheizen der Partikel bereits während des Beladens der Form kann die Energiemenge, die den Partikeln in der Form zugeführt werden muss, reduziert werden. Dies kann dazu beitragen, die Herstellungsdauer zu verkürzen und Energie zu sparen, beispielsweise durch Vermeiden übermäßiger Energieabsorption durch die Form, und außerdem die Abkühlung und Stabilisierung des geformten Formteils erleichtern. Diese Effekte können außerdem begünstigt werden durch die Tatsache, dass die Energie in Form mindestens eines elektromagnetischen Feldes zugeführt wird, d.h. die Energiezufuhr ist nicht an irgendeine Art von Materialtransport, z.B. die Injektion von energetischem Dampf, geknüpft. Das Vorheizen der Partikel bereits während des Beladens der Form kann außerdem dazu beitragen, eine präzisere Steuerung des Herstellungsverfahrens im Allgemeinen zu ermöglichen, da unterschiedliche Teilmengen von Partikeln, die für die Herstellung eines bestimmten Formteils verwendet werden, z.B. auf unterschiedliche Temperaturen vorgeheizt werden können.
  • Das Beladen kann den Transport der Partikel von einem Behälter zu der Form über mindestens eine Zuleitung umfassen.
  • Dies kann die Automatisierung des Herstellungsverfahrens, beispielsweise in einer automatisierten Produktionslinie, erleichtern.
  • Die Partikel können vorgeheizt werden, während sie sich in dem Behälter und/oder in der Zuleitung befinden.
  • Das Vorheizen der Partikel in dem Behälter kann vorteilhaft sein, da es nur wenig Aufwand erfordern kann. Andererseits kann das Vorheizen der Partikel in der Zuleitung vorteilhaft sein, beispielsweise im Vergleich zum Vorheizen der Partikel in dem Behälter, da es dazu beitragen kann, zu vermeiden, dass das Vorheizen bereits nachlässt, bis die Partikel die Form erreichen. Eine Kombination der beiden Optionen ist selbstverständlich ebenfalls möglich. In dem Behälter können die Partikel beispielsweise auf eine bestimmte „Grundwärme“ vorgeheizt werden, während die Partikel in der Zuleitung in einem exakten gewünschten Maße vorgeheizt werden können.
  • Die Partikel können auch in der Form vorgeheizt werden, bevor die Form geschlossen wird.
  • Das Vorheizen der Partikel direkt in der Form vor dem Schließen der Form kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn das Maß des Vorheizens sehr präzise gesteuert werden soll, da die Zeitspanne zwischen dem Vorheizen und dem eigentlichen Formen des Formteils verringert werden kann.
  • Es ist möglich, dass die Energie, die mittels des mindestens einen elektromagnetischen Feldes zugeführt wird, im Laufe der Zeit variiert wird.
  • Die Energie, die mittels des mindestens einen elektromagnetischen Feldes zugeführt wird, kann im Laufe der Zeit schrittweise erhöht werden.
  • Vorteile dieser Optionen werden in der detaillierten Beschreibung weiter unten erläutert.
  • Das Verfahren kann ferner den Schritt des Verschmelzens der Oberflächen der Partikel durch Zuführen von Energie umfassen, wobei die Energie wieder in Form mindestens eines elektromagnetischen Feldes zugeführt werden kann.
  • Die Art/Beschaffenheit des elektromagnetischen Feldes, das zum Vorheizen verwendet wird, kann sich von der Art/Beschaffenheit des elektromagnetischen Feldes, das zum Verschmelzen der Oberflächen der Partikel verwendet wird, unterscheiden.
  • Es ist jedoch auch möglich, dass die Art/Beschaffenheit des elektromagnetischen Feldes, das zum Vorheizen verwendet wird, von derselben Art/Beschaffenheit ist wie das elektromagnetische Feld, das zum Verschmelzen der Oberflächen der Partikel verwendet wird.
  • Dies kann den Konstruktionsaufbau, der für die Herstellung verwendet wird, vereinfachen, da beispielsweise nur eine Quelle eines elektromagnetischen Feldes erforderlich ist.
  • Die Verwendung eines oder mehrerer elektromagnetischer Felder zum Zuführen von Energie zu den Partikeln zum Verschmelzen der Oberflächen der Partikel ermöglicht die Herstellung von Kunststoffformteilen verschiedenster Dicken und auch komplexer Geometrien, da das Zuführen der Energie nicht an irgendeine Art von Materialtransport, z.B. das Einbringen eines Binders oder Wasserdampfes, geknüpft ist. Das mindestens eine elektromagnetische Feld kann dabei so gewählt sein, dass es die mit den Partikeln befüllte Form im Wesentlichen gleichmäßig durchdringt und dabei allen Partikeln einen im Wesentlichen konstanten Energiebetrag zuführt, sodass ein homogenes und gleichbleibendes Verschmelzen der Partikeloberflächen über das gesamte Kunststoffformteil und in allen Tiefen des Formteils erreicht wird. Oder das mindestens eine elektromagnetische Feld wird so gewählt, dass das Zuführen von Energie an die in der Form angeordneten Partikel lokal variiert, wie im Folgenden noch detaillierter beschrieben wird. Hierdurch kann die Art und Stärke des Verschmelzens der Partikeloberflächen lokal beeinflusst werden. Insbesondere kann das Verschmelzen der Partikeloberflächen in Bereichen im Inneren des Kunststoffformteils unabhängig vom Verschmelzen der Partikeloberflächen an der Oberfläche des Kunststoffformteils gesteuert werden usw.
  • In Verbindung mit dem Vorheizen der Partikel, wie es hierin beschrieben ist, kann ein sehr detailliertes Steuern des Herstellungsverfahrens möglich sein, sodass die Eigenschaften der hergestellten Formteile sehr präzise angepasst und abgestimmt werden können.
  • Im Folgenden werden einige beispielhafte Möglichkeiten zum Steuern des Herstellungsprozesses aufgezeigt und es wird beschrieben, wie unterschiedliche Herstellungsparameter die Eigenschaften der hergestellten Formteile und/oder das Herstellungsverfahren an sich beeinflussen können, z.B. seine Dauer oder seinen Energieverbrauch. Wie der Fachmann verstehen wird, können diese Optionen auch miteinander kombiniert werden.
  • Die Dichte der Partikel in der Formkavität kann die Energieabsorption der Partikel und somit die Energieabsorption des Teils beeinflussen. Ein Erhöhen der Dichte der Partikel kann zu einem verbesserten Erhitzen führen. Das verbesserte Erhitzen ist darauf zurückzuführen, dass Luft einen niedrigen dielektrischen Verlustfaktor hat. Ein Minimieren der Luft, die an dem Verschmelzen beteiligt ist, erhöht somit die Absorption der Energie, die von dem elektromagnetischen Feld bereitgestellt wird, wodurch das Verschmelzen der Partikel verbessert wird.
  • Aus demselben Grund wird eine Form mit einem höheren Kompressionsverhältnis der Partikel oder einem größerer Crackspalt ebenfalls zu einer besseren Energieabsorption aufgrund der erhöhten Packungsdichte der Partikel führen. Es wird darauf hingewiesen, dass dies besonders vorteilhaft ist im Vergleich zum Dampfkammerformen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, bei dem eine erhöhte Packungsdichte bekanntermaßen die Zykluszeit erhöht, da es schwieriger ist, die Oberflächen der Partikel zu erhitzen.
  • Es sein an dieser Stelle angemerkt, dass der Klarheit wegen im Rahmen dieser Anmeldung jeder Art der Energiezuführung sprachlich ein eigenes elektromagnetisches Feld zugeordnet wird. Wenn deshalb von „mindestens einem elektromagnetischem Feld“ gesprochen wird, so kann dies bedeuten, dass mindestens eine Energiequelle vorhanden ist, welche die Energie für das Vorheizen und/oder Verschmelzen in Form „ihres elektromagnetischen Feldes“ zuführt. Es ist jedoch auch möglich, dass mehrere Energiequellen eingesetzt werden, oder eine Energiequelle kann Strahlung verschiedener Frequenzen emittieren usw., sodass in diesen Fällen (sprachlich) von mehreren elektromagnetischen Feldern gesprochen wird. Diese Felder überlagern sich an einem gegebenen Punkt im Raum dann zu dem physikalischen elektromagnetischen Feld an diesem Punkt im Raum.
  • Die Partikel können zufällig angeordnet sein. Die Partikel oder mindestens einige der Partikel können jedoch auch zueinander ausgerichtet oder anderweitig willentlich in der Form angeordnet sein.
  • Die Partikel können beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen: expandiertes thermoplastisches Polyurethan (eTPU), expandiertes Polyamid (ePA), expandiertes Polyetherblockamid (ePEBA), Polylactid (PLA), Polyetherblockamid (PEBA), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), thermoplastisches Polyesterelastomer (TPEE).
  • Andere mögliche Polymere für die Herstellung expandierter Partikel können aus mindestens einem der Materialien Polyamid, Polyester, Polyetherketon und Polyolefin ausgewählt werden. Das Polyamid kann mindestens eines aus Homopolyamid, Copolyamid, Polyetherblockamid und Polyphthalamid sein. Das Polyetherketon kann mindestens eines aus Polyetherketon (PEK), Polyetheretherketon (PEEK) und Polyetherketonketon (PEKK) sein. Das Polyolefin kann mindestens eines aus Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Olefin-Block-Copolymere (OBC), Polyolefinelastomer (POE), Polyethylen-Co-Vinyl-Acetat (EVA), Polybuten (PB) und Polyisobutylen (PIB) sein. Das expandierte Polymermaterial kann einen geeigneten Kettenverlängerer beinhalten.
  • Außerdem kann das Polymer aus mindestens einem der Materialien Polyoxymethylen (POM), Polyvinylidenchlorid (PVDC), Polyvinylalkohol (PVAL), Polylactid (PLA), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Tetrafluorethylen (FEP), Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE), Polyvinylfluorid (PVF), Perfluoralkoxy (PFA) und thermoplastisches Polyurethan (TPU) ausgewählt werden. In einem Beispiel weist das Polymer Polybutylenterephthalat (PBT) auf, und der Kettenverlängerer weist mindestens ein aus polymeren Materialien ausgewähltes Material auf, das Epoxygruppen, Pyromellitsäuredianhydrid, Styrol-Maleinsäureanhydrid oder Kombinationen aus einem oder mehreren dieser Stoffe enthält, insbesondere ein Styrol-Acrylat-Copolymer, das reaktive Epoxygruppen enthält.
  • Das Polymer kann außerdem Polyamid (PA) oder Polyetherblockamid (PEBA) aufweisen, und der Kettenverlängerer kann dann mindestens ein aus polymeren Materialien ausgewähltes Material aufweisen, das Epoxygruppen, Pyromellitsäuredianhydrid, Styrol-Maleinsäureanhydrid oder Kombinationen aus einem oder mehreren dieser Stoffe enthält, insbesondere ein Styrol-Acrylat-Copolymer, das reaktive Epoxygruppen enthält. Das Polymer kann ferner thermoplastisches Polyesterelastomer (TPEE) aufweisen, und der Kettenverlängerer kann dann mindestens ein aus polymeren Materialien ausgewähltes Material aufweisen, das Epoxygruppen, Pyromellitsäuredianhydrid, Styrol-Maleinsäureanhydrid oder Kombinationen aus einem oder mehreren dieser Stoffe enthält, insbesondere ein Styrol-Acrylat-Copolymer, das reaktive Epoxygruppen enthält.
  • Grundsätzlich können beliebige Polymermaterialien verwendet werden, z.B. halbkristalline Polymere, die elektromagnetische (HF-) Strahlung in ausreichendem Maße absorbieren, d.h. einen relativ hohen dielektrischen Verlustfaktor haben, sodass kein zusätzliches Wärmeübertragungsmedium benötigt wird. Für einige Materialien wie ePP (expandierbares Polypropylen) oder ePS (expandierbares Polystyrol) kann jedoch ein zusätzliches Wärmeübertragungsmedium erforderlich sein. Außerdem ist es grundsätzlich auch möglich, ein oder mehrere Additive in das Polymermaterial einzuarbeiten, um den dielektrischen Verlustfaktor zu erhöhen.
  • Kunststoffformteile, die Partikel aus einem oder mehreren der oben genannten Materialien aufweisen, zeichnen sich durch besonders gute Dämpfungseigenschaften und eine besonders gute Elastizität und Energierückgabe aus und sie können gleichzeitig sehr leicht gefertigt werden. Ihre Eigenschaften können auch in hohem Maße temperaturunabhängig sein. Es kann daher vorteilhaft sein, Gemische (oder Bereiche) unterschiedlicher expandierter Partikel in der Form zu verwenden, die dann unter Verwendung der hier beschriebenen Verfahren zu einem Formteil geformt werden können.
  • Möglich ist ferner, dass die Partikel ein energieabsorbierendes Material aufweisen, welches die durch das mindestens eine elektromagnetische Feld zugeführte Energie absorbiert, sodass das energieabsorbierende Material zum Vorheizen der Partikel und/oder zum Verschmelzen der Oberflächen der Partikel beiträgt.
  • Das energieabsorbierende Material kann dazu dienen, die pro Zeiteinheit von den Partikeln aus dem elektromagnetischen Feld absorbierte Energiemenge zu erhöhen. Dies kann die Herstellung des Kunststoffformteils beschleunigen und energieeffizienter machen. Auch kann ein energieabsorbierendes Material dazu verwendet werden, die Menge an absorbierter Energie und damit den Grad, zu dem die Partikel vorgeheizt werden und/oder die Partikeloberflächen miteinander verschmelzen, lokal zu beeinflussen, wie weiter unten noch detaillierter diskutiert wird.
  • Sofern es lediglich auf den Oberflächen der Partikel aufgebracht wird, kann die Verwendung eines energieabsorbierenden Materials ferner den Vorteil haben, dass die Partikel lediglich an ihren Oberflächen vorgeheizt und/oder miteinander verschmolzen werden, während das elektromagnetische Feld das Innere der Partikel durchringt, ohne dort merklich Energie abzulagern, sodass die Zellstruktur und damit die elastischen Eigenschaften der Partikel in ihrem Inneren im Wesentlichen unverändert bleiben können.
  • „Im Wesentlichen unverändert“ kann in diesem Zusammenhang beispielsweise bedeuten, dass es vor und nach der Energiezufuhr keine erkennbaren Unterschiede bezüglich derjenigen physikalischen Eigenschaften gibt, die für den Verwendungszweck des Formteils relevant sind.
  • Die Partikel können vor dem Beladen der Form mit dem energieabsorbierenden Material versehen werden.
  • Vor Einbringen in die Form können die Partikel beispielsweise in dem energieabsorbierenden Material in einem Vorratsbehälter gelagert werden und/oder mit dem energieabsorbierenden Material vermischt, überzogen, darin eingeweicht oder damit imprägniert werden usw. Das energieabsorbierende Material kann den Partikeln z.B. in einer Zuleitung, welche zum Beladen der Form mit den Partikeln verwendet wird, zugegeben werden. Dies kann eine dosierte Zugabe des energieabsorbierenden Materials erlauben, sodass die Menge an energieabsorbierendem Material pro Partikel während des Beladens der Form eingestellt und variiert werden kann.
  • Das energieabsorbierende Material kann beispielsweise Wasser aufweisen.
  • Wasser ist besonders günstig, umweltschonend und leicht zu handhaben und hat ferner den Vorteil, dass es mit den Partikeln keine ungewollte chemische Reaktion eingeht, die beispielsweise die Oberfläche oder die Zellstruktur oder die Optik der Partikel ungewollt beeinflusst.
  • Möglich ist auch, dass das energieabsorbierende Material ein Metall aufweist.
  • Metall, beispielsweise in Form eines Metallpulvers, kann vorteilhaft sein, da es ein besonders hohes Maß an Energie aus dem mindestens einen elektromagnetischen Feld absorbieren kann, wobei es gleichzeitig sehr gut zu handhaben und zu dosieren ist. Ferner kann ein Metall, falls gewünscht, auch der Beeinflussung der Optik des Kunststoffformteils dienen, beispielsweise um dem Kunststoffformteil einen metallischen Glanz zu verleihen.
  • Die Energie kann beispielsweise in Form von Strahlung im Mikrowellenbereich, d.h. mit einer Frequenz im Bereich von 300 MHz - 300 GHz, zugeführt werden.
  • Mikrowellengeneratoren sind im Handel erhältlich und sind mit verhältnismäßig geringem Aufwand in eine Herstellungsvorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zu implementieren. Zudem kann es möglich sein, durch eine geeignete Vorrichtung die Mikrowellenstrahlung im Wesentlichen auf die Formkavität, in welche die Partikel des expandierten Materials geladen wurden, zu fokussieren, sodass die Energieeffizienz des Verfahrens erhöht wird. Ferner lässt sich die Intensität und die Frequenz der Mikrowellenstrahlung auf einfache Art und Weise verändern und den jeweiligen Anforderungen anpassen.
  • Die Energie kann auch in Form von Strahlung im Radiofrequenzbereich, d.h. mit einer Frequenz im Bereich von 30 kHz - 300 MHz, zugeführt werden.
  • Auch Radiofrequenzgeneratoren sind im Handel erhältlich und können leicht in eine Herstellungsvorrichtung implementiert werden. Auch Radiofrequenzstrahlung lässt sich auf entsprechende Teile der Herstellungsvorrichtung fokussieren und in ihrer Intensität und Frequenz den Erfordernissen anpassen.
  • Es ist auch möglich, dass die Energie in Form von Strahlung in einem anderen Frequenzbereich als den oben genannten Frequenzbereichen zugeführt wird.
  • Konkret kann die Energie beispielsweise in Form von Infrarot(IR)-Strahlung zugeführt werden. Auch die Verwendung von Ultraviolett(UV)-Strahlung kann in Betracht gezogen werden.
  • Es ist ferner möglich, dass die Energie durch elektromagnetische Induktion zugeführt wird.
  • Elektromagnetische Induktion beschreibt die Erzeugung eines elektrischen Feldes durch eine zeitliche Variation des magnetischen Flusses. Somit wird auch im Falle der elektromagnetischen Induktion Energie in Form eines zeitlich variierenden elektromagnetischen Feldes zugeführt. Elektromagnetische Induktion kann insbesondere dann verwendet werden, um die Partikel vorzuheizen und/oder die Partikeloberflächen zu verschmelzen, wenn die Partikel oder deren Oberflächen ein Material aufweisen oder mit einem Material beschichtet sind, das eine gewisse elektrische Leitfähigkeit aufweist. Dann kann das durch die elektromagnetische Induktion erzeugte elektrische Feld Ströme in diesem Material erzeugen, welche die Partikel bzw. die Partikeloberflächen aufheizen. Dies kann ein selektives und lokal fokussiertes Zuführen von Energie erlauben. Somit kann der Grad des Vorheizens der Partikel und/oder des Verschmelzens der Partikel an ihren Oberflächen sehr genau beeinflusst und gesteuert werden, auch für im Inneren des Kunststoffformteils gelegene Partikel.
  • Ob die Verwendung von Strahlung im Mikrowellenbereich, Strahlung im Radiofrequenzbereich oder elektromagnetische Induktion vorteilhafter ist, kann beispielsweise davon abhängen, aus welchem Material die Form besteht. Vorzugsweise wird diejenige Variante gewählt, bei der die Form den kleinstmöglichen Energiebetrag aus dem verwendeten elektromagnetischen Feld oder den verwendeten Feldern absorbiert. Selbstverständlich können auch Kombinationen der oben erwähnten Möglichkeiten Anwendung finden.
  • In allen oben genannten Fällen, d.h. beim Zuführen von Energie mittels Strahlung oder elektromagnetischer Induktion, enthält das Formteil im Wesentlichen kein zusätzliches Wasser, verglichen zum Dampfkammerformen. Dadurch können die hergestellten Formteile umgehend weiteren Verarbeitungsschritten zugeführt werden. Die weiteren Herstellungsschritte des Zusammenbauens (z.B. einer Sohle oder von Sportbekleidung im Allgemeinen) und/oder des Befestigens an einem Schuhoberteil können unmittelbar nach der Herstellung des Formteils erfolgen (die weiteren Herstellungsschritte können beispielsweise Infrarotschweißen und/oder HF-Verschmelzung beinhalten).
  • Der hier beschriebene Herstellungsprozess ist somit vorteilhaft für die Herstellung maßgeschneiderter Sportbekleidung wie beispielsweise Schuhen. Die Sportbekleidung kann insbesondere in einer Filiale unter Verwendung eines geeigneten Herstellungsverfahrens wie hierin beschrieben hergestellt werden. Der Prozess der individuellen Herstellung von Sportbekleidung wird in den europäischen Patentanmeldungen EP 2 862 467 A1 und EP 2 865 289 A1 des Anmelders ausführlicher beschrieben.
  • Es ist außerdem möglich, dass den Partikeln in einem ersten Teilbereich der Form mehr Energie zugeführt wird als in einem zweiten Teilbereich der Form. Dies kann sowohl für das Vorheizen der Partikel in der Form vor dem Verschließen der Form als auch für das Verschmelzen der Partikeloberflächen gelten.
  • Hierdurch lassen sich in dem Kunststoffformteil verschiedene Teilbereiche erzeugen, die sich in ihrer jeweiligen Dichte, Steifigkeit, Atmungsaktivität, Flexibilität, Elastizität, Haptik, Optik oder bezüglich anderer Eigenschaften unterscheiden, wobei gegebenenfalls dasselbe Ausgangsmaterial verwendet werden kann, was die Herstellung erleichtern könnte.
  • In diesem Dokument bezeichnet die Menge an Energie, welche den Partikeln zugeführt wird, vorzugsweise diejenige Menge an Energie, welche von den Partikeln tatsächlich aus dem elektromagnetischen Feld oder den elektromagnetischen Feldern absorbiert wird.
  • Beispielsweise kann den Partikeln in einem ersten Teilbereich der Form Energie mit einem elektromagnetischen Feld mit einer ersten Frequenz zugeführt werden und in einem zweiten Teilbereich der Form mit einem elektromagnetischen Feld mit einer zweiten Frequenz, wobei sich die zweite Frequenz von der ersten Frequenz unterscheidet.
  • Beispielsweise kann den Partikeln in dem ersten Teilbereich der Form Energie mit elektromagnetischer Strahlung einer höheren Frequenz zugeführt werden als in dem zweiten Teilbereich der Form. Hierbei können beide Strahlungsarten mit ihren verschiedenen Frequenzen beispielsweise einer einzigen Strahlungsquelle entstammen oder es können separate Strahlungsquellen verwendet werden, die jeweils Strahlung mit einer der beiden Frequenzen emittieren. Eine Verallgemeinerung auf mehrere Strahlungsarten mit mehr als zwei verschiedenen Frequenzen ist ebenfalls möglich.
  • Ferner ist es möglich, dass die Intensität der Strahlung (oder der verschiedenen Strahlungsarten) lokal in verschiedenen Bereichen der Form variiert und dass auf diese Weise der Grad des Vorheizens und/oder des Verschmelzens der Partikeloberflächen beeinflusst werden kann.
  • Andererseits könnte die Dicke des Werkzeugs variiert werden, um eine gleichmäßige Energiezuführung an Teile mit variierender Dicke des Formteils zu ermöglichen (in der Schuhherstellung von Mittelsohlen wird die variierende Dicke von Formteilen bisweilen als Wanddicke bezeichnet). Ein Material mit höherer Dichte kann sich beispielsweise schneller erwärmen, und das Werkzeug kann daher lokal so angepasst werden, dass es mehr Energie absorbiert, um die Energieabsorption in den Bereichen mit niedrigerer Dichte auszugleichen. Dies kann vorteilhaft sein, da es einfacher ist, ein konstantes elektromagnetisches Feld zuzuführen als ein variierendes elektromagnetisches Feld. Durch Variieren der Dichte des Materials können die Eigenschaften des Formteils somit auf einfachere Weise beeinflusst werden als durch Zuführen variierender elektromagnetischer Felder (z.B. Variieren der Frequenz).
  • Es ist ferner möglich, dass die durchschnittliche Menge an energieabsorbierendem Material pro Partikel in der Form variiert.
  • Dies stellt eine Möglichkeit dar, die Menge an Energie, welche den Partikeln zugeführt wird (d.h. die Menge an Energie, welche von den Partikeln tatsächlich absorbiert wird), lokal zu beeinflussen, welche ergänzend ist zu den oben aufgezählten Optionen des Veränderns der Eigenschaften des elektromagnetischen Feldes oder der Felder. Es ist beispielsweise möglich, dass vor dem Beladen der Form eine gewisse Menge Partikel mit unterschiedlichen Mengen an energieabsorbierendem Material vorgemischt wird, und die verschiedenen Gemische dann gemäß dem gewünschten Grad an Vorheizen und/oder Verschmelzung in den verschiedenen Teilbereichen der Form positioniert werden. Oder das energieabsorbierende Material kann während des Beladens der Form, beispielsweise in einer Zuleitung, dosiert den Partikeln beigemengt werden, wodurch der Gehalt an energieabsorbierendem Material der in die Form eingefüllten Partikel variiert werden kann.
  • Ferner kann die Form auch mit einem zweiten Material beladen werden, welches durch das mindestens eine elektromagnetische Feld im Wesentlichen unverändert bleibt.
  • Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Material handeln, welches das elektromagnetische Feld durchdringt, ohne in einem merklichen Maße von dem Material absorbiert zu werden. Insbesondere kann das zweite Material frei von energieabsorbierendem Material sein. „Im Wesentlichen unverändert“ kann bedeuten, dass das zweite Material nicht schmilzt oder anschmilzt oder weicher oder härter wird. Weitere Erläuterungen zur Bedeutung des Begriffs „im Wesentlichen unverändert“ wurden oben bereits vorgebracht und gelten auch an dieser Stelle.
  • Das zweite Material kann beispielsweise ebenfalls Partikel eines expandierten Materials aufweisen, insbesondere Partikel aus eTPU, ePA, ePEBA, PLA, PEBA, PET, PBT und/oder TPEE. Andere Beispiele wurden oben beschrieben.
  • Somit kann ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren es erlauben, aus einem einzigen Grundmaterial ein Kunststoffformteil herzustellen, welches sowohl Teilbereiche aufweist, die z.B. stark verschmolzen und/oder steifer und/oder luftundurchlässig sind, als auch Teilbereiche, die einen losen Verbund der Partikel aufweisen, sodass das Kunststoffformteil dort eine geringere Steifigkeit aber höhere Atmungsaktivität aufweisen kann, usw.
  • Das Herstellungsverfahren kann auch einen Schritt des Stabilisierens des Partikelschaumformteils nach dem Verschmelzen beinhalten. Dies kann erfolgen, indem das Formteil nach dem Verschmelzen in dem Werkzeug verbleibt, sodass das Formteil die gewünschte Gestalt beibehält. Je größer das Volumen des Materials in der Form ist, umso vorteilhafter ist es, das Formteil zu stabilisieren. Der Schritt des Stabilisierens kann auch Mittel beinhalten, beispielsweise Kühlkanäle oder Kühlrippen, um die Steuerung der Rate zu erlauben, mit der das Formteil sich abkühlt und somit stabilisiert wird.
  • Das Herstellungsverfahren kann auch den zusätzlichen Schritt der Verwendung einer Folie umfassen, um eine Haut auf dem Partikelschaum zu bilden. Die Folie kann mit den außenliegenden Schaumpartikeln verschmolzen werden. In einem Beispiel kann es sich dabei um TPU handeln, doch auch andere Materialien, die ein hohes Maß an Polarität für Verbindungen aufweisen, können verwendet werden, wie beispielsweise PVC, das bezüglich der Polarität am empfindlichsten ist.
  • Die Partikel des zweiten Materials können zufällig angeordnet sein. Oder die Partikel oder mindestens einige der Partikel des zweiten Materials können zueinander ausgerichtet oder anderweitig willentlich in der Form angeordnet sein.
  • Ein Verhältnis der Menge an Energie, welche von dem ersten Material absorbiert wird, zu der Gesamtmenge an Energie, welche von dem ersten Material und der Form absorbiert wird, kann im Bereich von 1,0 - 0,2 liegen, oder es kann im Bereich von 1,0 - 0,5 liegen, oder es kann sogar im Bereich von 1,0 - 0,8 liegen.
  • Für den Fall, dass ein zweites Material (und ggf. sogar weitere Materialien) in die Form geladen wird, so können sich die oben genannten Bereiche auf das Verhältnis der Menge an Energie, welche von dem ersten Material absorbiert wird, zu der Gesamtmenge der von allen Materialien innerhalb der Form absorbierten Energie plus der von der Form absorbierten Energie beziehen.
  • Wie bereits mehrfach erwähnt kann das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren es erlauben, Energie gezielt Bereichen zuzuführen, wo sie zum Vorheizen der Partikel und/oder zum Verschmelzen der Partikeloberflächen benötigt wird. Insbesondere kann es bezüglich des Verschmelzens der Partikeloberflächen in der geschlossenen Form durch eine geeignete Wahl der für die Form verwendeten Materialien möglich sein zu erreichen, dass die Form nur eine unwesentliche Menge an Energie aus dem elektromagnetischen Feld absorbiert. Dies macht zum einen das Herstellungsverfahren energieeffizienter. Es kann auch helfen zu vermieden, dass sich die Form merklich aufheizt, was wiederum den Abkühlprozess deutlich verkürzen kann. Auch ein Vorheizen der Form kann vermieden werden. Die oben genannten Verhältnisse der Menge an Energie, welche von dem ersten Material mit den Partikeln absorbiert wird, zu der Gesamtmenge an Energie, welche von allen Materialien in der Form und der Form selbst absorbiert wird, haben sich dabei als realistisch herausgestellt.
  • Ein Verfahren zur Herstellung von Sportartikeln kann jedoch auch einen Schritt des Erwärmens oder Vorheizens mindestens eines Teils der Wände der Form umfassen. Dies kann auch zum Vorheizen der Partikel selbst beitragen. Auf diese Weise kann die Qualität der Oberfläche verbessert und ein besseres Packen der Partikel bis zur Oberfläche der Form erreicht werden. Eine Möglichkeit, das zu erreichen, ist es, ein Material auf die Oberflächen der Form aufzubringen, das einen höheren dielektrischen Verlust aufweist als das Material der Oberfläche der Form und auf diese Weise einige Strahlung absorbiert und sich somit erhitzt, ohne das Material zu schmelzen. Eine andere Möglichkeit, diesen Herstellungsschritt zu erreichen, könnte auch die Verwendung eines Werkzeugs sein (z.B. eines lasergesinterten Werkzeugs, das komplexere Kanäle ermöglicht sowie Kanäle, die sich näher an der Oberfläche der Form befinden), um ein Erwärmen der Form durch Leiten einer Flüssigkeit um das Werkzeug herum bzw. durch dieses hindurch zu ermöglichen. Die Flüssigkeit sollte einen niedrigen dielektrischen Verlustfaktor aufweisen. Im Allgemeinen würde ein Erwärmen über der Schmelztemperatur der Formteile zum Schmelzen der Wände der Formteile führen, was nicht wünschenswert ist. Es ist zu beachten, dass beim Erwärmen der Form auf eine Temperatur nahe der Glasübergangstemperatur der Materialien bzw. darüber hinaus Vorsicht geboten ist, da sich die dielektrische Absorption von Materialien oberhalb dieses Wertes bei Polymeren drastisch verändert, d.h. erhöhte Absorption würde bedeuten, dass das Erwärmen sich oberhalb dieser Temperatur rapide weiter steigern würde. Deshalb sollte in einigen Fällen ein Erwärmen der Form auf eine Temperatur nahe der Glasübergangstemperatur des Materials oder darüber vermieden werden.
  • Es wird außerdem erwähnt, dass ein lasergesintertes Werkzeug mit komplexen Kanälen und/oder Kanälen nahe der Oberfläche der Form auch deshalb vorteilhaft sein kann, weil die Kanäle ein schnelles Abkühlen des Werkzeugs ermöglichen, indem eine Kühlflüssigkeit durch die Kanäle geleitet wird. Das Werkzeug kann auch Kühlrippen umfassen, um das Abkühlen zu erleichtern.
  • Ein beliebiges aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren zur Formherstellung kann zur Konstruktion einer Form für die Benutzung in einem hierin beschriebenen Verfahren verwendet werden.
  • Eine Form kann beispielsweise ein Epoxidharz aufweisen, im Ganzen oder in einem Teil. Es können auch andere Materialien für die Form im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren verwendet werden. Das Herstellungsverfahren kann beispielsweise den Schritt des Bereitstellens einer Form aus PTEE, PE, PEEK, UHMWPE (ultrahochmolekulargewichtiges Polyethylen) umfassen, oder aus anderen Materialien, die strukturell stabil sind, während ein elektromagnetisches Feld zugeführt wird. Das Bereitstellen solcher strukturell stabiler Materialien kann den Schritt des Verschmelzens der Oberflächen der Partikel verbessern.
  • Die Verwendung eines Epoxidharzes kann auch die Herstellung von Formen mit komplexer dreidimensionaler Geometrie erleichtern. Zudem kann ein Epoxidharz elektrisch nichtleitend bereitgestellt werden, sodass beispielsweise ein Aufheizen der Form oder von Teilen einer Form vermieden oder verringert werden kann. Eine Form oder Teile einer Form aus Epoxidharz können auch im Wesentlichen nichtabsorbierend für elektromagnetische Strahlung bereitgestellt werden. Wie jedoch oben bereits ausgeführt wurde, kann in einigen Situationen ein zusätzlicher Schritt des Erhitzens mindestens eines Teils der Form vorteilhaft sein.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt durch ein Verfahren zur Herstellung eines Dämpfungselements für Sportbekleidung, das Folgendes umfasst: (a) Öffnen einer Form zu einem vorbestimmten Maß in eine Beladungsposition, wobei (b) die Form mindestens zwei Formteile aufweist und das Maß, um welches die Form im Schritt (a) geöffnet wird, ein verfügbares Beladungsvolumen der Form beeinflusst; (c) Laden eines ersten Materials, das Partikel eines expandierten Materials aufweist, in das Beladungsvolumen, das durch das Öffnen der Form im Schritt (a) geschaffen wurde; (d) Schließen der Form in eine geschlossene Position; und (e) Verschmelzen der Oberflächen der Partikel mindestens durch Zuführen von Energie in Form mindestens eines elektromagnetischen Feldes.
  • Die Form kann zwei Teile aufweisen, doch sie kann auch mehr als zwei Teile aufweisen. Das Vorhandensein von mehr als zwei Teilen kann beispielsweise das Beladen der Form oder das Entformen des fertigen Formteils erleichtern.
  • Im Falle einer Form mit zwei Formteilen können die beiden Formteile in der Beladungsposition der Form einen Spalt oder einen Crack zwischen ihnen bereitstellen. Die Beladungsposition der Form kann deshalb auch als „Crackspaltposition“ der Form bezeichnet werden (unabhängig von der Anzahl der Formteile). Über diesen Crack kann das erste Material in das Beladungsvolumen gefüllt werden, das zwischen den Formteilen durch Öffnen der Form geschaffen wurde.
  • Das verfügbare Beladungsvolumen kann vollständig mit dem ersten Material gefüllt werden. Es ist jedoch auch möglich, dass das verfügbare Beladungsvolumen nicht vollständig mit dem ersten Material gefüllt wird, entweder um dann mit weiteren Materialien aufgefüllt zu werden, oder um teilweise einfach leer gelassen zu werden. Das Beladen kann ohne zusätzlichen Druck durchgeführt werden (z.B. unter atmosphärischem Druck), oder das erste Material kann unter Druck in die Form gefüllt werden (z.B. über atmosphärischem Druck). Das Beladen kann beispielsweise durch die Verwendung eines Luft- oder Flüssigkeitsstroms erleichtert werden.
  • Das Beladen der Form durch einen Spalt oder einen Crack zwischen einzelnen Formteilen kann als „Crackspaltbeladung“ bezeichnet werden. Der vorliegende Aspekt der Erfindung kann deshalb auch als „Crackspaltverfahren“ bezeichnet werden.
  • Wie erwähnt beeinflusst das vorbestimmte Maß, zu dem die Form in der Beladungsposition in Schritt (a) geöffnet wird, und somit die Spalthöhe das verfügbare Beladungsvolumen, in welches das erste Material (und gegebenenfalls weitere Materialien) in Schritt (c) geladen werden können. Ein weiterer Faktor, der das verfügbare Beladungsvolumen beeinflusst, ist natürlich die allgemeine Größe der Form, d.h. die Größe des Formteils, das hergestellt wird (z.B. eine Schuhgröße, wenn das Verfahren verwendet wird, um eine Schuhsohle oder einen Teil einer Schuhsohle herzustellen). Das verfügbare Beladungsvolumen kann wiederum das Maß an Kompression beeinflussen, die auf das erste Material und insbesondere auf die Partikel des expandierten Materials wirkt, nachdem die Form in Schritt (d) geschlossen wurde (unter der Annahme, dass das verfügbare Beladungsvolumen vollständig mit dem ersten Material gefüllt ist und dass die geschlossene Position der Form immer unverändert ist; ansonsten können die Füllhöhe und die spezifische Ausgestaltung der geschlossenen Position auch das Maß der Kompression beeinflussen).
  • Die Energie zum Verschmelzen der Oberflächen der Partikel kann in Form mindestens eines elektromagnetischen Feldes zugeführt werden. Andere Formen der Energiezufuhr, wie z.B. die Verwendung von Dampf (unter Druck), können ebenfalls zum Verschmelzen der Oberflächen der Partikel beitragen. Es sei erwähnt, dass die Einzelheiten und Merkmale der für die Energiezufuhr verwendeten elektromagnetischen Felder, die in dieser gesamten Patentschrift beschrieben werden, auch für den vorliegenden Aspekt der Erfindung angewandt werden können, auch wenn diese Einzelheiten und Merkmale in Zusammenhang mit einem anderen Aspekt beschrieben werden. Sie werden deshalb aus Gründen der Übersichtlichkeit an dieser Stelle nicht wiederholt.
  • In der Beladungs- (oder Crackspalt-) Position der Form können die Formteile in unterschiedlichen Bereichen der Form im Vergleich zu der geschlossenen Position der Form verschiedenen Abstände zueinander aufweisen, sodass im Schritt (d) des Schließens der Form die Formteile in den unterschiedlichen Bereichen über unterschiedliche Abstände hinweg aufeinander zu bewegt werden.
  • Mindestens einer der Formteile kann beispielsweise mehrere einzelne Unterteile aufweisen, und der Abstand zwischen den Formteilen in der Beladungsposition der Form kann für jeden Unterteil individuell gesteuert werden, um die variierenden Abstände zwischen den Formteilen in den unterschiedlichen Bereichen der Form zu erreichen.
  • Es ist außerdem möglich, dass in dem Schritt (d) des Schließens der Form mindestens einer der Formteile um eine exzentrisch angeordnete Schwenkachse geschwenkt wird.
  • Im Schritt (d) des Schließens der Form können die Partikel in unterschiedlichen Bereichen der Form unterschiedlich komprimiert werden. Ein Formteil mit unterschiedlichen Unterteilen oder ein Formteil, der um eine exzentrisch angeordnete Schwenkachse geschwenkt wird, kann nach Schließen der Form zu unterschiedlichen Kompressionsgraden in unterschiedlichen Bereichen der Form führen.
  • Das vorbestimmte Maß, zu dem die Form in Schritt (a) geöffnet wird, kann die mechanischen Eigenschaften des Dämpfungselements beeinflussen. Diese mechanischen Eigenschaften können beispielsweise die Steifigkeit, Dichte und/oder Elastizität des Dämpfungselements umfassen. Eine größere Spalthöhe kann beispielsweise zu einem größeren verfügbaren Beladungsvolumen führen und zu mehr Material, das in die Form gefüllt wird, und somit zu einer stärkeren Kompression des eingefüllten Materials nach Schließen der Form. Dies kann z.B. eine höhere Dichte und eine höhere Steifigkeit des hergestellten Dämpfungselements zur Folge haben.
  • Andere Faktoren, die die mechanischen Eigenschaften beeinflussen können, sind beispielsweise die Materialzusammensetzung des ersten Materials, das in die Form gefüllt wird, der Beladungsdruck (z.B. atmosphärisch oder darüber), die Menge und Art der für die Verschmelzung der Partikeloberfläche zugeführten Energie, die Verschmelzungsdauer usw.
  • Das auf diese Weise hergestellte Dämpfungselement kann beispielsweise eine Schuhsohle oder ein Teil einer Schuhsohle sein, z.B. eine Mittelsohle.
  • Weitere Einzelheiten, Möglichkeiten und Vorteile dieses „Crackspaltverfahrens“ werden in der ausführlichen Beschreibung weiter unten erwähnt.
  • Es sei außerdem hervorgehoben, dass das „Crackspaltverfahren“ für die Herstellung eines Dämpfungselements mit anderen Aspekten der vorliegenden Erfindung kombiniert werden kann, die oben und weiter unten beschrieben sind, doch die unterschiedlichen Aspekte der vorliegenden Erfindung können auch einzeln umgesetzt werden.
  • Einen weiteren Aspekt der Erfindung bildet ein Kunststoffformteil, insbesondere ein Dämpfungselement für Sportbekleidung (z.B. eine Schuhsohle oder ein Teil einer Schuhsohle), hergestellt mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Schuh, insbesondere einen Sportschuh, mit einem solchen Dämpfungselement. Der Schuh kann beispielsweise ein Laufschuh sein.
  • Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens zur Herstellung eines solchen Kunststoffformteils lassen sich die Eigenschaften des hergestellten Kunststoffformteils selektiv und lokal beeinflussen, ohne dass hierfür ein aufwändiger Aufbau der Herstellungsvorrichtung vonnöten ist. Ferner kann die Herstellung energieeffizient und umweltfreundlich sein und sie kann in verhältnismäßig geringer Zeit abgeschlossen werden. Somit kann das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für die Verwendung in der Massenproduktion geeignet sein, beispielsweise für die Herstellung von Schuhen mit Sohlen oder Sohlenteilen, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. Außerdem kann das Verfahren in einem großen Maße automatisiert werden und verschiedenartige Kunststoffformteile können mit einer einzigen Herstellungsvorrichtung hergestellt werden, beispielsweise indem die Frequenz, Intensität, Dauer der Bestrahlung, Fokussierung und andere Eigenschaften des elektromagnetischen Feldes oder der Felder den jeweiligen Vorgaben für jedes Kunststoffformteil angepasst werden.
  • Figurenliste
  • Mögliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren weiter beschrieben:
    • 1a-i: Schematische Darstellung von Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens;
    • 2a-c: Beispiele für Kunststoffformteile, die gemäß einem beispielhaften Herstellungsverfahren hergestellt wurden; und
    • 3: Ausführungsform einer Vorrichtung für die Herstellung von Partikelschaumformteilen.
  • Detaillierte Beschreibung möglicher Ausführungsformen
  • Mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung hauptsächlich mit Bezug zu Dämpfungselementen für Sportbekleidung, insbesondere Sohlen für Schuhe, beschrieben. Es wird jedoch betont, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann sie auch Anwendung finden bei Kunststoffformteilen für die Automobilindustrie, z.B. zur Herstellung von Stoßfängern, Kotflügeln, Paneel-Elementen, Sitzschalen oder Armlehnen, bei Kunststoffformteilen für die Luft- oder Raumfahrtindustrie, bei Kunststoffformteilen für die Verpackungsindustrie, bei Kunststoffformteilen für Sportgeräte usw.
  • Zudem wird darauf hingewiesen, dass im Folgenden lediglich Ausführungsformen der Erfindung in mehr Detail beschrieben werden können. Dem Fachmann ist jedoch klar, dass die in Bezug auf diese spezifischen Ausführungsformen beschriebenen optionalen Verfahrensschritte und möglichen Modifikation im Rahmen der Erfindung auch modifiziert und auf eine andere Weise miteinander kombiniert werden können und dass einzelne Schritte oder optionale Merkmale des Verfahrens auch weggelassen werden können, sofern diese entbehrlich erscheinen. Um Redundanzen zu vermeiden wird deshalb auf die Ausführungen in den vorhergehenden Abschnitten verwiesen, welche auch für die nun folgende detaillierte Beschreibung Gültigkeit bewahren.
  • Die 1a-i illustrieren Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 für die Herstellung eines Kunststoffformteils. Es handelt sich dabei um schematische Darstellungen, sodass die in den 1a-i gezeigten Größenverhältnisse nicht den tatsächlichen Größenverhältnissen in einer Anwendung des Verfahrens 100 in der Praxis entsprechen müssen. Die 1a-i dienen vielmehr dem Zweck, dem Fachmann den Umfang der vorliegenden Erfindung einschließlich möglicher Gestaltungsmöglichkeiten und Abwandlungen des Verfahrens 100 zu zeigen, sowie die unterschiedlichen Möglichkeiten, das Verfahren 100 gemäß einem gegebenen Anforderungssatz anzupassen.
  • Das Verfahren 100 umfasst zunächst den Schritt des Beladens einer Form 110 mit einem ersten Material, welches Partikel 120 eines expandierten Materials aufweist, wie in 1a gezeigt.
  • Während des Beladens der Form 110 kann das Verfahren 100 auch den Schritt des Vorheizens der Partikel 120 durch Zuführen von Energie umfassen, wobei die Energie in Form mindestens eines elektromagnetischen Feldes 130, 135, 140 zugeführt wird (siehe unten für weitere Einzelheiten zu diesen Feldern). Optionen und Merkmale betreffend den Schritt des Vorheizens wurden oben bereits ausführlich diskutiert und werden deshalb an dieser Stelle aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht allesamt wiederholt. Einige weitere Einzelheiten und Vorteile werden weiter unten beschrieben. Es sei außerdem erwähnt, dass immer, wenn die energieabsorbierenden Eigenschaften der Partikel 120 nachfolgend im Zusammenhang mit dem Verschmelzen der Partikeloberflächen diskutiert werden, dieselben Überlegungen auch für das Vorheizen der Partikel 120 gelten können, wo dies physikalisch möglich ist.
  • Es wird jedoch vor allem hervorgehoben, dass die Herstellung eines Formteils wie im Folgenden beschrieben grundsätzlich auch ohne den Schritt des Vorheizens erfolgen kann. Das bedeutet, dass die Merkmale und Details, die nachfolgend z.B. in Bezug auf die Form 110 oder die Verschmelzung der Partikeloberfläche beschrieben werden, als unabhängige Aspekte zu betrachten sind, die auch ohne Vorheizen der Partikel 120 umgesetzt werden können, obwohl bestimmte synergetische Vorteile (z.B. reduzierte Zykluszeiten, um nur einen zu nennen) durch Kombinieren dieser Aspekte mit einem Vorheizen der Partikel 120 erzielt werden können.
  • Die Form 110 kann beispielsweise zwei oder mehrere Formteile 112, 113 aufweisen, die zueinander beweglich sein können. Die Form 110 umschließt dabei eine Kavität 115, deren Gestalt dem herzustellenden Kunststoffformteil entspricht.
  • Die Form 110 oder die Formteile 112, 113 können beispielsweise ein Epoxidharz aufweisen. Die Verwendung von Epoxidharz für die Herstellung der Form 110 oder der Formteile 112, 113 kann es ermöglichen, Formen 110 bereitzustellen, die eine Kavität 115 mit einer sehr komplexen dreidimensionalen Geometrie aufweisen. Somit lassen sich auch komplex geformte Kunststoffformteile mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren 100 fertigen. Es können jedoch auch andere Materialien für die Form im Zusammenhang mit dem Verfahren 100 verwendet werden. Das Verfahren 100 kann beispielsweise den Schritt des Bereitstellens einer Form 110 aus PTEE, PE, PEEK oder anderen Materialien umfassen, die unter Zuführung eines elektromagnetischen Feldes strukturell stabil sind.
  • Das Oberflächenmaterial der Form 110 oder der Formteile 112, 113 kann so gewählt werden, dass es einen ähnlichen Verlustfaktor aufweist wie die Schaumpartikel 120 (d.h. die Partikel 120 aus expandiertem Material). Ein Beispiel für ein solches geeignetes Material ist Epoxidharz. Das Bereitstellen der Oberfläche der Form 110 oder der Formteile 112, 113 aus einem Material mit einem ähnlichen Verlustfaktor wie die Partikel 120 kann zu einem im Wesentlichen einheitlichen Erwärmen sowohl der Partikel 120 als auch der Wände der Form 110 führen, welche die Formkavität 115 umschließen, sodass ein besseres Verschmelzen der Oberflächen des Formteils erreicht werden kann. Die Oberfläche der Form 110 kann beispielsweise durch ein Beschichtungsverfahren oder durch Auftragen eines geeigneten Oberflächenmaterials auf eine andere vorbekannte Weise verändert werden.
  • Außerdem können die Formteile 112, 113 Kondensatorplatten (nicht gezeigt) umfassen. Die Kondensatorplatten können an einer Innenseite der Formteile 112, 113 (d.h. an der Seite der Teile 112, 113, die der Formkavität 115 zugewandt sind) angeordnet sein. In einem anderen Beispiel kann mindestens ein Teil der Formteile 112, 113 aus Kondensatorplatten bestehen.
  • Ganz allgemein können die Formteile 112, 113 einen schichtartigen Aufbau aufweisen. Die Formteile 112, 113 können beispielsweise jeweils einen schichtartigen Aufbau aufweisen, der eine Grundplatte, eine Formplatte, die mindestens einen Teil der Formkavität 115 definiert, und eine Isolierschicht auf der Innenseite der Formplatte (d.h. der Seite, die der Kavität 115 zugewandt ist) aufweist. Kondensatorplatten können ebenfalls in solchen schichtartigen Konstruktionen enthalten sein.
  • Die Dicke der Formplatten und/oder der Kondensatorplatten kann variiert werden. Durch Variieren der Dicke der Formplatten und/oder der Kondensatorplatten können die Formteile 112, 113 beispielsweise konturiert werden. Dies erlaubt eine Feinabstimmung der Energie, die den Partikeln 120 in der Form 110 zugeführt werden soll. Ein Anpassen der Kondensatorplatten kann empfehlenswert sein, da es möglicherweise erlauben kann, dieselben Formplatten zu behalten, was wirtschaftlicher sein kann, als die Formplatten selbst anzupassen.
  • Außerdem kann ein Voltmeter zum Messen der Spannung des Kondensators verwendet werden. Dies kann hilfreich sein, um die Wärmeleistung zu bestimmen, die in die Partikel 120 geleitet wird, da die Leistung proportional zum Quadrat der Spannung ist.
  • Mindestens einer der Formteile 112, 113 kann auch aus einem Verbundmaterial bestehen. Das Verbundmaterial kann ein Matrixmaterial aufweisen, das ein Kunststoffmaterial und darin eingebettete Körper aufweist, wobei die Körper ein Material aufweisen oder aus einem Material bestehen, das eine bessere Wärmeleitfähigkeit hat als das Kunststoffmaterial, in dem sie eingebettet sind.
  • Die eingebetteten Körper können beispielsweise Partikel oder Fasern sein. Die Körper können vollständig in dem Matrixmaterial eingebettet sein. Falls es sich bei den Körpern um Partikel handelt, z.B. sphärische Partikel, können sie eine maximale Größe von 3 mm, 2 mm oder sogar 1 mm haben. Falls es sich um Fasern handelt, können sie eine maximale Länge von 20 mm, 10 mm oder sogar 5 mm haben.
  • Das Matrixmaterial kann aus einem Kunststoffmaterial bestehen, das nicht elektrisch leitend ist, z.B. einem Epoxidharz. Die Körper können in dem Matrixmaterial so verteilt sein, dass mindestens die meisten von ihnen nicht miteinander in Kontakt stehen. In solch einer Situation können die Körper aus einem elektrisch leitenden Material bestehen. Als konkretes Beispiel können beide Formteile 112, 113 Kondensatorplatten aufweisen, wie oben erwähnt, und die Formteile können ferner ein Verbundmaterial aufweisen, das aus einem elektrisch nichtleitenden Kunststoffmaterial mit elektrisch leitenden Fasern besteht, die so darin eingebettet sind, dass mindestens die meisten von ihnen elektrisch nicht miteinander verbunden sind. In diesem Fall können die Fasern vorteilhaft parallel zu und neben den Kondensatorplatten angeordnet sein.
  • Die eingebetteten Körper können beispielsweise Mineralstoffe wie Quarzsand, ein Keramikmaterial, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Glasgranulate, Fritte, Siliziumkarbid und/oder Magnesiumoxid aufweisen oder daraus bestehen. Die eingebetteten Körper können auch Glasfasern oder Kohlenstofffasern sein.
  • Kohlenstofffasern sind im Allgemeinen elektrisch leitend, weshalb sie vorzugsweise parallel zu und neben den Kondensatorplatten der Formteile 112, 113 anzuordnen sind, sofern solche Kondensatorplatten enthalten sind.
  • Magnesiumoxid besitzt eine hohe Wärmekapazität, sodass die Form 110 mit den Formteilen 112, 113 die Wärme, die während des Verschweißens in die Partikel 120 geleitet wird, schnell absorbieren kann, und das resultierende Partikelschaumformteil kühlt schnell ab.
  • Eine andere Option besteht darin, dass das Verbundmaterial Materialien umfasst, die RF-Strahlung nicht oder nur in begrenztem Maße absorbieren. Ein solches Verbundmaterial beeinflusst/absorbiert die RF-Strahlung nicht oder nur in geringem Maße. Dadurch, dass die eingebetteten Körper eine gute Wärmeleitfähigkeit haben, kann das Verbundmaterial aber dennoch schnell die Wärme ableiten, die in der Formkavität 115 herrscht, was zu einem schnelleren Abkühlen des Formteils nach dem Verschmelzen führt.
  • Ein Formteil 112, 113, das ein solches Verbundmaterial aufweist, kann ferner auf seiner Innenseite, d.h. auf der Seite, die der Formkavität 115 zugewandt ist, mit einer Beschichtung versehen werden, die RF-Strahlung stärker als das Verbundmaterial absorbiert. Aufgrund dessen wird bei Zuführen elektromagnetischer Strahlung in dem Bereich, der sich neben der Formkavität 115 befindet, das Formteil 112, 113 erwärmt, sodass die Schaumpartikel 120 in der Formkavität 115 gleichmäßig erwärmt werden können. Diese Beschichtung kann insbesondere einen ähnlichen elektrischen Verlustfaktor aufweisen wie die Schaumpartikel 120, die in der Form 110 verschweißt werden sollen. Bei der Beschichtung kann es sich um eine Kunststoffbeschichtung handeln, die aus PET (Polyethylenterephthalat), PEEK (Polyetherketon), POM (Polyoxymethylen), Polyimid oder PMMA (Polymethylmethacrylat) besteht oder dieses aufweisen kann.
  • Eine Isolierschicht kann ebenfalls auf der Innenseite der Form 110 (d.h. der Formkavität 115 zugewandt) aufgebracht werden. Eine Isolierschicht kann dazu beitragen, ein Erwärmen der Formwand zu vermeiden, wenn das Material der Isolierschicht so gewählt wird, dass es durch die elektromagnetische Strahlung nicht erwärmt wird. In einem Beispiel können elektrisch isolierende Beschichtungen aus einem Material bestehen, das im Wesentlichen transparent für elektromagnetische Strahlung ist, insbesondere RF-Strahlung, wobei es sich bei diesem Material beispielsweise um PTFE, PE oder PEEK handeln kann.
  • Die Beschichtung oder die Isolierschicht kann beispielsweise aus einem Material bestehen, das einen mittleren Verlustfaktor hat, wie z.B. PET (Polyethylenterephthalat), PEEK (Polyetherketon), POM (Polyoxymethylen), Polyimiden oder PMMA (Polymethylmethacrylat). Polyoxymethylen hat einen dielektrischen Verlustfaktor D von ca. 0,008, und Polymethylmethacrylat hat einen dielektrischen Verlustfaktor D von ca. 0,02 für RF-Strahlung. Diese Beschichtungen sind somit im Wesentlichen für RF-Strahlung transparent, da sie nur einen kleinen Teil der elektromagnetischen Strahlung absorbieren, und können, aufgrund des relativ niedrigen Verlustfaktors, mit einer gewissen Dicke gefertigt werden, beispielsweise mindestens 2 mm, insbesondere mindestens 2,5 mm oder mindestens 5 mm. Vorzugsweise ist die Beschichtung nicht dicker als 20 mm, insbesondere nicht dicker als 15 mm und bevorzugt nicht dicker als 10 mm, sodass der Teil der Energie der elektromagnetischen Strahlung, der von der Beschichtung absorbiert wird, gering ist.
  • Wie bereits erwähnt, kann die Innenseite der Form 110 andererseits auch mit einem Kunststoffmaterial bedeckt sein, das mit der zugeführten elektromagnetischen Strahlung einen ähnlichen dielektrischen Verlustfaktor aufweist wie das Kunststoffmaterial, das in der Formkavität 115 verarbeitet werden soll (z.B. denselben Verlustfaktor wie das Material der Partikel 120), um ein homogenes Erwärmen über die gesamte Formkavität 115 und deren Randbereiche zu erreichen, wenn die elektromagnetische Strahlung zugeführt wird.
  • Es sei hervorgehoben, dass das Auftragen einer Isolierschicht oder eines Kunststoffmaterials mit einem ähnlichen Verlustfaktor wie die Partikel 120 auch für eine Form 110 und Formteile 112, 113, die kein Verbundmaterial wie oben diskutiert aufweisen, zur Verfügung steht.
  • Als weiteres Beispiel können, wenn es zum Aufheizen der Oberfläche der Form, welche die Formkavität 115 umschließt als hilfreich erachtet wird, Heizdrähte neben der Oberfläche der Form, welche die Formkavität 115 umschließt, angeordnet sein. Die Heizdrähte sind mit einer Energiequelle verbunden, durch die ein Heizstrom in die Heizdrähte geleitet werden kann. Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass das Aufheizen der Wände/Oberfläche der Form neben der Formkavität 115 dazu beitragen kann, ein besseres Verschmelzen der Oberflächen der Partikel 120 zu erreichen, insbesondere derjenigen Partikel, welche an die Wand der Form 110 angrenzen.
  • Das Beladen der Form 110 mit dem ersten Material, welches die Partikel 120 des expandierten Materials aufweist, kann beispielsweise über eine Zuleitung 118 erfolgen, die über eine Einlassöffnung mit der Kavität 115 der Form 110 verbunden ist. Möglich ist auch, dass das Beladen über mehrere Zuleitungen und Einlassöffnungen erfolgt.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das Beladen auch dadurch erfolgen, dass die beweglichen Formteile 112, 113 der Form 110 zunächst voneinander wegbewegt werden, so dass sich zwischen den Formteilen 112, 113 eine oder mehrere Öffnungen ergeben, durch die das Beladen erfolgen kann (diese Option ist in den Figuren nicht explizit dargestellt). Nachdem das Beladen der Form 110 abgeschlossen ist, können die beweglichen Formteile 112, 113 zusammengefahren und/oder die Einlassöffnung(en) geschlossen werden, so dass die Kavität 115 einen abgeschlossenen Formraum bildet. Der Zustand, in dem die Formteile 112, 113 zum Beladen mit dem ersten Material mit den Partikeln 120 voneinander wegbewegt werden, kann als Beladungszustand oder „Crackspaltzustand“ bezeichnet werden, und eine Form, die eine solche Beladung verwendet, kann als „Crackspaltformwerkzeug“ bezeichnet werden.
  • Das Maß, zu dem die Form 110 im Beladungszustand geöffnet wird, kann das verfügbare Beladungsvolumen der Form 110 beeinflussen. Das verfügbare Beladungsvolumen kann wiederum die Menge an Material beeinflussen, das in das Dämpfungselement „eingearbeitet“ wird, und somit die mechanischen Eigenschaften des Dämpfungselements, wie beispielsweise Dichte, Steifigkeit und/oder Elastizität.
  • Die Verwendung eines Crackspalts während des Beladens kann dazu beitragen, die Dichte in einem Bereich des herzustellenden Partikelschaumformteils zu erhöhen, in dem sich die Dichte andernfalls als zu niedrig erweisen würde. In einem solchen Bereich kann die Form beispielsweise zu einem größeren Maße geöffnet werden und somit mit Partikeln „überfüllt“ werden, was zu einer stärkeren Kompression der Partikel beim Schließen der Form führt und somit zu einer erhöhten Dichte im geformten Formteil.
  • Ganz allgemein beeinflusst der Abstand zwischen den Formteilen in der Crackspaltposition das verfügbare Beladungsvolumen und somit die Menge an Partikeln, die im Beladungszustand in die Form 110 gefüllt werden können, und auch das Maß an Kompression, das die Partikel beim Schließen der Form 110 erfahren (angenommen, dass beispielsweise das verfügbare Beladungsvolumen vollständig ausgeschöpft wird und die Form 110 immer in dieselbe Endposition geschlossen wird; andernfalls können die Füllhöhe und die spezifische Ausgestaltung der geschlossenen Position der Form 110 ebenfalls das Maß der Kompression beeinflussen). Ein größerer Abstand zwischen den Formteilen 112 und 113 in der Crackspaltposition, d.h. eine größere Spalthöhe, wird ermöglichen, dass mehr Partikel in die Form 110 gefüllt werden, die deshalb stärker komprimiert werden, wenn die Form 110 geschlossen wird, im Vergleich zu einer kleineren Spalthöhe (wieder unter der Annahme, dass beispielsweise das verfügbare Beladungsvolumen vollständig ausgeschöpft wird und die geschlossene Position der Form gleich ist, unabhängig von der Spalthöhe; ist dies nicht der Fall, so können die Füllhöhe und die Details der geschlossenen Position der Form die Kompression ebenfalls beeinflussen, wie bereits erwähnt).
  • Zusammengefasst kann die Form 110 zwei Formteile 112 und 113 aufweisen (mehr als zwei Formteile sind ebenfalls möglich, werden jedoch hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht explizit diskutiert), und beim Crackspaltformen sind die beiden Hälften 112, 113 zum Beladen der Form 110 in einer Crackspaltposition angeordnet, in der sie im Vergleich zu der geschlossenen Position mit einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, und sie werden anschließend vor dem Verschmelzen der Oberflächen der Partikel 120 zusammengedrückt, wodurch die Partikel in der Formkavität 115 komprimiert werden. Der Abstand zwischen den Formteilen 112 und 113 während des Beladens, d.h. das Maß, zu dem die Form 110 zum Beladen geöffnet wird, beeinflusst das verfügbare Beladungsvolumen zwischen den zwei Teilen 112 und 113, und er kann somit die Menge an Partikeln 120, die in die Form 110 gefüllt werden können, beeinflussen oder bestimmen. Dies kann wiederum das Maß der Kompression, das die Partikel 120 beim Schließen der Form 110 erfahren, beeinflussen oder bestimmen.
  • Während des Beladens der Form 110 können die Formteile 112 und 113 mit unterschiedlichen Abständen in unterschiedlichen Bereichen der Form 110 voneinander beabstandet sein, sodass während des Schließens der Form 110 die Formteile 112 und 113 über unterschiedliche Abstände in den unterschiedlichen Bereichen aufeinander zu bewegt werden. Die Formteile 112 und 113 können beispielsweise mehrere einzelne Unterteile aufweisen, und die Spalthöhe zwischen einem Unterteil des ersten Formteils 112 und ein entsprechender Unterteil des zweiten Formteils 113 kann für jeden Unterteil individuell gesteuert und variiert werden. Es ist außerdem möglich, dass nur einer der beiden (oder mehreren) Formteile 112 oder 113 solche einzelnen Unterteile aufweist, während dies bei dem anderen Formteil bzw. den anderen Formteilen nicht der Fall ist, was eine einfachere Konstruktion der Form ermöglichen kann. Im Falle das mindestens ein Formteil 112 oder 113 individuell steuerbare Unterteile aufweist, können die Spalthöhe und somit das Beladen der Form 110 und die Kompression des ersten Materials mit den Partikeln 120 dennoch lokal gesteuert werden.
  • Das erste Material und insbesondere die Schaumpartikel 120 können somit mit unterschiedlicher Stärke in unterschiedlichen Bereichen der Form 110 komprimiert werden. Dies ermöglicht z.B. das Erreichen unterschiedlicher Dichten im geschlossenen Zustand der Form 110. Es kann auch möglich sein, Variationen der Dichte aufgrund unterschiedlicher Dicken in der Formkavität 115 auszugleichen oder zu kompensieren.
  • Wenn beispielsweise Sohlen für Fußbekleidung in der Form 110 hergestellt werden, ist das resultierende Partikelschaumformteil im Allgemeinen im vorderen Abschnitt wesentlich dünner als im hinteren. Im Querschnitt ist eine solche Sohle ungefähr keilförmig. Wenn ein Formteil 112 oder 113 beispielsweise um eine Schwenkachse geschwenkt wird, um die Crackspaltposition zu erzeugen, wobei die Achse am dünneren Ende der Form 110 quer zur Längsachse der Form 110 angeordnet ist (mit anderen Worten exzentrisch angeordnet), so wird beim Zurückschwenken in die geschlossene Position der Form 110 eine ungefähr konstante Dichte der darin enthaltenen Schaumpartikel 120 erreicht. Diese Option kann somit z.B. auf vorteilhafte Weise bei der Herstellung von Produkten angewandt werden, die einen keilförmigen Querschnitt haben. Nochmals, während des Schließens der Form 110 können die Formteile 112 und/oder 113 beispielsweise um eine exzentrisch angeordnete Schwenkachse geschwenkt werden.
  • Außerdem können einzeln steuerbare Unterteile für die Formteile 112 und/oder 113 oder eine exzentrisch angeordnete Schwenkachse bzw. exzentrisch angeordnete Schwenkachsen auch verwendet werden, um Bereiche der Formkavität 115 mit unterschiedlichen Dicken so gleichmäßig wie möglich zu komprimieren, um zu erreichen, dass in dem gesamten Partikelschaumformteil das Aufheizen und die Qualität der Verschmelzung möglichst gleichmäßig ist. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, wenn bestimmte Bereiche stärker aufgeheizt werden sollen, dass in diesen Bereichen eine größere Kompression erfolgt, sodass die Schaumpartikel 120, die sich dort befinden, aufgrund ihrer größeren Dichte elektromagnetische Strahlung stärker absorbieren. Folglich ist es möglich, während der Herstellung der Partikelschaumformteile ein vorbestimmtes, nicht-konstantes Temperaturprofil festzulegen.
  • Es sei erwähnt, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Aspekte bezüglich des soeben beschriebenen Crackspaltbeladens der Form 110 einzeln umgesetzt werden können, ohne Vorheizen der Partikel 120, doch auch in Kombination mit den anderen Aspekten und Merkmalen der vorliegenden Erfindung, die oben und nachfolgend beschrieben werden.
  • 1b zeigt die geschlossene Form 110 beladen mit dem ersten Material mit den Partikeln 120 des expandierten Materials. Die eine bzw. die mehreren Zuleitungen 118 und/oder Einlassöffnungen können mit der Form 110 oder den Formteilen 112, 113 verbunden sein. Für die Verarbeitung können in einem Beispiel ein oder mehrere Luftkanäle hinzugefügt werden. Auf diese Weise wird das Injizieren von Luft zum Abkühlen und/oder Stabilisieren ermöglicht. Außerdem wird das Umleiten überschüssigen Gases oder das Reduzieren des Drucks in der Form ermöglicht.
  • In einem Beispiel können die Partikel 120 verwirbelt werden, wenn sie in die Form 110 geladen werden. Dies kann durch Luftströme oder andere Gasströme erreicht werden. Der Luftstrom kann der Form 110 durch die Zuleitungen 118 oder die Einlassöffnungen, die ebenfalls zum Laden der Partikel 120 verwendet werden, zugeführt werden, oder es können spezifische Leitungen verwendet werden, um Luftströme in die Form 110 zu injizieren. Verwirbelung kann vorteilhaft sein, um die Partikel zu trennen, wenn sie in die Form geladen werden, um Clusterbildung zu vermeiden und die Verteilung zu ermöglichen.
  • Wie oben erwähnt, können die Partikel 120 vor dem Laden in die Form 110 beispielsweise in einem Vorratsbehälter gelagert werden und/oder mit dem energieabsorbierenden Material vermischt, überzogen, darin eingeweicht oder damit imprägniert werden usw. Wie oben erwähnt, kann das energieabsorbierende Material den Partikeln 120 z.B. in einer Zuleitung 118, welche zum Beladen der Form 110 mit den Partikeln 120 verwendet wird, zugegeben werden. Dies kann eine dosierte Zugabe des energieabsorbierenden Materials erlauben, sodass die Menge an energieabsorbierendem Material pro Partikel 120 während des Beladens der Form 110 eingestellt und variiert werden kann. Die Verwendung eines energieabsorbierenden Materials kann beispielsweise vorteilhaft sein, um einem Material das Absorbieren von RF-Energie zu ermöglichen, d.h. um es RF-aktiv zu machen (oder aktiv in Bezug auf eine andere Art von elektromagnetischer Strahlung und/oder Induktion). Die Verwendung eines energieabsorbierenden Materials kann auch eingesetzt werden, um die nötige Energie durch Vorheizen zu reduzieren, statt durch RF-Verschmelzung. Außerdem kann die Verwendung eines energieabsorbierenden Materials hilfreich sein beim Versuch, die RF-Absorption mehrerer Materialien in einem Formteil auszugleichen. Seine Verwendung kann beispielsweise dazu beitragen, eine Verarbeitung innerhalb eines idealen Verarbeitungsbereichs zu erreichen, wobei das Verarbeitungsfenster für ein Material (oder beide) angepasst wird, sodass ein optimales Fenster gefunden werden kann.
  • In einem Beispiel kann das Laden der Partikel 120 erreicht werden, indem der Materialbehälter wiederholt geöffnet und geschlossen wird. Die Öffnungs- und Schließzeiten können beispielsweise im Bereich von 500 Millisekunden bis 1 Sekunde liegen. Auf diese Weise wird es möglich, die Partikel periodisch von dem Behälter zu der Zuleitung 118 und schließlich zu der Form 110 zu befördern. Dies kann dazu führen, dass Brücken der Schaumpartikel 120 aufgebrochen werden, sodass die Partikel 120 mindestens teilweise voneinander getrennt werden. Dies kann vorteilhaft sein, wenn die Schaumpartikel 120 eine haftende Oberfläche haben, wie z.B. eTPU-Schaumpartikel 120.
  • Sobald eine ausreichende Menge an Partikeln 120 ist der Form 110 ist, wird die Form 110 geschlossen und/oder die Zuleitungen 118 und/oder Einlassöffnungen werden geschlossen. Um zu bestimmen, ob eine ausreichende Menge an Partikeln 120 eingefüllt wurde, kann die Form 110 beispielsweise nach Volumen beladen werden, und wenn ein Feedback-Druck hoch genug ist, geht man davon aus, dass die Form 110 ausreichend gefüllt ist. Oder die Form 110 wird nach Gewicht beladen.
  • In einem Beispiel ist es möglich, einen variablen Druck an die Formkavität 115 anzulegen. Das Zuführen von Druck an die Formkavität 115 kann die Verarbeitung der Partikel 120 verbessern. Wenn der Formkavität 115 beispielsweise während des Beladens Druck angelegt wird, erleichtert dies ebenfalls das Beladen der Form 110, da die Partikel 120 verkleinert werden, d.h. unter Kompression sind. Es ist außerdem möglich, einen negativen Druck anzulegen (d.h. ein Vakuum).
  • Dies ist vorteilhaft, wenn die Schaumpartikel 120 und/oder die zugeführte komprimierte Luft eine bestimmte Feuchtigkeit aufweisen.
  • Die Partikel 120 können zufällig angeordnet sein. Die Partikel 120 oder mindestens einige der Partikel 120 können jedoch auch zueinander ausgerichtet oder anderweitig willentlich innerhalb der Form 110 angeordnet sein.
  • Die Partikel 120 können beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen: expandiertes thermoplastisches Polyurethan (eTPU), z.B. eT-PU, das einen dielektrischen Verlustfaktor D von 0,2 bei einer elektromagnetischen Strahlung mit einer Frequenz von 1 MHz aufweist, expandiertes Polyamid (ePA) und/oder expandiertes Polyetherblockamid (ePEBA). Andere Materialien, die verwendet werden können, sind z.B. PLA, PEBA, PET, PBT und TPEE. Das erste Material kann nur eine Sorte von Partikeln 120 aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, dass das erste Material, mit dem die Form 110 beladen wird, ein Gemisch aus verschiedenartigen Partikeln 120 aufweist. Beispielsweise können sich die Partikel 120 in ihrer Gestalt, Größe, Farbe, Dichte und/oder Kombinationen hieraus sowie in ihrem jeweiligen expandierten Material unterscheiden. Je nach Zweck des Kunststoffformteils, das geformt werden soll, kann der Durchmesser der Partikel 120 vorzugsweise im Bereich von 3 mm bis 5 mm liegen.
  • Möglich ist ferner, dass die Partikel 120 ein energieabsorbierendes Material aufweisen, welches die durch das mindestens eine elektromagnetische Feld zugeführte Energie absorbiert - wie bereits erwähnt und nachfolgend näher beschrieben - und welches somit zum Verschmelzen (oder Vorheizen) der Oberflächen der Partikel 120 beiträgt. Dieses energieabsorbierende Material kann den Partikeln 120 beispielsweise vor dem Beladen der Form 110 zugegeben werden. Beispielsweise können die Partikel 120 vor Beladen der Form 110 mit dem energieabsorbierenden Material versehen werden, indem sie darin gelagert oder mit diesem vermengt werden. Es ist auch möglich, dass das energieabsorbierende Material den Partikeln 120, wie in 1a gezeigt, während des Beladens der Form 110 zugegeben wird, beispielsweise über eine Zuführung 119 in der Zuleitung 118.
  • Im einfachsten Falle werden die Partikel 120 dabei mit einer gleichbleibenden Menge an energieabsorbierendem Material versehen. D.h., die Menge an energieabsorbierendem Material ist für alle Partikel 120 im Wesentlichen gleich. „Im Wesentlichen gleich“ kann dabei bedeuten, soweit die zur Zugabe des energieabsorbierenden Materials gewählte Verfahrensweise und die Schwankungen in den Abmessungen der Partikel 120 dies erlauben. In diesem Falle kann also eine im Wesentlichen homogene Verteilung des energieabsorbierenden Materials innerhalb des ersten Materials mit den Partikeln 120 vorliegen.
  • Es ist jedoch auch möglich, dass die zugegebene Menge an energieabsorbierendem Material pro Partikel 120 innerhalb der Form 110 variiert. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass vor Beladen der Form 110 Gemische von Partikeln 120 und energieabsorbierendem Material vorbereitet werden, die jeweils einen unterschiedlichen Gehalt an energieabsorbierendem Material aufweisen, und mit denen die Form 110 entsprechend der gewünschten Verteilung des energieabsorbierenden Materials innerhalb der Form 110 nachfolgend beladen wird. Oder die über die Zuführung 119 zugegebene Menge an energieabsorbierendem Material wird während des Beladens der Form 110 entsprechend variiert.
  • Durch eine variierende Menge des energieabsorbierenden Materials kann dabei die Menge an Energie, die den Partikeln 120 durch das elektromagnetische Feld zugeführt wird (der Schritt des Zuführens der Energie in Form von mindestens einem elektromagnetischen Feld wird unten noch weiter erläutert), d.h. die Menge, die von den Partikeln tatsächlich absorbiert wird, lokal beeinflusst werden. Beispielsweise kann die Energiemenge, die von den Partikeln aus dem elektromagnetischen Feld absorbiert wird, proportional zur Menge an energieabsorbierendem Material sein, die ein gegebenes Partikel 120 aufweist. Die Energiemenge, die ein Partikel 120 absorbiert, kann wiederum Einfluss darauf haben, wie stark die Oberfläche des Partikels 120 mit den Oberflächen seiner Nachbarpartikel verschmilzt. Beispielsweise kann die Oberfläche eines Partikels 120 umso stärker mit den Oberflächen der Nachbarpartikel verschmelzen, je mehr Energie dem Partikel 120 zugeführt und von diesem absorbiert wird.
  • 1c illustriert beispielsweise einen Fall, in dem die Form 110 mit drei Schichten 122, 123 und 124 von Partikeln 120 beladen ist, wobei die drei Schichten 122, 123 und 124 jeweils eine andere Menge an energieabsorbierendem Material pro Partikel 120 aufweisen. Im hier gezeigten Fall weist die untere Schicht 122 die größte Menge an energieabsorbierendem Material pro Partikel 120 auf und die obere Schicht 124 die kleinste Menge. Wie bereits erwähnt, kann die Menge an energieabsorbierendem Material pro Partikel 120 jedoch auch anderweitig innerhalb der Form 110 variieren, um den gewünschten Grad der Verschmelzung der Oberflächen der jeweiligen Partikel 120 lokal einzustellen.
  • Das energieabsorbierende Material kann beispielsweise Wasser aufweisen oder aus Wasser bestehen, oder es kann aus einem Material bestehen, welches ein Metall aufweist, beispielsweise ein Metallpulver wie Eisenfeilspäne. Die Wahl des energieabsorbierenden Materials kann davon abhängen, auf welche Art und Weise die Energie, die zum Verschmelzen der Oberflächen der Partikel 120 führt, zugeführt wird.
  • Das Verfahren 100 kann nämlich ferner das Verschmelzen der Oberflächen der Partikel 120 durch Zuführen von Energie umfassen, wobei die Energie in Form mindestens eines elektromagnetischen Feldes 130, 140 zugeführt wird. Die Zykluszeit für einen Verschmelzungsschritt hängt von verschiedenen Parametern ab (z.B. der Dichte der Partikel 120) und kann so optimiert werden, dass sie in einem gewünschten Bereich liegt. Der Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass es möglich ist, den Verschmelzungsschritt sehr kurz zu gestalten; die Zykluszeit für einen Verschmelzungsschritt kann beispielsweise im Bereich von 5 Sekunden bis 2 Minuten liegen. Dies bedeutet, dass die Zykluszeiten im Vergleich zum konventionellen Dampfformen von eTPU/Partikelschäumen, z.B. für Sportartikel, wesentlich kürzer sein können.
  • Es sei außerdem angemerkt, dass das Verfahren zur Herstellung auch das Messen eines Zustands der Form 110 sowie der verschiedenen Formteile beinhalten kann. Insbesondere kann eine Temperatur der Partikel 120 an einer oder mehreren Stellen in der Form 110 gemessen werden. Dies ist vorteilhaft, um die Zykluszeit zu optimieren und die Parameter (wie elektromagnetische Strahlung) anzupassen, um ein verlässliches Verschmelzen der Partikel 120 zu erreichen.
  • Die Energie kann beispielsweise in Form elektromagnetischer Strahlung 130 zugeführt werden, wie z.B. in 1d gezeigt. Die Strahlung 130 kann dabei von einer Strahlungsquelle 131 emittiert werden.
  • Bei der Strahlung 130 kann es sich beispielsweise um Strahlung 130 im Mikrowellenbereich handeln, d.h. Strahlung mit einer Frequenz im Bereich von 300 MHz bis 300 GHz. Die Strahlung 130 kann auch Strahlung im Radiofrequenzbereich sein, das heißt Strahlung mit einer Frequenz im Bereich von 30 kHz bis 300 MHz.
  • Es ist ferner möglich, dass die Energie in Form von Strahlung 130 in einem anderen Frequenzbereich als den eben genannten Frequenzbereichen zugeführt wird. Als konkretes Beispiel kann die Energie in Form von Infrarot(IR)-Strahlung 130 zugeführt werden. Auch die Verwendung von Ultraviolett(UV)-Strahlung 130 kann in Betracht gezogen werden.
  • Wenn es sich bei der Strahlung 130 um Strahlung im Mikrowellenbereich handelt, so kann Wasser als energieabsorbierendes Material gut geeignet sein, da die Bestrahlung von Wasser mit Mikrowellenstrahlung zum Erhitzen des Wassers führt. Auch für Strahlung 130 im Radiofrequenzbereich oder Infrarotbereich kann Wasser als energieabsorbierendes Material in Betracht kommen.
  • Wie beispielsweise in 1e gezeigt, kann die Energie ferner durch elektromagnetische Induktion zugeführt werden. Hierzu erzeugt beispielsweise ein Induktionsgenerator 141 (auch mehrere Induktionsgeneratoren sind denkbar) ein elektromagnetisches Feld 140, das einen magnetischen Fluss Φ aufweist, der sich im Laufe der Zeit verändert. Wird elektromagnetische Induktion verwendet, so weisen die Partikel 120 vorzugsweise ein energieabsorbierendes Material auf, welches eine gewisse elektrische Leitfähigkeit besitzt, zum Beispiel ein Metallpulver wie Eisenfeilspäne. Der magnetische Fluss Φ, der sich im Laufe der Zeit verändert, kann dann in diesem elektrisch leitenden Material Wirbelströme erzeugen, welche das Material erhitzen und somit zum Verschmelzen der Oberflächen der Partikel 120 beitragen.
  • Bei den in den 1d und 1e gezeigten Ausführungsformen wird allen Teilbereichen der Form 110 in etwa die gleiche Menge an Energie in Form der elektromagnetischen Felder 130, 140 bereitgestellt. Zu bedenken ist hierbei jedoch, dass die Menge an Energie, welche den Partikeln 120 zum Verschmelzen der Oberflächen zugeführt wird, d.h. die Menge an Energie, die diese tatsächlich absorbieren, nicht allein von der Menge der durch die elektromagnetischen Felder 130, 140 grundsätzlich zur Verfügung gestellten Energie abhängt, sondern auch von dem Anteil der verfügbaren Energie, den die Partikel 120 den elektrischen Feldern 130, 140 tatsächlich entnehmen. Dies kann, wie bereits oben dargelegt, beispielsweise dadurch gesteuert werden, dass die Partikel 120 mit einem energieabsorbierenden Material versehen werden oder dass dessen Dosierung in verschiedenen Teilbereichen der Form 110 variiert wird.
  • Eine weitere Option besteht darin, die Form 110 oder Formteile 112, 113 an ihrer Innenseite (d.h. der Seite, die der Formkavität 115 zugewandt ist) selektiv mit Bereichen zu versehen, die EM-Strahlung stärker absorbieren, sodass bei Anlegen von EM-Strahlung diejenigen Bereiche, welche die Strahlung stärker absorbieren, sich so aufheizen, dass die Partikel 120 und somit die Oberfläche eines Partikelschaumformteils in diesem Bereich stärker geschmolzen werden als in den übrigen Bereichen. Diese Bereiche, welche elektromagnetische Strahlung stärker absorbieren, können mit der Gestalt einer bestimmten Marke, eines bestimmten Logos oder dergleichen versehen werden, sodass diese Gestalt dem fertigen Partikelschaumformteil durch Schmelzen der Oberfläche des Partikelschaumformteils eingeprägt wird. Auf diese Weise kann das Partikelschaumformteil mit einer Kennzeichnung versehen werden, ohne dass ein separater Verarbeitungsschritt notwendig ist.
  • Alternativ oder zusätzlich ist es außerdem möglich, dass die Menge an Energie, die den Partikeln 120 zugeführt wird, beeinflusst wird, indem die Menge an Energie variiert wird, die von den elektromagnetischen Feldern für die unterschiedlichen Teilbereiche der Form überhaupt zur Verfügung gestellt wird.
  • Die 1f und 1g zeigen beispielsweise Ausführungsformen, bei denen in einem ersten Teilbereich 150 der Form 110 mehr Energie zur Verfügung gestellt wird als in einem zweiten Teilbereich 155. Dies wird dadurch erreicht, dass der erste Teilbereich 150 mit elektromagnetischer Strahlung 130 mit einer Frequenz f1 bestrahlt wird und der zweite Teilbereich 155 mit elektromagnetischer Strahlung 135 mit einer Frequenz f2, wobei die Frequenz f1 höher als die Frequenz f2 ist. Beide Frequenzen f1 und f2 können dabei beispielsweise aus den oben genannten Frequenzbereichen (Mikrowellen, Radiowellen, Infrarot, UV) ausgewählt werden, oder aus einem oder mehreren anderen Frequenzbereichen. Folglich „transportiert“ die Strahlung 130 mehr Energie in den ersten Teilbereich 150 der Form 110 als die Strahlung 135 in den zweiten Teilbereich 155 der Form 110 transportiert. Wie in 1f gezeigt ist es möglich, dass beide Strahlungsarten 130 und 135 von einer einzigen Strahlungsquelle 131 emittiert werden. Hierzu kann die Strahlungsquelle 131 beispielsweise eine Vorrichtung zur Frequenzverdopplung enthalten. Es ist jedoch auch wie in 1g gezeigt möglich, dass jede der beiden Strahlungsarten 130 und 135 von einer jeweiligen separaten Strahlungsquelle 131 und 136 emittiert wird. Die Strahlung kann von einer geeigneten Strahlungsquelle erzeugt werden, die eine Schaltung zum Leiten der elektromagnetischen Wellen aufweist. Wenn die Resonanzfrequenz verwendet wird, kann die maximale Leistung übertragen werden.
  • Eine Beeinflussung der zur Verfügung stehenden Energiemenge ist jedoch nicht nur über eine Variation der Frequenz möglich. 1h zeigt beispielsweise eine Ausführungsform, in der die den Teilbereichen 150 und 155 der Form 110 zur Verfügung gestellte Energiemenge durch die Intensität der dort einfallenden Strahlung 130 und 135 gesteuert wird. Als Intensität wird hierbei die pro Flächen- und Zeiteinheit einfallende Energiemenge der elektromagnetischen Strahlung bezeichnet. Sie ist im Allgemeinen proportional zum Quadrat der Amplitude der einfallenden Strahlung.
  • Wie zuvor erwähnt, ist es denkbar, die Partikel 120 vor dem eigentlichen Verschmelzen der Partikel 120 vorzuheizen. So können die Partikel 120 zunächst auf eine bestimmte Temperatur vorgeheizt werden, sodass sie sich in Bezug auf die elektromagnetische Strahlung, die anschließend zum Verschmelzen angelegt wird, in einem bevorzugten Absorptionsbereich befinden. Dieses Vorheizen kann in der Form 110 oder vor dem Laden oder während des Ladens der Partikel in die Form 110 stattfinden.
  • Ähnlich wie die Verwendung eines energieabsorbierenden Materials, wie sie oben beschrieben ist, kann das Vorheizen der Partikel beispielsweise verwendet werden, wenn die RF-Absorption mehrerer Materialien in einem Formteil ausgeglichen werden soll, da es dazu beitragen kann, den Betrieb innerhalb eines idealen Verarbeitungsbereichs zu erreichen, wobei das Verarbeitungsfenster bei einem oder mehreren Materialien angepasst wird, sodass ein optimales Verarbeitungsfenster für den gesamten Vorgang gefunden werden kann.
  • Das Vorheizen der Partikel 120 kann vorteilhaft sein, wenn es bereits während des Schrittes des Beladens erfolgt, aber auch, während die Form 110 geschlossen wird. Ein solches Vorheizen kann den Durchsatz des Systems erhöhen, da die Zeit, die für den eigentlichen Verschmelzungsschritt benötigt wird, und somit die Zeit, während der die Partikel 120 in der Form 110 zu halten sind, reduziert werden kann.
  • Zusätzlich oder alternativ ist es in einem Beispiel möglich, RF-Strahlung bei einer ersten, niedrigeren elektrischen Leistung oder elektrischen Spannung anzulegen (z.B. während des Ladens und/oder wenn sich die Partikel 120 in der Form 110 befinden), um das Material auf eine bestimmte Temperatur vorzuheizen. Danach kann die elektrische Leistung oder elektrische Spannung erhöht werden, entweder schrittweise oder schlagartig. Die elektrische Leistung oder elektrische Spannung kann auch in unterschiedlichen Teilbereichen (z.B. den Bereichen 150, 155) der Form 110 erst mit niedrigeren Werten angelegt werden, bevor sie erhöht wird. Es wird somit möglich, nur ein teilweises Vorheizen der Partikel 120 zu erreichen. Dies kann hilfreich sein, wenn Partikel 120 verwendet werden, die unterschiedliche Eigenschaften haben (z.B. Größe oder absorbierendes Material).
  • Die elektrische Leistung oder elektrische Spannung der elektromagnetischen Strahlung 130, 135, 140 kann ebenfalls schrittweise erhöht werden. Ein Erhöhen der Strahlungsleistung kann so gewählt werden, dass die komplette Zykluszeit für die Herstellung eines einzelnen Formteils innerhalb eines gewünschten Bereichs für die Herstellung liegt, z.B. im Bereich von 5 Sek. - 2 Min. Im Vergleich zu konventionellen Verfahren zur Herstellung von Sportartikeln kann das erfindungsgemäße Verfahren somit wesentlich schneller sein. Im Allgemeinen kann die Zeit zum Hochfahren der Strahlungsleistung frei gewählt werden und sie kann angepasst werden, um den Verschmelzungsvorgang der Oberflächen der Partikel 120, und somit die gesamte Verschmelzung des Formteils, zu steuern. Je nach Material der Partikel 120 kann ein zu schnelles Hochfahren die Zellstruktur der Partikel beschädigen, wohingegen ein zu langsames Hochfahren ineffizient sein oder zu unzulänglichen Verschmelzungsergebnissen führen kann.
  • Nach dem Vorheizen kann die elektromagnetische Strahlung 130, 135, 140 angelegt werden, um eine optimale Leistungsübertragung zu erreichen. Dieses Vorgehen kann auch hilfreich sein, wenn Materialien verwendet werden, die einen temperaturabhängigen dielektrischen Verlustfaktor aufweisen.
  • Während bei der in 1h gezeigten Ausführungsform dabei beide Strahlungsarten 130 und 135 dieselbe Frequenz f1 haben und die Strahlung 130 die Intensität I1 hat, die höher ist als die Intensität I2 der Strahlung 135, ist dem Fachmann klar, dass in anderen Ausführungsformen eine Variation der Intensität mit einer Variation der Frequenz kombiniert werden kann und dass es grundsätzlich auch möglich ist, mehr als zwei verschiedene Strahlungsarten einzusetzen.
  • Ferner wird darauf verwiesen, dass auch zum Erzeugen von zwei oder mehreren Strahlungen 130, 135 mit verschiedenen Intensitäten eine einzige Strahlungsquelle eingesetzt werden kann. In 1h wird jedoch die Strahlung 130 mit der höheren Intensität I1 von der Strahlungsquelle 131 emittiert und die Strahlung 135 mit der geringeren Intensität I2 von der separaten Strahlungsquelle 136.
  • Bei den in den 1f-h gezeigten Ausführungsformen bestrahlt die erste Strahlung 130 zudem lediglich den ersten Teilbereich 150 und die zweite Strahlung 135 lediglich den zweiten Teilbereich 155. Es ist aber in anderen Ausführungsformen (nicht gezeigt) auch möglich, dass ein erstes elektromagnetisches Feld, beispielsweise das Feld 135 aus der Quelle 136, als Grundfeld die gesamte Form 110 mit einer Grundenergiemenge versorgt und eine Erhöhung der in einem Teilbereich der Form 110 zur Verfügung gestellten Energie, z.B. eine Erhöhung der in dem Teilbereich 150 zur Verfügung gestellten Energie, dadurch erreicht wird, dass dieser Teilbereich mit Strahlung aus einer zusätzlichen Strahlungsquelle, z.B. mit der Strahlung 130 aus der Quelle 131, bestrahlt wird. Mit anderen Worten, einzelne Teilbereiche der Form 110 können durch zusätzliche elektromagnetische Felder, z.B. in Form von Strahlung oder elektromagnetischer Induktion, mit zusätzlicher Energie versorgt werden.
  • Abermals wird darauf verwiesen, dass die Energiemenge, die den Partikeln 120 tatsächlich zugeführt und von diesen absorbiert wird, im Allgemeinen auch von weiteren Faktoren abhängen kann, insbesondere der Menge an gegebenenfalls beigefügtem energieabsorbierendem Material und dem Absorptionsvermögen des expandierten Materials der Partikel 120 selbst.
  • Es wird erneut hervorgehoben, dass ein Vorteil des vorliegenden Verfahrens 100 darin liegen kann, dass die Form 110 im Vergleich zu dem ersten Material mit den Partikeln 120 nur eine geringe Menge an Energie absorbiert. Beispielsweise hat sich die Verwendung von Epoxidharz für die Herstellung von Formen 110 als vorteilhaft erwiesen. Epoxidharz kann sich gut zu Formen 110 mit komplex geformten Kavitäten 115 verarbeiten lassen und es kann ein geringes Absorptionsvermögen gegenüber elektromagnetischen Feldern aufweisen. Andere aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Herstellung einer Form mit geringem Absorptionsvermögen können auch benutzt werden.
  • Ein Verhältnis der Menge an Energie, die von dem ersten Material mit den Partikeln 120 absorbiert wird, geteilt durch die Gesamtmenge an Energie, die von dem ersten Material und der Form 110 absorbiert wird, kann im Bereich von 1,0-0,2 liegen, oder im Bereich von 1,0 - 0,5, oder sogar noch besser im Bereich von 1,0 - 0,8. Der genaue Wert des Verhältnisses wird im Allgemeinen von einer Vielzahl von Faktoren abhängen, wie zum Beispiel dem für die Herstellung der Form 110 verwendeten Material, deren Masse und der Art des verwendeten elektromagnetischen Feldes oder der Felder. Je höher dieses Verhältnis ist, desto höher ist die Menge an Energie, die zum Verschmelzen der Partikel 120 benutzt wird, und desto kleiner ist die Menge an Energie, die in der Form 110 „verloren geht“.
  • In 1i ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, bei der die Form 110 weiter mit einem zweiten Material 160 beladen wurde, welches durch das verwendete elektromagnetische Feld 140 im Wesentlichen unverändert bleibt. „Im Wesentlichen unverändert“ kann bedeuten, dass die von dem zweiten Material 160 absorbierte Energiemenge nicht ausreicht, um das zweite Material 160 zu schmelzen oder anzuschmelzen oder es zu erweichen oder zu verhärten.
  • Während bei der in 1i gezeigten Ausführungsform die Energie durch elektromagnetische Induktion 140 zugeführt wird, wird darauf verwiesen, dass die folgenden Ausführungen auch bei Zuführen der Energie durch eine andere Art von elektromagnetischem Feld, beispielsweise durch elektromagnetische Strahlung wie die Strahlungen 130 oder 135, Geltung bewahren. Der Übersichtlichkeit halber wird im Folgenden von dem Feld 140 gesprochen.
  • Beispielsweise kann das zweite Material 160 von sich aus ein geringes Absorptionsvermögen bezüglich des verwendeten elektromagnetischen Feldes 140 haben. Insbesondere kann das zweite Material 160 frei von energieabsorbierendem Material sein oder einen geringeren Gehalt an energieabsorbierendem Material aufweisen als das erste Material mit den Partikeln 120. Beispielsweise kann das zweite Material 160 ebenfalls Partikel eines expandierten Materials wie eTPU, ePA und/oder ePEBA aufweisen, jedoch ohne oder mit weniger energieabsorbierendem Material.
  • Die Partikel des zweiten Materials können zufällig angeordnet sein. Oder die Partikel oder mindestens einige der Partikel des zweiten Materials können zueinander ausgerichtet oder anderweitig willentlich in der Form 110 angeordnet sein.
  • Das zweite Material 160 kann auch ein anderes geschäumtes oder nicht geschäumtes Kunststoffmaterial aufweisen. Das zweite Material 160 kann beispielsweise geschäumtes Ethylenvinylacetat (EVA) aufweisen.
  • Optional kann die Form auch mit weiteren Materialien beladen werden, insbesondere mit weiteren Materialien, die durch das elektromagnetische Feld 140 ebenfalls im Wesentlichen unverändert bleiben. Bei der in 1i gezeigten Ausführungsform wurde die Form 110 beispielsweise mit einem dritten Material 165 beladen, das durch das verwendete elektromagnetische Feld 140 im Wesentlichen unverändert bleibt. Bei dem dritten Material 165 kann es sich z.B. um Gummi handeln. Für solche weiteren Materialien gelten die zum zweiten Material 160 angestellten Überlegungen analog.
  • In der in 1i gezeigten Ausführungsform sind das erste Material mit den Partikeln 120, das zweite Material 160 und das dritte Material 165 in einem Schichtaufbau angeordnet. Dem Fachmann ist jedoch klar, dass das erste Material, das zweite Material 160 und gegebenenfalls weitere Materialien auch in einer Vielzahl von anderen Anordnungen innerhalb der Form 110 angeordnet werden können. Somit erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren 100 die Herstellung mannigfaltig gestalteter Kunststoffformteile.
  • Die Ausgestaltung der Form 110 und die Positionierung des ersten Materials mit den Partikeln 120 als Zwischenschicht zwischen einer oberen Schicht mit dem zweiten Material 160 (beispielsweise geschäumtes EVA) und einer unteren Schicht mit dem dritten Material 165 (beispielsweise Gummi) wie in 1i gezeigt kann zur Herstellung eines Dämpfungselements für Sportbekleidung, z.B. einer Schuhsohle oder eines Teils davon, gut geeignet sein. Eine so hergestellte Schuhsohle kann dann zu einem Schuh, beispielsweise einem Sportschuh, weiterverarbeitet werden.
  • Das Herstellungsverfahren 100 kann außerdem auch einen Schritt des Stabilisierens des Partikelschaumformteils nach dem Verschmelzen beinhalten. Dies kann erfolgen, indem das Formteil nach dem Verschmelzen in der Form 110/dem Werkzeug verbleibt, sodass das Formteil die gewünschte Gestalt beibehält. In einem Beispiel kann das Formteil auch aktiv abgekühlt werden, um die Stabilisierung des Formteils zu beschleunigen. Aktives Abkühlen kann das Zuführen von Umgebungsluft oder eines gasförmigen oder flüssigen Kühlmittels beinhalten.
  • Die Form 110 kann auch Kühlkanäle oder Kühlrippen für diesen Zweck aufweisen.
  • Das Verfahren 100 kann auch den Schritt des Entformens des Formteils umfassen, ein Schritt, der in einer separaten Entformungsstation durchgeführt werden kann. In einem Beispiel kann die Entformung durchgeführt werden, indem die Formhälften 112, 113 auseinandergebracht werden. Außerdem können Entformungsstößel für die Entformung vorgesehen sein, mit denen das Formteil aus einer der beiden Formhälften 112 und 113 gedrückt wird.
  • Schließlich wird abermals darauf verwiesen, dass bei der Durchführung des Verfahrens 100 die hier diskutierten Optionen und Ausgestaltungsmöglichkeiten beliebig miteinander kombiniert werden können, und dass die hier explizit diskutierten Ausführungsformen lediglich einige spezifische Beispiele darstellen, um das Verständnis der Erfindung zu fördern. Das erfindungsgemäße Verfahren 100 kann aber nicht auf die hier explizit beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt werden.
  • Die 2a-c zeigen beispielhafte Kunststoffformteile 201-203, die gemäß den in diesem Dokument beschriebenen Verfahren hergestellt werden können. Das Kunststoffformteil 201 weist Partikel aus ePEBA auf, wohingegen die Kunststoffformteile 202-203 jeweils Partikel aus eTPU aufweisen.
  • Es sei angemerkt, dass einige Kanten der in den 2a-c gezeigten Kunststoffformteilen 201-203 so abgeschnitten worden sind, sodass nicht alle Kanten eine Oberflächenstruktur aufweisen, wie sie durch Verschmelzen der Kunststoffformteile in einer Form erzeugt wird.
  • Eine Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Partikelschaumformteils wird nun nachfolgend unter Zuhilfenahme der 3 erläutert. Diese Vorrichtung 1 besitzt mehrere Arbeitsstationen, die räumlich voneinander getrennt sind und durch eine Fördereinheit 60 miteinander verbunden sind. Mit der Fördereinheit 60 können mehrere Formwerkzeuge 3, von denen jedes eine Formkavität definiert, zwischen den einzelnen Arbeitsstationen bewegt werden.
  • Die Fördereinheit 60 weist einen oberen Förderabschnitt 61 und einen unteren Förderabschnitt 62 auf, auf denen die Formwerkzeuge 3 in verschiedene Richtungen befördert werden. Die beiden Förderabschnitte 61, 62 sind parallel zueinander angeordnet, und an den Enden der beiden Förderabschnitte befindet sich jeweils eine Hebevorrichtung 63, 64, mit der die Formwerkzeuge 3 abwärts (Hebevorrichtung 63) oder aufwärts (Hebevorrichtung 64) zwischen den Förderebenen bewegt werden können. Die beiden Förderabschnitte 61, 62 haben jeweils zwei schmale Förderbänder, die parallel zueinander angeordnet sind und auf denen die Formwerkzeuge 3 platziert werden können.
  • Auf dem oberen Förderabschnitt 61 befinden sich in Förderrichtung eine Entformungsstation 66, eine Einlegestation 67, eine Füllstation 68 und eine Schweißstation 69. Die Schweißstation 69 beinhaltet eine Presse mit einer feststehenden Bodenplatte auf der Ebene des oberen Förderabschnitts 61 und eine bewegliche obere Platte. Zwischen den beiden Platten (nicht gezeigt) kann jeweils ein Formwerkzeug 3 angeordnet sein, und mittels einer Presse werden die beiden Platten betätigt, d.h. zusammengepresst. Die beiden Platten bestehen aus einem elektrisch leitendem Material. Die feststehende Bodenplatte ist geerdet. Die bewegliche obere Platte ist mit einem RF-Generator 18 verbunden. Die beiden Platten bilden somit Kondensatorplatten 15, 16, die das Formwerkzeug 3 zwischen sich aufnehmen.
  • Auf dem unteren Förderabschnitt 62 ist ein Kühlabschnitt 70 vorgesehen, auf dem sich die Formwerkzeuge 3, die an der Schweißstation 69 erhitzt wurden, sowie die darin befindlichen Partikel abkühlen können. Der Kühlabschnitt 70 ist in der Lage, die Formwerkzeuge 3 nur mit Umgebungsluft zu kühlen, er kann aber auch mit einem Ventilator ausgestattet sein, um die Formwerkzeuge 3 einem Kühlluftstrom auszusetzen und/oder er kann eine Kühlkammer beinhalten, die mittels eines Kühlmediums unter Raumtemperatur gekühlt wird, um die Wärmeübertragung aus dem Formwerkzeug 3 zu beschleunigen. Der Kühlabschnitt 70 kann mehrere Formwerkzeuge 3 gleichzeitig aufnehmen, da das Abkühlen und/oder Stabilisieren des Partikelschaumformteils in dem Formwerkzeug 3 derjenige Arbeitsschritt ist, der am längsten dauert.
  • Auf dem unteren Förderabschnitt 62 kann ein Aufbewahrungssystem 71 für Formwerkzeuge vorgesehen sein, das mit einem automatischen Lager für die Aufbewahrung mehrerer Formwerkzeuge 3 verbunden ist, sodass unterschiedliche Formwerkzeuge 3 automatisch in die Fördereinheit 60 hineingelegt und aus ihr herausgenommen werden können.
  • Die Herstellung eines Partikelschaumformteils endet in der Entformungsstation 66, in der das Formwerkzeug 3, das aus zwei Hälften besteht, geöffnet wird und das darin hergestellte Partikelschaumformteil entfernt und ausgegeben wird.
  • Die Formwerkzeuge 3 haben einen Schließmechanismus 72, durch den die beiden Hälften des jeweiligen Formwerkzeugs 3 fest zusammengeschlossen werden, wenn sie entlang der Fördereinheit 60 befördert werden. Dieser Schließmechanismus 72 wird in der Entformungsstation 66 automatisch zum Entformen des Partikelschaumformteils geöffnet, danach werden die beiden Formhälften wieder zusammengefügt und durch den Schließmechanismus 72 miteinander verbunden. Der Schließmechanismus verbindet die beiden Formhälften so fest, dass sie sich während der Beförderung nicht auseinanderbewegen. Der Schließmechanismus kann einen Spielraum haben, sodass die beiden Formhälften während des Beladens etwas auseinandergezogen werden können, um einen Crackspalt zu formen. Der Schließmechanismus darf nicht zum Absorbieren des Drucks verwendet werden, der in der Formkavität während des Schweißens auftritt. Dieser Druck wird über die Presse in der Schweißstation 69 abgezogen.
  • Der Vorteil dieser Vorrichtung 1 besteht darin, das ein sehr hoher Durchsatz mit einer einzigen Schweißstation 69 möglich ist, da das Schweißen eines Partikelschaumformteils im Allgemeinen nicht länger als 30 Sekunden bis 2 Minuten dauert. Der Arbeitsschritt, der am längsten dauert, ist das Stabilisieren oder Abkühlen des Formwerkzeugs 3 und des darin enthaltenen Partikelschaumformteils. Da der Kühlabschnitt 70 in der Lage ist, mehrere Formwerkzeuge 3 gleichzeitig aufzunehmen, können mehrere Formwerkzeuge 3 zur gleichen Zeit stabilisiert oder gekühlt werden. Das bedeutet, dass die Verarbeitung der Formwerkzeuge 3 in der Schweißstation 69 nicht verzögert wird.
  • Ein weiterer Vorteil dieser Vorrichtung 1 besteht darin, dass unterschiedliche Werkzeuge 3, insbesondere mit unterschiedlichen Formkavitäten, gleichzeitig zirkuliert werden können. Vorzugsweise ist jedes Formwerkzeug 3 mit einem einzigartigen maschinenlesbaren Identifikationsmittel ausgestattet. Ein solches Identifikationsmittel kann beispielsweise ein Barcode oder ein RFID-Chip sein. Ein oder mehrere geeignete Lesegeräte zum Auslesen des Identifikationsmittels sind auf der Vorrichtung 1 entlang der Fördereinheit 60 vorgesehen, sodass eine Steuereinheit (nicht gezeigt) weiß, welches Werkzeug 3 sich an welcher Arbeitsstation befindet. Auf diese Weise können die einzelnen Werkzeuge 3 einzeln behandelt werden. Insbesondere können sie an der Schweißstation 69 elektromagnetischen Wellen unterschiedlicher Spannung und/oder Dauer ausgesetzt werden. Es ist außerdem möglich, die Verweildauer in dem Kühlabschnitt und die Kühlwirkung unter aktiver Kühlung zu steuern, z.B. durch Benutzen eines Ventilators.
  • Im Vergleich zu einer konventionellen Vorrichtung zur Herstellung von Partikelschaumformteilen, bei der die Schaumpartikel ausschließlich mit heißem Dampf geschweißt werden, ist die vorliegende Vorrichtung 1 viel kompakter und flexibler, da sie in der Lage ist, mehrere unterschiedliche Formwerkzeuge 3 gleichzeitig zu verarbeiten. Außerdem kann Energie durch die elektromagnetische Strahlung viel effizienter in die Formkavität geleitet werden.
  • Es kann außerdem vorteilhaft sein, an der Schweißstation 69 eine Wasser- oder Dampfzuleitung bereitzustellen, durch die Wasser und/oder Dampf in das Formwerkzeug 3 geleitet werden kann. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Schaumpartikel, die geschweißt werden sollen, bei niedrigen Temperaturen oder ganz allgemein nur einen niedrigen dielektrischen Verlustfaktor aufweisen. In einem solchen Fall wird eine begrenzte Menge an Wasser oder Dampf zugeführt. Durch die elektromagnetische Strahlung wird das Wasser zu Dampf erhitzt, oder der Dampf wird weiter erhitzt. Auf diese Weise werden die Schaumpartikel auf eine höhere Temperatur erhitzt, bei welcher der dielektrische Verlustfaktor größer ist, sodass die elektromagnetische Strahlung absorbiert wird und sie weiter erhitzt werden. Es hat sich gezeigt, dass nur einige 100 g Wasser für eine Formkavität mit einem Volumen von 50 Litern ausreichend sind. Wenn das Material der Schaumpartikel beispielsweise ePS (expandierbares Polystyrol) ist, sind 300 g Wasser oder weniger ausreichend, um die Schaumpartikel in einer Formkavität mit einem Volumen von 50 Litern zu erwärmen und zu schweißen. Beim konventionellen Schweißen, bei dem die Schaumpartikel ausschließlich durch heißen Dampf erhitzt werden, werden Dampfmengen benötigt, die mehrere Kilogramm Wasser umfassen, um eine Formkavität mit einem Volumen von 50 Litern aufzuheizen.
  • Wenn also Schaumpartikel geschweißt werden sollen, die elektromagnetische Strahlung nur in begrenztem Maße absorbieren, so gilt grundsätzlich, dass eine einzige Zugabe von Wasser von 300 g für eine Formkavität mit einem Volumen von 50 Litern ausreichend ist. Für viele Materialien, die elektromagnetische Strahlung nur leicht absorbieren, können sogar kleine Mengen an Wasser ausreichend sein. Für Formkavitäten mit unterschiedlichem Volumen kann die maximale Menge an benötigtem Wasser im selben Verhältnis an das Volumen angepasst werden.
  • Wenn Wasser unter Verwendung elektromagnetischer Strahlung in der Formkavität erhitzt wird, so ist es vorteilhaft, ein Formwerkzeug 3 zu verwenden, das einen Drucksensor besitzt, mit dem der in der Formkavität herrschende Druck gemessen werden kann. Dieser Druck ist proportional zur Temperatur. Die Einstrahlung der elektromagnetischen Strahlung wird dann vorzugsweise gemäß dem gemessenen Druckwert gesteuert, d.h. vorzugsweise für einen bestimmten Druckwert eingestellt.
  • Für diese Vorrichtung 1 mit der Fördereinheit 60 können die unterschiedlichen Aspekte der Erfindung, die oben beschrieben wurden, und insbesondere die unterschiedlichen Formwerkzeuge und Ausführungsformen des Verfahrens 100 einzeln oder in Kombination angewandt werden.
  • Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen zur Verfügung geliefert, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern:
    1. 1. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformteils, insbesondere eines Dämpfungselements für Sportbekleidung, das Folgendes umfasst:
      1. a. Beladen einer Form mit einem ersten Material, welches Partikel eines expandierten Materials aufweist; und
      2. b. Verschmelzen der Oberflächen der Partikel durch Zuführen von Energie,
      3. c. wobei die Energie in Form mindestens eines elektromagnetischen Feldes zugeführt wird.
    2. 2. Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform 1, wobei die Partikel eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen: expandiertes thermoplastisches Polyurethan, eTPU; expandiertes Polyamid, ePA; expandiertes Polyetherblockamid, ePEBA.
    3. 3. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen 1 - 2, wobei die Partikel ferner ein energieabsorbierendes Material aufweisen, welches die durch das mindestens eine elektromagnetische Feld zugeführte Energie absorbiert, sodass das energieabsorbierende Material zum Verschmelzen der Oberflächen der Partikel beiträgt.
    4. 4. Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform 3, wobei die Partikel vor dem Beladen der Form mit dem energieabsorbierenden Material versehen werden.
    5. 5. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen 3 - 4, wobei das energieabsorbierende Material Wasser aufweist.
    6. 6. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen 3 - 5, wobei das energieabsorbierende Material ein Metall aufweist.
    7. 7. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen 1 - 6, wobei die Energie in Form von Strahlung im Mikrowellenbereich, 300 MHz-300 GHz, zugeführt wird.
    8. 8. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen 1-7, wobei die Energie in Form von Strahlung im Radiofrequenzbereich, 30 kHz-300 MHz, zugeführt wird.
    9. 9. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen 1 - 8, wobei die Energie durch elektromagnetische Induktion zugeführt wird.
    10. 10. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen 1 - 9, wobei den Partikeln in einem ersten Teilbereich der Form mehr Energie zugeführt wird als in einem zweiten Teilbereich der Form.
    11. 11. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen 1 - 10, wobei den Partikeln in einem ersten Teilbereich der Form Energie mit einem elektromagnetischen Feld mit einer ersten Frequenz (f,) zugeführt wird und in einem zweiten Teilbereich der Form mit einem elektromagnetischen Feld mit einer zweiten Frequenz (f2), wobei sich die zweite Frequenz (f2) von der ersten Frequenz (f1) unterscheidet.
    12. 12. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen 3 - 11, wobei die durchschnittliche Menge an energieabsorbierendem Material pro Partikel in der Form variiert.
    13. 13. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen 1 - 12, wobei die Form ferner mit einem zweiten Material beladen wird, welches durch das mindestens eine elektromagnetische Feld im Wesentlichen unverändert bleibt.
    14. 14. Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform 13, wobei das zweite Material auch Partikel aus einem expandierten Material aufweist, insbesondere Partikel aus eTPU, ePA und/oder ePEBA.
    15. 15. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen 1 - 14, wobei ein Verhältnis der Menge an Energie, die von dem ersten Material absorbiert wird, zu der Gesamtmenge an Energie, die von dem ersten Material und der Form absorbiert wird, im Bereich von 1,0 - 0,2, bevorzugt im Bereich von 1,0 - 0,5 und besonders bevorzugt im Bereich 1,0 - 0,8 liegt.
    16. 16. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen 1 - 15, wobei die Form ein Epoxidharz aufweist.
    17. 17. Kunststoffformteil, insbesondere Dämpfungselement für Sportbekleidung, hergestellt mit einem Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen 1 - 16.
    18. 18. Schuh, insbesondere Sportschuh, mit einem Dämpfungselement nach Ausführungsform 17.
    19. 19. Schuh nach Ausführungsform 18, wobei der Schuh ein Laufschuh ist.
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    • EP 2865289 A1 [0058]

Claims (30)

  1. Verfahren (100) zur Herstellung eines Kunststoffformteils, insbesondere eines Dämpfungselements für Sportbekleidung, das Folgendes umfasst: a. Beladen einer Form (110) mit einem ersten Material, welches Partikel (120) eines expandierten Materials aufweist; b. während des Beladens der Form, Vorheizen der Partikel (120) durch Zuführen von Energie, c. wobei die Energie in Form mindestens eines elektromagnetischen Feldes (130; 135; 140) zugeführt wird.
  2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei das Beladen den Transport der Partikel (120) von einem Behälter zu der Form über mindestens eine Zuleitung (118) umfasst.
  3. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Partikel (120), während sie sich in dem Behälter und/oder in der Zuleitung (118) befinden, vorgeheizt werden.
  4. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Partikel (120) in der Form (110) vorgeheizt werden, bevor die Form (110) geschlossen wird.
  5. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energie, die in Form des mindestens einen elektromagnetischen Feldes (130; 135; 140) zugeführt wird, im Laufe der Zeit variiert wird.
  6. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energie, die in Form des mindestens einen elektromagnetischen Feldes (130; 135; 140) zugeführt wird, im Laufe der Zeit schrittweise erhöht wird.
  7. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter aufweisend den Schritt des Verschmelzens der Oberflächen der Partikel (120) durch Zuführen von Energie, insbesondere durch Zuführen von Energie in Form mindestens eines elektromagnetischen Feldes (130; 135; 140).
  8. Verfahren (100) nach Anspruch 7, wobei sich die Art des elektromagnetischen Feldes, das zum Vorheizen verwendet wird, von der Art des elektromagnetischen Feldes, das zum Verschmelzen der Oberflächen der Partikel (120) verwendet wird, unterscheidet.
  9. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Partikel (120) eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen: expandiertes thermoplastisches Polyurethan, eTPU; expandiertes Polyamid, ePA; expandiertes Polyetherblockamid, ePEBA; Polylactid, PLA; Polyetherblockamid, PEBA; Polyethylenterephthalat, PET; Polybutylenterephthalat, PBT; thermoplastisches Polyesterelastomer, TPEE.
  10. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Partikel (120) ferner ein energieabsorbierendes Material aufweisen, welches die durch das mindestens eine elektromagnetische Feld (130; 135; 140) zugeführte Energie absorbiert, sodass das energieabsorbierende Material zum Verschmelzen der Oberflächen der Partikel (120) beiträgt.
  11. Verfahren (100) nach Anspruch 10, wobei die Partikel (120) vor dem Beladen der Form (110) mit dem energieabsorbierenden Material versehen werden.
  12. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei das energieabsorbierende Material Wasser aufweist.
  13. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das energieabsorbierende Material ein Metall aufweist.
  14. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energie in Form von Strahlung (130; 135) im Mikrowellenbereich, 300 MHz - 300 GHz, zugeführt wird.
  15. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energie durch elektromagnetische Induktion (140) zugeführt wird.
  16. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 15, wobei den Partikeln (120) in einem ersten Teilbereich (150) der Form (110) mehr Energie zugeführt wird als in einem zweiten Teilbereich (155) der Form (110).
  17. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 16, wobei den Partikeln (120) in einem ersten Teilbereich (150) der Form (110) Energie mit einem elektromagnetischen Feld (130) mit einer ersten Frequenz (f1) zugeführt wird und in einem zweiten Teilbereich (155) der Form (110) mit einem elektromagnetischen Feld (135) mit einer zweiten Frequenz (f2), wobei sich die zweite Frequenz (f2) von der ersten Frequenz (f1) unterscheidet.
  18. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei die durchschnittliche Menge an energieabsorbierendem Material pro Partikel (120) in der Form (110) variiert.
  19. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Form (110) ferner mit einem zweiten Material (160; 165) beladen wird, welches durch das mindestens eine elektromagnetische Feld (130; 135; 140) im Wesentlichen unverändert bleibt.
  20. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 19, wobei ein Verhältnis der Menge an Energie, die von dem ersten Material absorbiert wird, zu der Gesamtmenge an Energie, die von dem ersten Material und der Form (110) absorbiert wird, im Bereich von 1,0 - 0,2, bevorzugt im Bereich von 1,0 - 0,5 und besonders bevorzugt im Bereich 1,0 - 0,8 liegt.
  21. Verfahren zur Herstellung eines Dämpfungselements für Sportbekleidung, das Folgendes umfasst: a. Öffnen einer Form (110) zu einem vorbestimmten Maß in eine Beladungsposition, b. wobei die Form (110) mindestens zwei Formteile (112; 113) aufweist, und das Maß, zu dem die Form in Schritt a. geöffnet wird, ein verfügbares Beladungsvolumen der Form (110) beeinflusst; c. Laden eines ersten Materials, das Partikel (120) eines expandierten Materials aufweist, in das Beladungsvolumen, das durch Öffnen der Form (110) in Schritt a. geschaffen wurde; d. Schließen der Form (110) in eine geschlossene Position; und e. Verschmelzen der Oberflächen der Partikel (120), indem mindestens Energie in Form mindestens eines elektromagnetischen Feldes (130; 135; 140) zugeführt wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei sich in der Beladungsposition der Form (110) die Formteile (112; 113) in unterschiedlichen Bereichen der Form (110) im Vergleich zu der geschlossenen Position der Form (110) in unterschiedlichen Abständen zueinander befinden, sodass während des Schrittes d. des Schließens der Form (110) die Formteile (112; 113) in den unterschiedlichen Bereichen über unterschiedliche Abstände aufeinander zu bewegt werden.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei mindestens einer der Formteile (112; 113) mehrere einzelne Unterteile aufweist und wobei der Abstand zwischen den Formteilen (112; 113) in der Beladungsposition der Form (110) für jeden Unterteil einzeln gesteuert werden kann, um die unterschiedlichen Abstände in den unterschiedlichen Bereichen zu erzeugen.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei während des Schrittes d. des Schließens der Form (110) mindestens einer der Formteile (112; 113) um eine exzentrisch angeordnete Schwenkachse geschwenkt wird.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei während des Schrittes d. des Schließens der Form (110) die Partikel (120) in unterschiedlichen Bereichen der Form (110) unterschiedlich verdichtet werden.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, wobei das vorbestimmte Maß, zu dem die Form (110) im Schritt a. geöffnet wird, die mechanischen Eigenschaften des Dämpfungselements beeinflusst.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, wobei das Dämpfungselement eine Schuhsohle oder ein Teil einer Schuhsohle ist.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 27 in Verbindung mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20.
  29. Kunststoffformteil, insbesondere Dämpfungselement für Sportbekleidung, hergestellt mit einem Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 28.
  30. Schuh, insbesondere Sportschuh, mit einem Dämpfungselement nach Anspruch 29.
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