DE102021205928A1

DE102021205928A1 - Form und Verfahren zur Herstellung einer Komponente durch Formen,Komponente davon und Schuh mit einer solchen Komponente

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Publication number: DE102021205928A1
Application number: DE102021205928.7A
Authority: DE
Inventors: Jarkko Siltamaeki; Bastian Gothe; Helge Weiger; Andreas Johannes Seefried; Maximilian Drexler; Daniel Stephen Price; Kevin Schneider; Dietmar Klaus Drummer
Original assignee: Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU; Adidas AG
Current assignee: Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU; Adidas AG
Priority date: 2021-01-28
Filing date: 2021-06-11
Publication date: 2022-07-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Form zum Formen einer Komponente, insbesondere eines Sportbekleidungsteils, ein Verfahren zur Herstellung der Komponente unter Verwendung einer solchen Form und einen Schuh mit einer solchen Komponente. In einer Ausführungsform umfasst eine Form zum Formen einer Komponente, insbesondere eines Sportbekleidungsteils, (a.) eine Mischung aus einem Polymermaterial und einem Füllmaterial, (b.) wobei das Füllmaterial geeignet ist, ein Erwärmen der Komponente innerhalb der Form mittels eines elektromagnetischen Feldes zu ermöglichen.

Description

1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Form zum Formen einer Komponente, insbesondere eines Sportbekleidungsteils, ein Verfahren zur Herstellung der Komponente unter Verwendung einer solchen Form und einen Schuh mit einer solchen Komponente.
2. Stand der Technik
Die Verwendung von Partikelschaumstoffen, d.h. von Materialien, die aus einzelnen Partikeln von geschäumten Kunststoffen bestehen, hat Eingang in die Herstellung von Dämpfungselementen für Sportbekleidung, insbesondere in die Herstellung von Schuhsohlen für Sportschuhe, gefunden. Insbesondere die Verwendung von Partikeln aus geschäumtem thermoplastischem Polyurethan (eTPU), die an ihren Oberflächen verschmolzen werden, indem sie in einer Form unter Druck stehendem Dampf ausgesetzt werden (in der Fachwelt oft als „Dampfkastenspritzgießen“ bezeichnet), wurde für die Herstellung von Schuhsohlen in Betracht gezogen.
Herkömmliche Formen für das Dampfkastenspritzgießen von Schuhsohlen sind jedoch nicht an die spezifischen Anforderungen der verwendeten Materialien angepasst. So erfordert der Prozess des Dampfkastenspritzgießens einer aus Partikeln bestehenden Schuhsohle mit einer herkömmlichen Form einen hohen Energieaufwand zum Erwärmen der Form, da herkömmliche Formen typischerweise eine hohe Masse aufweisen. Außerdem ist der Abkühlungsprozess solcher Formen langsam und führt daher zu längeren Zykluszeiten. Schließlich erfordert das Dampfkastenspritzgießen von Schuhsohlen aus Partikeln ein gleichmäßiges Zuführen des unter Druck stehenden Dampfes zu den Partikeln, um eine homogene Verbindung der Partikel untereinander zu erreichen. Herkömmliche Formen sind daher für eine solche gleichmäßige Mediumszufuhr nicht geeignet.
Es wurden auch andere Energieträger als unter Druck stehender Dampf in Betracht gezogen. Insbesondere wurde in der DE 10 2015 202 013 A1 und der EP 3 053 732 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Dämpfungselements für Sportbekleidung beschrieben, das Beladen einer Form mit einem ersten Material, das Partikel aus einem expandierten Material enthält, und Verschmelzen der Oberflächen der Partikel durch Zufuhr von Energie in Form mindestens eines elektromagnetischen Feldes umfasst. Diese Verfahren lassen jedoch noch Raum für Verbesserungen, da sie die spezifischen Materialeigenschaften des Formmaterials, die insbesondere für die Herstellung von modernen Leistungsschuhen wie Laufschuhen, speziell deren Sohlen und Zwischensohlen, notwendig sind, noch nicht vollständig berücksichtigen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine verbesserte Form zum Formen einer Komponente, insbesondere eines Sportbekleidungsteils, bereitzustellen.
3. Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch die Lehren der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
In einer Ausführungsform umfasst eine Form zum Formen einer Komponente, insbesondere eines Sportbekleidungsteils, (a.) eine Mischung aus einem Polymermaterial und einem Füllmaterial, (b.) wobei das Füllmaterial geeignet ist, ein Erwärmen der Komponente innerhalb der Form mittels eines elektromagnetischen Feldes zu ermöglichen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben überraschenderweise festgestellt, dass eine solche Form einen verbesserten Ansatz für das Formen von Sportbekleidungsteilen bereitstellt. Durch die Verwendung einer solchen Mischung aus einem Polymermaterial und einem Füllmaterial können die spezifischen Eigenschaften des Formmaterials deutlich verbessert werden, ohne die übrigen Materialeigenschaften der Form, z.B. ihre Stabilität, während des Formprozesses zu beeinträchtigen. Die Verwendung eines elektromagnetischen Feldes, insbesondere elektromagnetischer Strahlung, zum Erwärmen des Sportbekleidungsteils in der Form ermöglicht darüber hinaus die Herstellung von Komponenten mit unterschiedlichen Dicken und auch komplexer Geometrie, da die Energie zum Erwärmen nicht an irgendeine Art von Medientransport, z. B. die Einleitung von unter Druck stehendem Dampf, gekoppelt ist. Die elektromagnetische Strahlung kann so gewählt werden, dass sie die mit dem Material für das Sportbekleidungsteil beladene Form im Wesentlichen homogen durchdringt und alle Teile des Sportbekleidungsteils mit einer im Wesentlichen konstanten Energiemenge versorgt, so dass ein homogenes und gleichmäßiges Formen über das gesamte Sportbekleidungsteil und in jeder Tiefe des Sportbekleidungsteils erreicht wird.
Aus Gründen der Klarheit wird an dieser Stelle ausdrücklich erwähnt, dass das Füllmaterial ein fester Zusatzstoff sein kann, der in das Polymermaterial eingebunden ist. Auf diese Weise kann das Füllmaterial ein funktionelles Füllmaterial sein, das verwendet wird, um die Leistung des Polymerformmaterials zu verbessern. Mit anderen Worten, wenn es dem Polymermaterial hinzugefügt wird, wird eine bestimmte Eigenschaft des Polymerformmaterials bis zu einem gewissen Grad verbessert, wenn die Menge des Füllmaterials zunimmt. Darüber hinaus können Mischungen von Füllmaterialien helfen, die Materialeigenschaften „maßzuschneidern“ und die mechanische Leistung mit dielektrischem Verhalten der gesamten Form auszugleichen.
Das Füllmaterial kann geeignet sein, die Wärmeleitfähigkeit der Form zu erhöhen. Infolgedessen wird der Verlust von Wärmeenergie beim Erwärmen der Form als Wärmezufuhr deutlich erhöht, da die Wärme von der Form wegfließt. Darüber hinaus verbessert die erhöhte Wärmeleitfähigkeit der Form auch den Abkühlprozess als Wärmeabfluss nach dem Formen, was durch die Mischung aus einem Polymermaterial und einem Füllmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung weiter unterstützt wird. Darüber hinaus entfällt die Notwendigkeit einer zusätzlichen äußeren oder inneren Kühlung der Komponente, so dass der gesamte Formprozess vereinfacht wird. Zusammenfassend kann die gesamte Produktivität des Herstellungsprozesses für ein Sportbekleidungsteil durch eine solche Form erhöht werden.
Der Begriff „Wärmeleitfähigkeit“, wie er in der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, bezieht sich auf die Fähigkeit eines Formmaterials, Wärme zu leiten. Mit anderen Worten ist die Wärmeleitung definiert als der Transport von Energie aufgrund zufälliger Molekularbewegung über ein Temperaturgefälle. Sie unterscheidet sich vom Energietransport durch Konvektion und molekulare Arbeit dadurch, dass sie keine makroskopischen Strömungen oder Arbeit verrichtende innere Spannungen einschließt. Im Internationalen Einheitensystem (SI) wird die Wärmeleitfähigkeit in Watt pro Meter und Kelvin (W/(m-K)) gemessen.
Das Füllmaterial kann geeignet sein, die Permittivität der Form im Vergleich zur Komponente zu erhöhen. Darüber hinaus kann das Füllmaterial ein dielektrisches Material umfassen, insbesondere eine Mischung aus mindestens zwei anorganischen Materialien, vorzugsweise mindestens eines der folgenden: ein Metallnitrid, ein Metalloxid, ein Metallcarbid, ein Metallsulfid, ein Metallsilikat, ein Siliciumcarbid und Siliciumnitrid, besonders bevorzugt Bornitrid, BN. Wie der Fachmann versteht, hat die Permittivität der Form einen direkten Einfluss auf die Feldstärke des elektromagnetischen Feldes oder der elektromagnetischen Strahlung in der Form (bei einem konstanten „äußeren“ Feld, das an die Form angelegt wird) und wird auch die Feldverteilung (z. B. den lokalen Wert der Feldstärke) innerhalb der Form beeinflussen. Ein weiterer Vorteil des Verwendens einer erhöhten Permittivität der Form, um die elektromagnetische Feldverteilung zu beeinflussen, ist, dass Füllmaterialien mit einer breiten Vielfalt von Permittivitätswerten bekannt und verfügbar sind, so dass auf diese Weise ein hohes Maß an Abstimmung und Anpassung möglich ist durch Auswählen und/oder Kombinieren verschiedener Füllmaterialien. Darüber hinaus kann eine erhöhte Permittivität der Form indirekt den Verlust von Wärmeenergie während des Formprozesses reduzieren, indem die elektromagnetische Felddichte auf das Material der Komponente konzentriert wird - und weg von dem Material der Form selbst.
Darüber hinaus kann das Füllmaterial mindestens eines der folgenden Materialien umfassen: eine Mischung aus einem Kohlenstoffmaterial und einem anorganischen Material, Kohlenstofffasern, glasartiger Kohlenstoff, Kohlenstoff-Nanoröhren, Kohlenstoff-Nanobuds, Aerographit, linearer acetylenischer Kohlenstoff, q-Kohlenstoff, Graphen, ein Salz, ein monokristallines Pulver, ein polykristallines Pulver, ein amorphes Pulver, eine Glasfaser. Neben den oben genannten Effekten sind Fasern oder Faserverbundmaterialien leicht und dennoch außergewöhnlich fest. Insbesondere Glas oder Glasfasern sind relativ preiswert, feuchtigkeitsbeständig und haben ein gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Daher können die Formmaterialien die Leistung des gesamten Prozesses beeinflussen, und eine maßgeschneiderte Auswahl von Formmaterialien unterschiedlicher dielektrischer Eigenschaften ermöglicht es, optimale Eigenschaften für effizientes dielektrisches Erwärmen und anschließendes Kühlen zu erzielen. Darüber hinaus können bei der Auswahl der Materialien auch ein bestimmter Bereich des elektrischen Widerstands und Eigenschaften bezüglich der mechanischen Stabilität berücksichtigt werden.
Alle beschriebenen Ausführungsformen mit verschiedenen Füllmaterialien, die unterschiedliche Formen, optische, thermische und elektrische Eigenschaften oder Materialcharakteristika aufweisen, folgen der gleichen Idee, optimale Eigenschaften für eine effizientes Formen durch dielektrisches Erwärmen des Sportbekleidungsteils in der Form und das anschließende Abkühlen der gesamten Form zu erreichen. Ist das zu formende Sportbekleidungsteil beispielsweise eine Schuhsohle, können mit der Form der vorliegenden Erfindung sowohl reduzierte Zykluszeiten bei der Herstellung der Schuhsohle als auch eine hohe Qualität der Schuhsohle erzielt werden.
Der Begriff „Sportbekleidung“, wie er in der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, kann sich auf Kleidung, einschließlich Schuhwerk und Zubehör, beziehen, die zum Sport oder zur körperlichen Betätigung getragen wird. Für die meisten Sportarten und körperlichen Betätigungen können aus praktischen, Komfort- oder Sicherheitsgründen sportartspezifische Bekleidung oder Kleidungsstücke getragen werden. Typische sportartspezifische Kleidungsstücke sind z. B. Trainingsanzüge, kurze Hosen, T-Shirts und Polohemden. Spezialisierte Kleidungsstücke können beispielsweise Badeanzüge (zum Schwimmen), Neoprenanzüge (zum Tauchen oder Surfen), Skianzüge (zum Skifahren) und Turnanzüge (zum Turnen) einschließen. Sportschuhwerk kann Turnschuhe, Fußballschuhe, Reitstiefel und Schlittschuhe einschließen. Sportbekleidung kann auch Bikinis und einige Crop-Tops sowie Unterwäsche wie Jockstraps und Sport-BHs einschließen. Sportbekleidung kann manchmal auch als Freizeitkleidung getragen werden.
Die Mischung kann das Füllmaterial in einer Menge von 1 bis 75 Volumenprozent, insbesondere 1 bis 30 Volumenprozent, vorzugsweise 1 bis 25 Volumenprozent, noch bevorzugter 1 bis 20 Volumenprozent, am meisten bevorzugt 5 bis 20 Volumenprozent, umfassen oder die Mischung kann das Füllmaterial in einer Menge von 10 bis 40 Volumenprozent, insbesondere 15 bis 35 Volumenprozent, umfassen. Es hat sich gezeigt, dass die angegebenen Werte einen vernünftigen Kompromiss zwischen optimierten optischen Eigenschaften für effizientes dielektrisches Erwärmen und ausreichenden thermischen Eigenschaften für eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit der Form für das anschließende Abkühlen bereitstellen.
Das Polymermaterial kann ein thermoplastisches Material umfassen, vorzugsweise aus mindestens einem der folgenden: Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyoxymethylen (POM), Polyamidimid (PAI), Polycarbonat (PC), Polyketone (PK), Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyethylen (PE). Darüber hinaus kann das Polymermaterial ein geschäumtes Material umfassen. Diese Materialien haben sich als vorteilhaft erwiesen und können daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. POM hat zum Beispiel einen dielektrischen Verlustfaktor D von etwa 0,008 für Radiofrequenzstrahlung. Dieses Material kann also für Radiofrequenzstrahlung im Wesentlichen transparent sein, da es nur einen kleinen Teil der elektromagnetischen Strahlung absorbiert, und kann aufgrund des relativ geringen Verlustfaktors mit einer bestimmten Dicke geformt werden.
Das Polymermaterial kann geeignet sein, die Permittivität der Form im Vergleich zur Komponente zu erhöhen. So können z. B. bestimmte Polymermaterialien aus bestimmten Polymertypen aufgrund ihrer hohen intrinsischen Permittivität im Vergleich zum Material der Komponente verwendet werden. Da die Permittivität der Form einen direkten Einfluss auf die Feldstärke des elektromagnetischen Feldes bzw. der elektromagnetischen Strahlung in der Form hat, kann somit ein optimierter thermischer Ein- und Ausfluss aus der Form bereitgestellt werden, indem die elektromagnetische Felddichte auf das Material der Komponente konzentriert wird. Beispiele können mindestens eines von Polyacrylnitril, PAN, Polyamid oder Polyethylenterephthalat, PET, umfassen. In bevorzugten Ausführungsformen kann die Form eine Mischung aus PET und 30 Volumenprozent Aluminiumoxid, Al2O3, oder eine Mischung aus POM und Titandioxid (TiO2) umfassen.
Das Polymermaterial kann geeignet sein, den dielektrischen Verlustfaktor der Form zu erhöhen. Es ist auch denkbar, dass bestimmte Teile der Form geeignet sind, den dielektrischen Verlustfaktor zu erhöhen. Solche Ausführungsformen erlauben es, einen übermäßigen Wärmeaufbau in der gesamten Form oder nur an bestimmten Teilen innerhalb der Form mittels eines hohen dielektrischen Verlustes gezielt herbeizuführen, da das Formmaterial einen hohen Anteil der elektromagnetischen Strahlung absorbieren kann. Daher kann auch ein optimierter thermischer Zu- und Abfluss aus der Form bereitgestellt werden. Beispiele können mindestens eines von Polyketonen, PK, Polyvinylidenfluorid oder Polyvinylidendifluorid, PVDF oder Polyamidimid, PAI, umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Form eine Mischung aus POM und Titandioxid, TiO2, umfassen.
Die Form kann eine Sohlenform sein, und die Komponente kann eine Schuhsohle, insbesondere eine Zwischensohle, sein. Der Formprozess durch dielektrisches Erwärmen und der anschließende Abkühlungsprozess der Schuhsohle sind wesentlich schneller, so dass die Produktivität verbessert werden kann. Außerdem ermöglicht das homogene und gleichmäßige Formen die Herstellung einer leichten, langlebigen Schuhsohle, die optimale Dämpfungseigenschaften bietet.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Komponente, insbesondere eines Sportbekleidungsteils, wobei das Verfahren den Schritt des (a.) Formens der Komponente unter Verwendung einer Form, wie hierin beschrieben, umfasst. Darüber hinaus kann das Verfahren mindestens einen der folgenden Schritte umfassen: (b.) Beladen der Form mit einem ersten Material für die Komponente, das Partikel eines expandierten Materials umfasst, und (c.) Erwärmen des ersten Materials und/oder der Mischung aus dem Polymermaterial und dem Füllmaterial der Form und/oder eines Suszeptors der Form mittels eines elektromagnetischen Feldes. Der Suszeptor kann mindestens eines der folgenden Materialien umfassen: expandiertes Polypropylen, ePP, Polyurethan, PU, Polylactid, PLA, Polyetherblockamid, PEBA, oder Polyethylenterephthalat, PET.
Der Schritt des Erwärmens kann den Schritt des Verschmelzens der Oberflächen der Partikel umfassen. Wie oben erwähnt, kann ein elektromagnetisches Feld, insbesondere elektromagnetische Strahlung, so gewählt werden, dass es die mit den Partikeln beladene Form im Wesentlichen homogen durchdringt und allen Partikeln eine im Wesentlichen konstante Energiemenge zuführt, so dass ein homogenes und konstantes Verschmelzen der Partikeloberflächen über die gesamte Komponente und in jeder Tiefe der Komponente erreicht wird.
Die Partikel für die Komponente können mindestens eines der folgenden Materialien umfassen: expandiertes thermoplastisches Polyurethan, eTPU, expandiertes Polyamid, ePA, expandiertes Polyetherblockamid, ePEBA, Polylactid, PLA, Polyetherblockamid, PEBA, Polyethylenterephthalat, PET, Polybutylenterephthalat, PBT, thermoplastisches Polyesterether-Elastomer, TPEE. Für die Verwendung bei der Herstellung von Schuhsohlen haben sich beispielsweise Partikel aus eTPU, ePEBA und/oder ePA als vorteilhaft erwiesen und können daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Die Partikel können mit herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Techniken in die Form eingefüllt werden, z. B. durch Druckbefüllen über einen Einfüllstutzen.
Die Partikel können ein geschäumtes Material umfassen. Beispielsweise führt das Verwenden eines geschäumten Materials sowohl für die Partikel als auch für die Oberfläche der Form zu einem ähnlichen Verlustfaktor, so dass ein im Wesentlichen gleichmäßiges Erwärmen sowohl der Partikel als auch der Form bereitgestellt werden kann, so dass eine bessere Oberflächenverschmelzung der Komponente erreicht werden kann.
Das elektromagnetische Feld kann im Radiofrequenzbereich von 30 kHz - 300 GHz liegen. Das elektromagnetische Feld kann z. B. in Form von Strahlung im Mikrowellenbereich, d.h. mit einer Frequenz im Bereich von 300 MHz - 300 GHz, zugeführt werden.
Mikrowellengeneratoren sind kommerziell erhältlich und können mit vergleichsweise geringem Aufwand in eine Herstellungsvorrichtung zum Verwenden einer erfindungsgemäßen Form implementiert werden. Darüber hinaus kann es möglich sein, die Mikrowellenstrahlung im Wesentlichen auf einen Hohlraum der Form, in den das Komponentenmaterial durch eine geeignete Vorrichtung eingelegt wird, zu fokussieren, so dass die Energieeffizienz eines Verfahrens unter Verwendung der Form erhöht wird. Darüber hinaus können die Intensität und die Frequenz der Mikrowellenstrahlung einfach verändert und an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Das elektromagnetische Feld kann im Radiofrequenzbereich von 1 MHz - 200 MHz, besonders bevorzugt im Bereich von 1 MHz - 50 MHz, am meisten bevorzugt im Bereich von 25 - 30 MHz liegen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das elektromagnetische Feld eine Frequenz im Radiofrequenzbereich um 27,12 MHz haben. Es ist auch denkbar, dass eine oder mehrere Radiofrequenzen oder Radiofrequenzbereiche verwendet werden können.
Radiofrequenz-Generatoren sind ebenfalls kommerziell erhältlich und können leicht in einer Herstellungsvorrichtung implementiert werden. Darüber hinaus kann auch Radiofrequenzstrahlung auf die jeweiligen Teile der Herstellungsvorrichtung fokussiert werden, und ihre Intensität und Frequenz kann an die Anforderungen angepasst werden.
Es ist ferner möglich, dass das elektromagnetische Feld, insbesondere elektromagnetische Strahlung, in einem anderen Frequenzbereich als den oben genannten Frequenzbereichen zugeführt wird.
Die Form kann ferner mit einem zweiten Material beladen werden, das durch das elektromagnetische Feld im Wesentlichen unverändert bleibt. Dies kann beispielsweise ein Material sein, welches das elektromagnetische Feld durchdringt, ohne von dem Material in merklichem Grad absorbiert zu werden. Insbesondere kann das zweite Material frei von Material sein, das elektromagnetische Felder absorbiert. „Im Wesentlichen unverändert“ kann bedeuten, dass das zweite Material nicht schmilzt oder zu schmelzen beginnt oder weicher oder härter wird.
Alle beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich auf verbesserte Verfahren zum Herstellen einer Komponente, insbesondere eines Sportbekleidungsteils. Weitere Details und technische Effekte und Vorteile sind oben in Bezug auf die Form im Detail beschrieben.
Die Erfindung betrifft auch eine Komponente, insbesondere ein Sportbekleidungsteil, die mit einem Verfahren hergestellt wird, wie es hierin beschrieben ist. Ferner kann die Komponente eine Schuhsohle, insbesondere eine Zwischensohle, sein.
Die Erfindung betrifft auch einen Schuh, insbesondere einen Sportschuh, mit einer Komponente wie hierin beschrieben.
Figurenliste
Mögliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren näher beschrieben:

1: veranschaulicht den überraschenden Effekt einer Sohlenform gemäß der vorliegenden Erfindung;
2a-2d: veranschaulichen die Permittivität von Materialien, die zur Verwendung als eine Form gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind;
3a-3d: veranschaulichen den dielektrischen Verlustfaktor von Materialien, die für die Verwendung als Form gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind;
4a-4b: veranschaulichen den Speichermodul von Materialien, die für die Verwendung als Form gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind;
5a-5b: veranschaulichen die thermische Ausdehnung von Materialien, die für die Verwendung als Form gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind;
6a-6d: veranschaulichen die Wärmeleitfähigkeit von Materialien, die für die Verwendung als Form gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind;
7: veranschaulicht die Verbesserung der Prozesszykluszeit von Materialien, die für die Verwendung als Form gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind; und
8a-8b: veranschaulichen die Verbesserung der Prozesszykluszeit von Materialien, die für die Verwendung als Form gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind.

5. Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Mögliche Ausführungsformen der verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung in erster Linie in Bezug auf Formen zum Formen eines Bekleidungsstücks, insbesondere eines Dämpfungselements wie einer Zwischensohle, beschrieben. Es wird jedoch betont, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann sie auch für verschiedene Arten von Dämpfungselementen für Sportausrüstung, z. B. Knie- oder Ellbogenschützer, verwendet werden.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass im Folgenden nur einzelne Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben werden können. Der Fachmann wird j edoch verstehen, dass die unter Bezugnahme auf diese konkreten Ausführungsformen beschriebenen optionalen Merkmale und möglichen Modifikationen auch in anderer Weise oder in verschiedenen Unterkombinationen weiter modifiziert und/oder miteinander kombiniert werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Einzelne Merkmale können auch weggelassen werden, wenn sie entbehrlich sind, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird daher auf die Erläuterungen in den vorangegangenen Abschnitten verwiesen, die auch für die folgende detaillierte Beschreibung gelten.
1 veranschaulicht den überraschenden Effekt einer Sohlenform 100 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Ausführungsform von 1 zeigt einen Vergleich von Simulationen für die thermische Strahlung, d.h. die Wärmestrahlung oder Temperatur, einer herkömmlichen Sohlenform des Standes der Technik und der Sohlenform 100 gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei eine Schuhsohle 120, insbesondere eine Zwischensohle 120, in den beiden Sohlenformen durch dielektrisches Erwärmen und anschließendes Abkühlen geformt wird. Der Vergleich ihrer Wärmestrahlung wird nach 10 Minuten Abkühlen der beiden Sohlenformen und der Zwischensohle 120 simuliert.
Dieser Vergleich zwischen der Form des Standes der Technik und der Erfindung zur Verbesserung der Kühlleistung wurde mit Hilfe eines Simulationsmodells erstellt, bei dem sowohl das dielektrische Erwärmungsphänomen als auch die thermodynamische Wärmeleitung durch ein vollständig gekoppeltes Multiphysik-Simulationsmodell charakterisiert wurden. Das Modell verwendet die Finite-Elemente-Methode zur Berechnung der thermischen Energie, die im Inneren der Formkonstruktion während des Vorhandenseins eines elektrischen Radiofrequenzfeldes induziert wird. Materialmodelle stellen die dielektrischen Eigenschaften der Schuhsohle 120 und der Teile der Konstruktion der Sohlenform 100 dar, und durch Standardgleichungen für dielektrisches Erwärmen kann die Korrelation zwischen verwendeten Materialien und induzierter Erwärmungsleistung mit partiellen Differentialgleichungen berechnet werden.
Die Sohlenform 100 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Mischung aus einem Polymermaterial und einem Füllmaterial, wobei das Füllmaterial geeignet ist, ein Erwärmen der Zwischensohle 120 innerhalb der Sohlenform 100 mittels eines elektromagnetischen Feldes, insbesondere Radiofrequenzstrahlung, zu ermöglichen. Wie in 1 zu sehen ist, zeigt das Füllmaterial, das zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit der Sohlenform 100 geeignet ist, eine drastische Verringerung der Abkühlzeit sowohl für die Sohlenform 100 als auch für die Zwischensohle 120. Darüber hinaus haben die Erfinder herausgefunden, dass die erhöhte Wärmeleitfähigkeit den dielektrischen Erwärmungsprozess nicht beeinflusst. Die herkömmliche Sohlenform des Standes der Technik besteht aus Polyethylenterephthalat, PET, und hat eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,35 W/m·K.
In der beispielhaften Ausführungsform von 1 enthält die Sohlenform 100 der vorliegenden Erfindung eine Mischung aus Polyethylenterephthalat PET und Bornitrid, BN, als Füllmaterial in einer Menge von 30 Volumenprozent, so dass die Sohlenform 100 eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 1,85 W/m·K aufweist, also fünfmal höher als bei der herkömmlichen Sohlenform. Die Erfinder haben herausgefunden, dass diese erhöhte Wärmeleitfähigkeit zu einer deutlichen Verkürzung der Abkühlzeit gegenüber der konventionellen Sohlenform führt.
In dem in 1 dargestellten Fall umfasst die Sohlenform 100 ein Unterteil 105a, ein Oberteil 105b und ein Seitenteil 105c. Das Unterteil 105a und das Oberteil 105b der Sohlenform 100 können zum Beispiel Platten mit Abmessungen von 200 × 200 × 10 mm³ sein. Andere Formgeometrien sowie mehr oder weniger Teile der Sohlenform 100 sind ebenfalls denkbar.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die experimentell untersucht wird, umfasst die Sohlenform eine Mischung aus geschäumtem PET und BN als Füllmaterial in einer Menge von 15 Volumenprozent, was zu einer Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,85 W/m·K führt. Die Erfinder haben herausgefunden, dass diese experimentell untersuchte Ausführungsform zu einer Abkühlzeit von ca. 5,9 min im Vergleich zu 10 min für die oben erwähnte herkömmliche Sohlenform führt. Mit anderen Worten, die Abkühlzeit wird um ca. 41 % verkürzt.
Die folgenden 2a-8b zeigen die Analyse dielektrischer und thermischer Eigenschaften verschiedener Matrixmaterialien, die entsprechende Polymer- und Füllmaterialien umfassen.
Werte für die (relative) Permittivität von Materialien mit Polyoxymethylen, POM, und Polyethylenterephthalat, PET, über den Temperaturbereich von 20° C bis 100° C (geeignet für die Verwendung in einer Sohlenform 100), gemessen bei einer Frequenz von ca. 27,12 MHz, sind in 2a-2d dargestellt:

- Kurve 210 (Quadrate) in 2a zeigt die Permittivität von POM ohne Füllmaterial. Hier steigt die gemessene Permittivität von 3,00 auf 3,55 an, wobei der stetige Anstieg der Permittivität durch eine höhere Mobilität der Polymermoleküle verursacht sein kann, die zu einer besseren Ausrichtung zum elektrischen Feld führt.
- Kurve 215 (Kreise) zeigt die Permittivität einer Mischung aus POM und Bornitrid, BN, als Füllmaterial in einer Menge von 15 Volumenprozent über denselben Temperaturbereich wie Kurve 210. Die Werte der Permittivität steigen ebenfalls von 3,00 auf 3,55 an.
- Dasselbe gilt für die Werte der Kurve 220 (Dreiecke), welche die Permittivität einer Mischung aus POM und BN als Füllmaterial in einer Menge von 30 Volumenprozent zeigt.
- Kurve 225 (Quadrate) in 2b zeigt die Permittivität von POM ohne Füllmaterial, wobei die gemessene Permittivität ebenfalls von 3,00 auf 3,55 ansteigt, ganz ähnlich wie Kurve 210 in 2a.
- Kurve 230 (Kreise) zeigt die Permittivität einer Mischung aus POM und SILATHERM® (einer Mischung aus Al2O3 und SiO2) als Füllmaterial in einer Menge von 15 Volumenprozent.
- Kurve 235 (Dreiecke) zeigt die Permittivität einer Mischung aus POM und SILATHERM® in einer Menge von 30 Volumenprozent.
- Hier ist der Einfluss auf die gemessene Permittivität für die beiden Füllmaterialien BN und SILATHERM® deutlich unterschiedlich. BN kann einerseits keinen signifikanten Einfluss auf die Permittivität von POM haben. Daher kann davon ausgegangen werden, dass seine Permittivität in der Nähe derjenigen von POM liegt. Andererseits verschiebt sich die Permittivität bei SILATHERM® mit zunehmendem Füllmaterialgehalt zu höheren Werten. Die Steigung bleibt gleich. Dies könnte darauf hindeuten, dass die Permittivität von SILATHERM® höher ist als die von POM, aber über den untersuchten Temperaturbereich stabil bleibt. Der stetige Anstieg kann durch POM verursacht werden.
- Kurve 240 (Quadrate) in 2c zeigt die Permittivität von PET ohne ein Füllmaterial. Die Permittivität von PET steigt mit zunehmender Temperatur von 2,75 bis zu einem Maximum von 3,48 an. Im Vergleich zu POM der 2a und 2b ist die Gesamt-Permittivität für den untersuchten Temperaturbereich niedriger, aber ihr Gradient ist größer.
- Kurven 245 (Kreise), 250 (aufwärts gerichtete Dreiecke) und 255 (abwärts gerichtete Dreiecke) zeigen die Permittivität einer Mischung aus PET und BN als Füllmaterial in einer Menge von 10 Volumenprozent (Kreise), 20 Volumenprozent (aufwärts gerichtete Dreiecke) und 30 Volumenprozent (abwärts gerichtete Dreiecke). Der Einfluss von BN ist recht gering, ähnlich wie bei POM, wie in 2a gezeigt.
- Kurven 260 (Quadrate), 265 (Kreise), 270 (aufwärts gerichtete Dreiecke) und 275 (abwärts gerichtete Dreiecke) in 2d zeigen die Permittivität von PET ohne Füllmaterial (Quadrate) und einer Mischung mit SILATHERM® als Füllmaterial in einer Menge von 10 Volumenprozent (Kreise), 20 Volumenprozent (aufwärts gerichtete Dreiecke) und 30 Volumenprozent (abwärts gerichtete Dreiecke). Der steigende Anteil von SILATHERM® kann wiederum zu höheren Permittivitätswerten führen. Im Vergleich zu POM, wie in 2b gezeigt, sind die Maximalwerte für 30 Volumenprozent SILATHERM® niedriger. Da die Permittivität einer Komponente von den Materialwerten beeinflusst wird, kann dieses Ergebnis auf die niedrigeren Werte von PET zurückzuführen sein.

Werte für den dielektrischen Verlustfaktor von Materialen mit POM und PET zusammen mit BN oder SILATHERM® als erfindungsgemäße Füllmaterialien über den Temperaturbereich von 20° C bis 100° C (geeignet für den Einsatz in einer Sohlenform 100) sind in den 3a-3d gezeigt:

- Kurve 310 (Quadrate) in 3a zeigt den dielektrischen Verlustfaktor von POM ohne Füllmaterial. Hier zeigt POM eine Abnahme des dielektrischen Verlustfaktors. Kurve 315 (Kreise) zeigt die Permittivität einer Mischung aus POM und BN als Füllmaterial in einer Menge von 15 Volumenprozent über denselben Temperaturbereich wie Kurve 310. Die Werte der Kurve 320 (Dreiecke) zeigen die Permittivität einer Mischung aus POM und BN in einer Menge von 30 Volumenprozent.
- Der maximale dielektrische Verlustfaktor für ungefülltes POM von 38 mU wurde bei 20 °C gemessen, und ein Temperaturanstieg führt zu einer konstanten Abnahme des dielektrischen Verlustfaktors auf ein Minimum von 8,6 mU bei 100 °C. Die verstärkte Bewegung der Moleküle aufgrund höherer Temperaturen und die resultierende Verringerung der Ketten-Ketten-Wechselwirkung könnte dieses Verhalten verursachen.
- In 3b zeigt Kurve 325 (Quadrate) den dielektrischen Verlustfaktor von ungefülltem POM, Kurve 330 (Kreise) zeigt den dielektrischen Verlustfaktor einer Mischung aus POM und SILATHERM® in einer Menge von 15 Volumenprozent und Kurve 335 zeigt den dielektrischen Verlustfaktor einer Mischung aus POM und SILATHERM® als Füllmaterial in einer Menge von 30 Volumenprozent. Für beide Füllmaterialien wurde eine füllmaterialgehaltsabhängige Verschiebung zu niedrigeren Werten gemessen. Der Verlauf der Kurven ist jedoch leicht unterschiedlich. Ein volumetrischer Anteil von 15 bzw. 30 Volumenprozent BN in 3a kann den gemessenen Verlust auf 32,5 mU bzw. 27,0 mU bei 20 °C reduzieren. Wird eine volumenabhängiges Vermischen der Verlustfaktoren in Kombination mit einem dielektrischen Verlustfaktor von 5 - 10 mU für BN angenommen, stimmen die Werte nahezu mit den volumenprozentabhängigen Werten überein. Mit zunehmender Temperatur nähern sich die Kurven langsam der Spur von reinem POM an und haben bei 100 °C nahezu das gleiche Niveau. Im Gegensatz dazu kann die Verwendung von SILATHERM® zu einer generellen Verschiebung zu niedrigeren dielektrischen Verlustwerten führen. Dies kann zu der Annahme führen, dass der dielektrische Verlustfaktor von SILATHERM® nahe bei 0 mU liegen kann.
- Kurve 340 (Quadrate) in 3c zeigt den dielektrischen Verlustfaktor von PET ohne ein Füllmaterial. Kurven 345 (Kreise), 350 (aufwärts gerichtete Dreiecke) und 355 (abwärts gerichtete Dreiecke) zeigen den dielektrischen Verlustfaktor einer Mischung aus PET und BN als Füllmaterial in einer Menge von 10 Volumenprozent (Kreise), 20 Volumenprozent (aufwärts gerichtete Dreiecke) und 30 Volumenprozent (abwärts gerichtete Dreiecke). PET zeigt einen konsistenten Anstieg im dielektrischen Verlustfaktor. Die Steigungen der gemessenen Kurven 340-355 sind für den Temperaturbereich von 20 bis 70 °C nahezu konstant. Ein weiterer Anstieg der Temperatur kann zu einem verstärkten Anstieg im dielektrischen Verlustfaktor führen, wobei der dielektrische Verlust von ungefülltem PET von 12 mU (bei 20 °C) bis zu 55 mU (100 °C) reicht. Hier kann die Verwendung von Füllmaterialien wieder zu einer Verringerung der gemessenen Werte führen.
- Kurve 360 (Quadrate) in 3d zeigt den dielektrischen Verlustfaktor von PET ohne Füllmaterial. Kurven 365 (Kreise), 370 (aufwärts gerichtete Dreiecke) und 375 (abwärts gerichtete Dreiecke) zeigen den dielektrischen Verlustfaktor einer Mischung aus PET und SILATHERM® als Füllmaterial in einer Menge von 10 Volumenprozent (Kreise), 20 Volumenprozent (aufwärts gerichtete Dreiecke) und 30 Volumenprozent (abwärts gerichtete Dreiecke).

Werte zum Untersuchen des Speichermoduls von Materialien mit POM oder PET und erfindungsgemäßen Füllmaterialien über den Temperaturbereich von 20° C bis 160° C sind in 4a und 4b dargestellt:

- Kurven 410, 415, 420, 425 und 430 zeigen den Speichermodul einer Mischung aus POM zusammen mit BN oder SILATHERM® als Füllmaterial in einer Menge von 15 bzw. 30 Volumenprozent.
- Kurven 435, 440, 445, 450 und 460 zeigen die thermische Ausdehnung einer Mischung aus PET zusammen mit BN oder SILATHERM® als Füllmaterial in einer Menge von 10 oder 30 Volumenprozent.
- Die Glasübergangstemperatur von POM kann bei etwa 60 °C gemessen werden. Daher ergibt sich ein konstanter Abfall der mechanischen Eigenschaften im untersuchten Temperaturbereich. Für die Ausgangstemperatur von 20 °C wurde ein Maximum von 2816 N/mm² gemessen. Der Modul fällt kontinuierlich bis auf ein Minimum von 205 N/mm² bei 160 °C ab.
- Durch den Einsatz von Füllmaterialien wird der Maximalwert angehoben. Der Verlauf der Kurven ist jedoch steiler, so dass sich fast das gleiche Minimum ergibt, wie es das ungefüllte POM zeigt. Die Erhöhung des Speichermoduls kann durch die höhere Steifigkeit der Füllmaterialien verursacht werden. Zusätzlich hat auch die Geometrie der Füllmaterialien einen Einfluss. Aufgrund seiner plättchenförmigen Struktur kann BN zu höheren Werten des Speichermoduls führen als das unregelmäßig geformte SILATHERM®.

Werte zum Untersuchen der thermischen Ausdehnung von Materialien mit POM oder PET und erfindungsgemäßen Füllmaterialien über den Temperaturbereich von 20° C bis 100° C sind in 5a und 5b dargestellt. Der Begriff „thermische Ausdehnung“ einer Komponente setzt sich aus den Werten der einzelnen verwendeten Materialien und deren Konzentration zusammen. Zudem ist die thermische Ausdehnung abhängig von der angelegten Temperatur und ist daher nicht über den gesamten Temperaturbereich konstant.

- Kurven 510, 515, 520, 525 und 530 zeigen die thermische Ausdehnung einer Mischung aus POM zusammen mit BN oder SILATHERM® als Füllmaterialien in einer Menge von 15 Volumenprozent oder 30 Volumenprozent.
- Kurven 535, 540, 545, 550 und 560 zeigen die thermische Ausdehnung einer Mischung aus PET zusammen mit BN oder SILATHERM® als Füllmaterialien in einer Menge von 10 Volumenprozent oder 30 Volumenprozent.
- Im Allgemeinen weisen auf POM basierende Komponenten höhere Werte für die thermische Ausdehnung auf als auf PET basierende Komponenten. Bei ungefülltem PET lässt sich ein instabiler Kurvenverlauf mit einem Plateau bei 85 °C und einem lokalen Minimum bei 120 °C erkennen, wobei das Plateau durch den Glasübergang des Materials und eine daraus resultierende Entspannung der produktionsbedingten Spannungen verursacht sein kann. Das lokale Minimum hingegen kann möglicherweise durch eine Nachkristallisation des Materials verursacht werden. Da die Kristallisationsgeschwindigkeit von PET recht gering ist, kann die Kristallisation nach dem Abkühlen im Spritzgießprozess noch nicht abgeschlossen sein. Diese Auswirkungen werden bei gefüllten Komponenten aus PET nicht gemessen.
- Beide Füllmaterialien können jedoch eine Verringerung der thermischen Ausdehnung bewirken, unabhängig von den verwendeten Kunststoffmaterialien. Bei gleichem Füllmaterialgehalt ist die thermische Ausdehnung bei BN geringer als bei SILATHERM®. Die Verwendung eines höheren Füllmaterialgehalts führt zu einer weiteren Verringerung der thermischen Ausdehnung.
- Da eine Form auf einer Aluminiumplatte befestigt werden kann, sollten die thermischen Ausdehnungskoeffizienten beider Materialien zudem so nahe wie möglich beieinander liegen, um thermisch bedingte Spannungen zu vermeiden. Der thermische Ausdehnungskoeffizient von Aluminium beträgt 23,8 iim/m-K. und für einen Temperaturbereich von 20 °C bis 100 °C wurde ein mittlerer thermischer Ausdehnungskoeffizient für POM von 141,0 µm/m·K gemessen. Durch den Einsatz von SILATHERM® mit 30 Volumenprozent kann er auf 91,3 µm/m·K reduziert werden. In Kombination mit BN als Füllmaterial mit 30 Volumenprozent könnte ein Koeffizient von 65,1 µm/m·K erreicht werden.
- Im Falle von PET, wie in 5b gezeigt, wurde der ursprüngliche Wert von 111,2 µm/m·K auf 52,5 µm/m·K für SILATHERM® mit 30 Volumenprozent reduziert. Die gleiche volumetrische Menge an BN kann zu einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 34,3 µm/m·K führen, der dem von Aluminium recht nahe ist. Somit könnte die Komponente mit einer Mischung aus PET und BN mit 30 Volumenprozent als das beste Material hinsichtlich der thermischen Ausdehnung angesehen werden.

Werte für die Wärmeleitfähigkeit von POM und PET in Kombination mit BN oder SILATHERM® als Füllmaterialien mit unterschiedlichen Füllmaterialkonzentrationen sind in 6a-6d gezeigt. Diese Werte wurden für die drei Richtungen X, Y und Z untersucht, wobei X eine Einspritzrichtung beschreibt, Y eine orthogonale Ebenenrichtung darstellt und Z eine Durchgangsebene markiert:

- 6a zeigt die Wärmeleitfähigkeit einer Mischung aus POM und BN als Füllmaterial, wobei Kurve 610 X beschreibt (Quadrate), Kurve 615 Y beschreibt (Kreise) und Kurve 620 Z beschreibt (Dreiecke).
- 6b zeigt die Wärmeleitfähigkeit einer Mischung aus POM und SILATHERM® als Füllmaterial, wobei Kurve 625 X beschreibt (Quadrate), Kurve 630 Y beschreibt (Kreise) und Kurve 635 Z beschreibt (Dreiecke).
- 6c zeigt die Wärmeleitfähigkeit einer Mischung aus PET und BN als Füllmaterial, wobei Kurve 640 X beschreibt (Quadrate), Kurve 645 Y beschreibt (Kreise) und Kurve 650 Z beschreibt (Dreiecke).
- 6d zeigt die Wärmeleitfähigkeit einer Mischung aus PET und SILATHERM® als Füllmaterial, wobei Kurve 655 X beschreibt (Quadrate), Kurve 660 Y beschreibt (Kreise) und Kurve 665 Z beschreibt (Dreiecke).
- Für beide Füllmaterialien in den 6a-6d steigt die Wärmeleitfähigkeit mit zunehmender Füllmaterialkonzentration an. In Kombination mit dem plättchenförmigen BN wird die Wärmeleitfähigkeit in X- und Y-Richtung deutlich erhöht, während in Z-Richtung eine eher geringe Verbesserung gemessen wird. Dieses Verhalten kann durch eine Kombination aus Füllmaterialorientierung und der geometrieabhängigen Wärmeleitfähigkeit der Füllmaterialien verursacht werden. Im Spritzgießprozess können die plättchenförmigen Füllmaterialien überwiegend in der X-Y-Ebene orientiert sein, was eine Folge der auftretenden Scher- und Expansionsströme im Spritzgießprozess ist. Zudem weist BN eine Wärmeleitfähigkeit von 400 W/m·K entlang der Ebenen auf, während sie in der Durchgangsebene nur 2 W/m·K beträgt. Für POM wurden Werte bis zu 3,70 W/m·K in X-Richtung und 0,76 W/m·K in Z-Richtung gemessen. Für PET ist ein Maximum von 2,97 W/m·K in X-Richtung relativ niedrig, während das Maximum von 0,77 W/m·K in Z-Richtung ähnlich ist.
- In Kombination mit dem unregelmäßig kubisch geformten SILATHERM® zeigen die Komponenten eine eher isotrope Wärmeleitfähigkeit. Im Gegensatz zu BN ist die Wärmeleitfähigkeit von SILATHERM® für alle Füllmaterialrichtungen gleich. Allerdings sind die maximal erreichbaren Werte niedriger. Dies kann durch die geringere Wärmeleitfähigkeit von SILATHERM® von 14 W/m·K verursacht werden. Für die Kombination von POM mit SILATHERM® wurde ein Maximum von 1,48 W/m·K gemessen. Für PET hingegen war der höchste Wert der Wärmeleitfähigkeit 1,16 W/m.K. Dies könnte durch die vergleichsweise geringere Wärmeleitfähigkeit des Matrixmaterials PET verursacht werden.
- Wie dargestellt, weisen die Komponenten mit BN höhere Werte der Wärmeleitfähigkeit auf als die Kombinationen mit SILATHERM®. Dies kann durch die unterschiedliche intrinsische Wärmeleitfähigkeit der Füllmaterialien verursacht werden.

Als nächstes wird die Verbesserung der Prozesszykluszeit durch den Einsatz modifizierter Formmaterialien untersucht. Hier wurden ungefülltes POM und PET als Formmaterial verwendet. 7 zeigt die gemessenen Temperaturen innerhalb des verschweißten Schaums und der Form während Erwärmen und Abkühlen. Alle angegebenen Temperaturen sind relativ zu der für eine ausreichende Verschmelzung erforderlichen Mindesttemperatur T_fuse dargestellt.
Falls POM als Sohlenformmaterial (sold mold material) verwendet wird (Kurve 710), übersteigt die maximale Temperatur des Schaums T_fuse um 18 %. Die Spitzentemperatur der Form betrug 43 %. Der Prozesszyklus ist nach 432 s beendet. Bei PET als Formmaterial (Kurve 720) beträgt die Spitze in der Schaumtemperatur 115 %. Die Form erreicht eine maximale Temperatur von nur 39 %. Die Entformungstemperatur (Kurve 730) im Schaum wird nach 413 s erreicht. Die maximalen in Schaum (Kurven 710 und 720) und Form (Kurven 740 und 750) erreichten Temperaturen sind bei der Verwendung von POM 4% höher. Aufgrund der höheren Wärmeleitfähigkeit von POM kann die Schaumtemperatur anfangs schneller gesenkt werden. Sobald die Schaumtemperatur 75 % von T_fuse erreicht, ist das Abkühlen bei beiden Formmaterialien gleich. Bei niedrigeren Temperaturen wird das Abkühlen bei PET schneller. Dies kann durch den höheren Temperaturunterschied zwischen Schaum und Form für PET verursacht werden. Es konnte beobachtet werden, dass der größte Teil eines Zyklus durch passives Abkühlen verbraucht werden kann. Bei den ungefüllten Formmaterialien dauert die Abkühlung 393 s (PET) bzw. 412 s (POM). Dies könnte durch die geringe Wärmeleitfähigkeit von Schaum- und Formmaterial verursacht werden. Die 20 s des Erwärmens sind vergleichsweise kurz, unabhängig vom Formmaterial.
8a und 8b zeigen Füllmaterialkonzentrationen von 15 und 30 Volumenprozent für BN zusammen mit POM oder PET. Hier ist die innerhalb des Schaums und der Form gemessene Temperatur für das modifizierte POM in 8a dargestellt. Mit zunehmendem Füllmaterialgehalt wird die Schaumspitzentemperatur (Kurven 810, 815 und 820) leicht abgesenkt. Im Vergleich zu den 118 % der Tfuse des ungefüllten POM (Kurve 810) wurden 113 % und 111 % für POM mit 15 Volumenprozent BN und für POM mit 30 Volumenprozent BN (Kurven 815 und 820) gemessen. Gleichzeitig ist die Temperatur innerhalb der Form niedriger (Kurven 840, 845 und 850). Aufgrund der Verringerung des dielektrischen Verlustfaktors durch die wärmeleitenden Füllmaterialien können Formspitzentemperaturen von 32 % und 31 % (Kurven 845 und 850) von T_fuse erreicht werden. Die Kombination aus verbesserter Wärmeleitfähigkeit und niedrigeren Temperaturen in der Form kann zu einer erheblichen Verkürzung der Abkühlzeit führen. Während die Verarbeitungszeit für POM mit 15 Volumenprozent BN 307 s beträgt, wird sie durch die Verwendung von 30 Volumenprozent BN weiter auf 251 s verringert. Dies kann eine effektive Einsparung von bis zu 29 % bzw. 40 % der Zykluszeit bedeuten.
Die gleiche Analyse wurde für PET und 15 Volumenprozent BN in 8b durchgeführt. Im Vergleich zu den Ergebnissen mit POM in 8a ist die Spitzentemperatur für gefülltes und ungefülltes Formmaterial ähnlich (Kurven 855 und 860). Zudem ist die Spitzentemperatur der Form mit einer Mischung aus PET und 15 Volumenprozent BN (Kurve 870) 4% höher als bei der ungefüllten Form (Kurve 865). Nach der dielektrischen Charakterisierung ist der dielektrische Verlustfaktor beider Materialien recht ähnlich, was zu einer vergleichbaren Temperaturentwicklung führen kann. Dennoch könnte die erhöhte Wärmeleitfähigkeit zu einem schnelleren Wärmeübergang vom Schaum zum Formmaterial führen. Dies kann dann zu einer höheren Spitzentemperatur für das wärmeleitfähige Formmaterial führen. Aufgrund der verbesserten Wärmeleitfähigkeit können sowohl der Schaum als auch die Form im weiteren Verlauf ein schnelleres Abkühlen zeigen. Es kann eine Zykluszeit von 313 s erreicht werden, was einer Reduzierung der Zykluszeit um 20 % entspricht.
Der Fachmann wird verstehen, dass auch andere Füllmaterial(ien) oder Mischungen, wie oben erwähnt, vorstellbar sind. Beispielsweise kann das Füllmaterial ein dielektrisches Material umfassen, insbesondere eine Mischung aus mindestens zwei anorganischen Materialien, vorzugsweise mindestens eines der folgenden: ein Metallnitrid, ein Metalloxid, ein Metallcarbid, ein Metallsulfid, ein Metallsilikat, ein Siliciumcarbid und Siliciumnitrid, besonders bevorzugt Bornitrid, BN, SILATHERM® (eine Mischung aus Al2O₃ und SiO₂) oder SILATHERM® Advance. Alternativ oder zusätzlich umfasst das Füllmaterial mindestens eines der folgenden: eine Mischung aus einem Kohlenstoffmaterial und einem anorganischen Material, Kohlenstofffaser, glasartiger Kohlenstoff, Kohlenstoff-Nanoröhren, Kohlenstoff-Nanobuds, Aerographit, linearer acetylenischer Kohlenstoff, q-Kohlenstoff, Graphen, ein Salz, ein monokristallines Pulver, ein polykristallines Pulver, ein amorphes Pulver, eine Glasfaser. Wie oben beschrieben, folgen alle diese beschriebenen Ausführungsformen der gleichen Idee, durch dielektrisches Erwärmen der Zwischensohle in der Sohlenform und das anschließende Abkühlen der Sohlenform und der Zwischensohle optimale Eigenschaften für ein effizientes Formen zu erreichen.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, ein Füllmaterial zu wählen, um definierte physikalische oder mechanische Eigenschaften in verschiedenen Bereichen der Komponente, insbesondere eines Sportbekleidungsteils wie der Zwischensohle 120 durch die Verwendung einer erfinderische Form gemäß der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Dies kann unterschiedliche Verschmelzungsgrade in diesen unterschiedlichen Bereichen und damit abgestufte physikalische oder mechanische Eigenschaften in der Zwischensohle 120 umfassen. Beispielsweise können unterschiedliche Mischungen des Polymermaterials und des Füllmaterials in verschiedenen Bereichen der Form verwendet werden. Solche Ausführungsformen eröffnen daher die Möglichkeit, abgestufte und damit maßgeschneiderte Zwischensohleneigenschaften in einem reproduzierbaren Herstellungsprozess bereitzustellen.
Zusammengefasst kann die Verwendung einer erfindungsgemäßen Sohlenform daher nicht nur zu qualitativ besseren Endprodukten führen, sondern auch erhebliche Vorteile für den gesamten Formprozess bereitstellen, wie reduzierte Zykluszeiten, insbesondere im Bereich der Sportbekleidung, insbesondere für Schuhsohlen, so dass die Gesamtproduktivität gesteigert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015202013 A1 [0004]
EP 3053732 A1 [0004]

Claims

Form (100) zum Formen einer Komponente (120), insbesondere eines Sportbekleidungsteils (120), wobei die Form (100) umfasst: a. eine Mischung aus einem Polymermaterial und einem Füllmaterial, b. wobei das Füllmaterial geeignet ist, ein Erwärmen der Komponente innerhalb der Form (100) mittels eines elektromagnetischen Feldes zu ermöglichen.
Die Form (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Füllmaterial geeignet ist, die Wärmeleitfähigkeit der Form (100) zu erhöhen.
Form (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Füllmaterial geeignet ist, die Permittivität der Form (100) gegenüber der Komponente (120) zu erhöhen.
Form (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Füllmaterial ein dielektrisches Material umfasst, insbesondere eine Mischung aus mindestens zwei anorganischen Materialien, vorzugsweise mindestens eines der folgenden: ein Metallnitrid, ein Metalloxid, ein Metallcarbid, ein Metallsulfid, ein Metallsilikat, ein Siliciumcarbid und Siliciumnitrid, besonders bevorzugt Bornitrid, BN.
Die Form (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Füllmaterial mindestens eines der folgenden umfasst: eine Mischung aus einem Kohlenstoffmaterial und einem anorganischen Material, Kohlenstofffaser, glasartiger Kohlenstoff, Kohlenstoff-Nanoröhren, Kohlenstoff-Nanobuds, Aerographit, linearer acetylenischer Kohlenstoff, q-Kohlenstoff, Graphen, ein Salz, ein monokristallines Pulver, ein polykristallines Pulver, ein amorphes Pulver, eine Glasfaser.
Form (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mischung das Füllmaterial in einer Menge von 1 bis 75 Vol.-%, insbesondere 1 bis 30 Vol.-%, vorzugsweise 1 bis 25 Vol.-%, noch bevorzugter 1 bis 20 Vol.-%, am meisten bevorzugt 5 bis 20 Vol.-%, enthält oder die Mischung das Füllmaterial in einer Menge von 10 bis 40 Vol.-%, insbesondere 15 bis 35 Vol.-% enthält.
Die Form (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polymermaterial ein thermoplastisches Material umfasst, vorzugsweise mindestens eines der folgenden: Polyethylenterephthalat, PET, Polybutylenterephthalat, PBT, Polyoxymethylen, POM, Polyamidimid, PAI, Polycarbonat, PC, Polyketone, PK, Polyetheretherketon, PEEK, oder Polyethylen, PE.
Form (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polymermaterial geeignet ist, die Permittivität der Form (100) im Vergleich zur Komponente (120) zu erhöhen.
Form (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polymermaterial geeignet ist, den dielektrischen Verlustfaktor der Form (100) zu erhöhen.
Die Form (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polymermaterial ein geschäumtes Material umfasst.
Form (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Form (100) eine Sohlenform (100) ist und die Komponente (120) eine Schuhsohle (120), insbesondere eine Zwischensohle (120), ist.
Form (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektromagnetische Feld im Radiofrequenzbereich von 30 kHz - 300 GHz, vorzugsweise im Bereich von 1 MHz - 200 MHz, noch bevorzugter im Bereich von 1 MHz - 50 MHz, am meisten bevorzugt im Bereich von 25 - 30 MHz liegt.
Verfahren zur Herstellung einer Komponente (120), insbesondere eines Sportbekleidungsteils (120), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a. Formen der Komponente (120) unter Verwendung einer Form (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, ferner umfassend mindestens einen der folgenden Schritte: b. Beladen der Form (100) mit einem ersten Material für die Komponente (120), das Partikel eines expandierten Materials umfasst; und c. Erwärmen des ersten Materials und/oder der Mischung aus dem Polymermaterial und dem Füllmaterial der Form (100) und/oder eines Suszeptors der Form (100) mittels des elektromagnetischen Feldes.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Suszeptor mindestens eines der folgenden Materialien umfasst: expandiertes Polypropylen, ePP, Polyurethan, PU, Polylactid, PLA, Polyetherblockamid, PEBA, oder Polyethylenterephthalat, PET.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei der Schritt des Erwärmens den Schritt des Verschmelzens der Oberflächen der Partikel umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14-16, wobei die Partikel für die Komponente mindestens eines der folgenden Materialien umfassen: expandiertes thermoplastisches Polyurethan, eTPU, expandiertes Polyamid, ePA, expandiertes Polyetherblockamid, ePEBA, Polylactid, PLA, Polyetherblockamid, PEBA, Polyethylenterephthalat, PET, Polybutylenterephthalat, PBT, thermoplastisches Polyesterether-Elastomer, TPEE.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14-17, wobei die Partikel ein geschäumtes Material umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13-18, wobei das elektromagnetische Feld im Radiofrequenzbereich von 30 kHz - 300 GHz, vorzugsweise im Bereich von 1 MHz - 200 MHz, noch bevorzugter im Bereich von 1 MHz - 50 MHz, am meisten bevorzugt im Bereich von 25 - 30 MHz liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14-19, wobei die Form (100) zusätzlich mit einem zweiten Material beladen wird, das durch das elektromagnetische Feld im Wesentlichen unverändert bleibt.
Komponente (120), insbesondere Sportbekleidungsteil (120), hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 13-20.
Komponente (120) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Komponente (120) eine Schuhsohle (120), insbesondere eine Zwischensohle (120), ist.
Schuh, insbesondere Sportschuh, mit einer Komponente (120) nach Anspruch 21 oder 22.