Skistiefel und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Skistiefel mit einem Schaftunterteil und einer damit verbundenen Laufsohle, wobei das Schaftunterteil eine den Fuss in seiner Länge und Breite zumindest teilweise umschliessende steife Schale aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Es wird bezweckt, einen Skistiefel zu schaffen, der vorwiegend aus Kunststoff besteht und folgende Eigenschaften aufweist: leicht, fuss anatomisch allgemein bequem, gut belüftet, warm, dauerformstabil, leichte Abwinkelung des Fusses zum Unterschenkel bei guter skiführender Steifigkeit ohne Druckschmerzen insbesondere auf dem Fussrücken.
Der erfindungsgemässe Skistiefel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schale mit einem Schaftoberteil aus einem Material mit niedrigerem E-Modul als dem der Schale fest verbunden ist, und dass der obere Rand der Schale vom Schaftoberteil überlappt ist. Das erfindungsgemässe Herstellungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Transportfolie als Verstärkungseinlagen im Kunstharz bestimmte Mattenoder Gewebezuschnitte mit kalthärtendem Kunstharz unter Vakuum getränkt werden, dass dann das Kunstharz angeliefert und dann diese Zuschnitte samt Verstärkungseinlagen, Scharnierbändern oder Bändern zum Anbringen von Verschlüssen in eine Pressform eingebracht werden, um dort auszuhärten.
In der Zeichnung werden dieser Aufbau und schichtförmige gewichtssparende Verstärkungseinlagen des Stiefels sowie gewichtssparende Gelenkkombinationen und Sicherheitsverschlüsse mit ihren Funktionen und Auswirkungen beispielsweise beschrieben.
Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch einen aus mehreren Schichten aufgebauten Kunststoff-Skistiefel im Ballenbereich.
Fig. 2 zeigt eine Teilansicht aus Fig. 1 im Bereich II.
Fig. 3 zeigt den Längsschnitt durch den in Fig. 1 dargestellten Kunststoffstiefel.
Fig. 4 zeigt die perspektivische Ansicht von zwei Kunststoffversteifungsteilen eines Skistiefels, die mit zwei Gelenkarten aus schichtförmigen längs- und querliegenden Scharnierbändern verbunden sind.
Fig. 5 zeigt die perspektivische Ansicht eines zweiteiligen, mit Knöchelgelenken miteinander verbundenen Skistiefels mit im Fersenbereich seitlich und hinten radial überlappender und seitlich versteifender oberer Manschette.
Fig. 6 zeigt ein Sicherheitsknöchelscharnier mit Schwächungen der Drehachse.
Fig. 7 zeigt Scharnierbänder als Verstärkungseinlagen mit Hinterschneidungen, und
Fig. 8 zeigt zweiteilige Verschlussbänder mit Sicherheitshülsenverschluss in perspektivischer Darstellung.
Alle Zahlenangaben über physikalische Daten in den Figuren sind in kg/cma gemacht, wenn andere Angaben fehlen. Schichtförmige Verstärkungseinlagen, wie Gewebe, sind hier, wenn nicht anders angegeben, in Epoxydharz mit einem E-Modul von 30 000 im Mischungsverhältnis 70 : 30 gewichtsmässig eingebettet.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen aus mehreren fest miteinander verbundenen Schichten aufgebauten Kunststoffstiefel im Ballenbereich, Fig. 2 einen vergrösserten Teilausschnitt aus Fig. 1.
Eine steife, den Fuss tragende, unten vorn und seitlich bis unterhalb der Knöchel umfassende Kunststoffschicht aus verstärktem Epoxydharz, ist hier als Schubschalenunterteil 1 mit an ihrer Sohle befestigter 3 mm starker Gummilaufsohle 2 ausgebildet. Sie besitzt einen nach oben verjüngten Rand 3, auf dem eine elastischere Schicht aus Polyurethan von 1,3 mm Stärke mit E-Modul von 500 als Schuhoberteil 4 und links aussen mit 0,5 mm Stärke bis zur Laufsohle 2 reichend, überlappend verbunden ist; die Sohle 1 kann auch vorn * Bundesrepublik Deutschland,7., 9. September, 19.
Dezember 1966, 17.Februar und 21.April 1967 (V 31903 VIIa/71a, V 31904 VIIa/8a, V 32593 VIIa/71a, V 33000 VIIa/71a, V 33001 VIIa/71a, V 33513 VIIa/7la) offen sein, sie wird dann vom Oberteil 4 abgedeckt.
Rechts aussen ist die steife Schale gegen Stoss und Abrieb geschützt durch eine etwa 0,25 mm starke stossaufnehmende Schicht 9 aus gehärtetem Epoxydharz mit einem E-Modul von 1000 und 30,so eingemischtem Silziumcarbidpulver. In der Mitte der Schale 1 liegt ein bandförmiges, den Fuss im Stiefel umfassendes Stiefelverschlussmittel 5 (0,5 x 40 mm) hoher Zugfestigkeit (3000) aus Polyamid. Es überragt den rechten und linken oberen Rand 3 der Schale 1 im Ballenbereich und trägt an seinen oberen Enden Verschlüsse 5'. Mit ihren die Schale 1 überragenden Enden liegt es unter der dem Schuhinnern zugewandten Seite des Oberteils 4 (es kann auch darüberliegen). Das Stiefelverschlussmittel kann auch aus zwei Teilen bestehen, die nur in den Seitenwänden festliegen.
Die steife Schale 1 hält den Fuss bewegungsstarr und überträgt die Bewegung des Fusses auf den unter dem Schuh befestigten Ski 6, während das Oberteil 4 nur so ausgelegt ist, dass es Wasser und Schnee daran hindert, in die Schale zu gelangen. Durch diese leicht auszubildende Ausführung des Oberteils 4, in Verbindung mit Stiefelverschlussmjttel 5, kann eine den Fussrücken polsternde, aber meist drückende Zunge entfallen. Die Schicht 4 kann deshalb so dünn und damit leicht gehalten werden, weil das dünne Verschlussmittel 5 mit seinem Verschluss 5' an seinen äusseren Enden den Fuss fest in der Schale 1 fixiert.
Die Schale 1 ist hier aus Epoxydharz und wie folgt verstärkt: Über der Laufsohle 2 liegen vier Glasfasergewebe 10 mit Fadeneinstellung 2 x 0,9, Kette 60fädig Roving, Schuss Glasstapelfaser 2 Nm 3 im Gewicht von 500 gim2 mit einer Gesamtstärke von 1,4 mm. Die Kettfäden liegen in dieser Schicht längs zur Stiefellänge in der Richtung und der Schicht der gewünschten grössten Steifigkeit der Schalensohle. Die senkrechten Aussenwände der Schale 1 sind verstärkt mit seinem Gewebe 11, wie später in Fig. 4 unter 16, 17 und 18 beschrieben. Die dem Fuss zugekehrte innere Seite der Schale 1 ist mit zwei Glasfasergewebelagen 12, wie unter 10 angegeben, verstärkt.
Ihre Kettfäden laufen von einem oberen Rand 3 der Schale 1 um die Sohle zu ihrem anderen oberen Rand.
Die Schale 1 besitzt seitlich eine Gesamtwandstärke von etwa 2 mm und dort, wo die Bänder 5 und 20 (Fig. 3) liegen, von 2,5 mm und im verjüngten oberen Rand 3 von etwa 0,7 mm.
Der Sohlen-Seitenwandübergang 13 besteht aus einer versteifenden Wandstärkenverdickung aus einem Gemisch von etwa 20 mm langen Glasfasern mit Epoxydharz und einem E-Modul von 20 000.
7 ist eine Schaumstoffschicht mit geringerem 4-Modul als die Schale 1, die aus steifem, vorwiegend offenzelligem Schaumstoff besteht, der höchstens bis zu 30 %, vorzugsweise von 5-15 %, seiner Schichtstärke schwach federnd nachgibt, der eine Druckfestigkeit von 0,2 bis 50 kg/cm2, vorzugsweise von 10 kg/cm2, besitzt und sich bei zonenweisem Druck, der über dieser Druckfestigkeit liegt - der ausgeübt wird, sei es durch Druck mittels eines beliebigen Gegenstandes von aussen her oder durch verknöcherte Fussanomalitäten - durch Zellwandbruch dauerhaft deformiert. Sie umgibt den Fuss an seiner Sohle und seitlich, so dass der Fuss lufthüllenhaft, d. h. warm und trocken, aber durch die Steifigkeit des an sich bekannten Schaumstoffes aus Polyurethan (es können auch andere Schaumstoffe verwendet werden) fest im Stiefel gelagert ist.
Diese steife Schaumstoffschicht ist in jedem Stiefel verwendbar.
Fig. 3 zeigt den Längsschnitt durch den in Fig. 1 im Ballenbereich gezeigten Skistiefel. Eine Aussparung 14 in Fig. 3 ist ausgefüllt mit einem elastischen, schwammartigen Schaumstoff 15, der durch die Bewegung der Fusssohle beim Gehen sein Volumen ständig ändert und damit in der Schaumstoffschicht 7 eine Luftzirkulation bewirkt. 8 ist ein herausnehmbarer Filzinnenschuh von etwa 3 mm Stärke, der den Fussschweiss physiologisch aufnimmt, um ihn dann in die in der Schaumstoffschicht 7 zirkulierende Luft oder nach den oberen Schuhrändern weiterzugeben. Der verjüngte Rand 3 weist zur Erhöhung seiner Seitenelastizität von oben nach unten zur Schuhsohle laufende Einschnitte 21 auf.
Die Schale 1 ist an ihrer dem Fuss abgekehrten, äusseren Seite mit einem Gewebe 11 von etwa 1,05 mm Stärke verstärkt, und zwar zonenweise in Richtung der gewünschten grössten Steifigkeit oder Elastizität in der Stiefelwand. Dieses Gewebe besteht im Bereich 16 (Fig. 3) aus 1 mm starken Federstahldrähten (E-Modul 2000 000 und 200000 Zugfestigkeit), je 7 cm, im Bereich 17 aus Glasseidenrovings, 60fädig (E-Modul 700 000, Zugfestigkeit 14 000), 6 je cm und im Bereich 18 aus 1 mm starken Polyamidfäden (E-Modul 1000, Zugfestigkeit 6000), 7 je cm, die alle als Kette parallel eng nebeneinanderliegen und von einem oberen Rand 3 über die Sohle zum andern oberen Rand 3 laufen. Quer dazu im Schuss liegen Glasseidenrovings 30fädig, 2 je cm.
Die Stiefelspitze 19 hat 4 mm Wandstärke und besteht aus der unter 13 genannten Mischung. 20 ist ein Ristband, das mit Verschluss 20' den Fuss mit seiner Ferse in dem steifsten Bereich 16 der Schale 1 fixiert. Zone 17 ist elastischer als Zone 16 und Zone 18 noch elastischer. Diese unterschiedliche Verstärkungsart macht den Stiefel dort steifer (Fersenpartie), wo skifahrtecknisch gefordert und dort elastischer, wo fussphysiologisch erwünscht (Ballenpartie) und bei grosser Festigkeit insgesamt dünnwandig und leicht.
Mit beispielhaft geschildertem Gewebeaufbau der Schale 1 wird der technische Effekt, mit Geweben aus verschiedenen Materialien und/oder die in einer Richtung ihre überwiegende Fadenzahl haben, mit dünnsten Wandstärken in konstruktiv gezielter Richtung und Schicht die grösste Festigkeit bei geringstem Gewebebzw. Verstärkungsaufwand zu erzielen, verwirklicht.
Die Stiefelseitemvände sind mit etwa 2 mm Wandstärke elastisch federnd steif und die Sohle fast steif, so dass der Schuh angenehmer und leichter zu tragen ist als ein schwerer Lederskistiefel mit gleicher Seitensteifigkeit.
Fig. 4 zeigt ein unteres Versteifungsteil 30, das die Fersenpartie unterhalb der Knöchel seitlich und hinten umschliesst; es ist mit einem oberen Versteifungsteil 31 über ein Knöchelscharnier 32 verbunden.
Scharnier 32 wird aus schichtförmigen, flachen, längs zur Stiefelseitenwand liegenden Scharnierbändern 33 und 34 mit E-Modul von 2000000 gebildet. Weiter sind die Teile 31 und 30 parallel zur Achillessehne, senkrecht und quer zur Stiefelseitenwand durch ein Stahlfederband 35, 10 x 2 mm das in einem Gleitschlitz 36 im Teil 30 senkrecht gleitet, miteinander verbunden. An Stelle eines Federbandes können auch mehrere Verwendung finden. Das obere Teil 31 umfasst den Unterschenkel hinten und seitlich oberhalb der Knöchel und ist nach vorn offen ausgebildet. Durch diese zweigelenkige Verbindung der steifen Teile 30 und 31 können beide Teile sehr leicht gehalten werden, ohne sich wesentlich seitlich zu verwinden. Zusätzlich kann ein Achillesfederband 35 eingesetzt sein. Die Versteifungsteile 30 und 31 bestehen aus 3 mm starkem gespritztem Polyurethan mit einem E-Modul von 30 000.
Diese Gelenkkombination kann auch um ein weiteres Knöchelscharnier erweitert und in jeden Skistiefel eingebaut werden.
Fig. 5 zeigt wieder eine steife, an den Seiten 5 mm starke Schale 1 aus steifem, gespritztem Polyurethan (E-Modul 20 000), auf deren verjüngtem oberem Rand 3 elastischeres Polyurethan (E-Modul 400) als Oberteil 4 überlappend aufgespritzt ist. Eine angelenkte steife, nach vorn offene, den Unterschenkel seitlich und hinten umfassende Manschette 40 aus dem gleichen Material wie die Schale 1, überragt Schale 1 im Fersenbereich 41 nach unten abdichtend, seitlich versteifend und führend, gleitend und sich radial um die unter 42 dargestellten Knöchelscharnierdrehpunkte drehend.
43 ist ein mit Polyurethan umspritztes, U- förmiges, 1,5 mm starkes seitlich und hinten fersenumfassendes, schichtförmiges Metallformteil mit einem E-Modul von 2000 000 mit am oberen Rand befindlichen Löchern 44 zum Befestigen von 1 x 20 mm Stahlscharnierbändern 45, die in der Manschette 40 seitlich eingebettet sind. Die Manschette 40 wird nach vorn ringförmig um.den Unterschenkel durch die Bänder 46, an deren Enden Verschlüsse 46' sitzen, verschlossen. Durch seitliche schichtförmige Versteifungen 43 und 45 mit hohem E-Modul (2000 000), in Verbindung mit der steifen Überlappung im Bereich 41 der Manschette 40, ist eine gute skiführende Seitensteifigkeit des Stifels bei leichter Vorabwinklung der Manschette gewährleistet.
Die Manschette 40 kann ähnlich wie die Schale 1 verstärkt werden, und zwar in Richtung der gewünschten grössten Steifigkeit, hier vertikal zur Stiefelsohle durch grössere Anzahl Fäden als quer dazu oder vertikale Verstärkungen mit höherem E-Modul. Dadurch wird die Manschette 40 seitlich steif, aber bei elastischen sich öffnenden und schlie ssenden Seitenwänden. Die weiteren aus früheren Figuren übernommenen Bezugsziffern gelten auch hier, mit Ausnahme der Ziffern 35 und 36, deren Gegenstand bei dieser Ausführungsform entfallen kann. Der Gleitschlitz befindet sich hier in der Schale 1, während eine Stahlfeder 35 mit Teil 40 fest verbunden ist.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform eines Seitenscharniers 50 im Schnitt in vergrösserter Darstellung.
Es besteht aus einem Stahlband 51, das in der unteren steifen Schale 1 befestigt sein kann'mit einer durch Nietung verbundenen Hülse 52 als Scharnierachse mit Innengewinde, in der eine Schraube 53 mit Kopf 54 sitzt, sowie aus einem lose darauf sitzenden Band 45, das in der Manschette 40 befestigt sein kann. Der Kopf 54 der Schraube oder Niete hat eine Sollbruchstelle, z. B. in Form von ringförmigen Ausnehmungen, die bei schwerem Sturz des Skifahrers den Kopf 54 abplatzen lassen, womit das in der Manschette 40 befestigte Band 45 nach aussen herunterspringen kann und damit den Unterschenkel des Skifahrers freigibt, womit ein Unterschenkelbruch vermieden werden kann, falls sich die Skibindung nicht öffnet.
Fig. 7 zeigt im Querschnitt durch die Wand der Manschette 40 die Lagerung des Scharnierbandes 45 im Kunstharz. Das Scharnierband 45 ist so im Kunstharz der Manschette 40 eingebettet, dass es mit seiner Breitseite 60 nach dem Inneren der Manschettenwand 40 zeigt und mit seiner gegenüberliegenden Breitseite 61 zur inneren Manschettenaussenwand. Die Schmalseiten 62 sind geneigt zu den Breitseiten 60 und 61, so dass sie im Kunstharz als Hinterschneidungen wirken und damit verhindern, dass das Band auf Grund von Scherkräften aus dem Kunstharz ausbricht.
In gleicher Weise kann auch die U-förmige Metalleinlage 43 (Fig. 5) im Fersenbereich der Stiefelschale 1 ausgebildet und gelagert sein.
Fig. 8 zeigt zweiteilige, unter den Ziffern 5, 20, 46 gezeigte Verschlussmittel mit Sicherheitsverschluss 69.
Diese sind zwischen ihrer Befestigung im Stiefel unten und den Verschlüssen 5', 20' und 46' geteilt und sitzen mit ihren beiden Enden 70 und 71 in einer Klemmhülse 72, deren Klemmdruck durch die Schraube 73 reguliert werden kann.
Der Skistiefel wird entweder im Spritzgussverfahren hergestellt, indem die verschiedenen, fest miteinander verbundenen, sich auch überlappenden Schichten aufeinandergespritzt werden. Eventuell vorhandene Bänder für Verschlussmittel und/oder Stahlscharnierbänder oder Metallformteile werden vor Beginn des Spritzprozesses in der Form fixiert. Oder die Herstellung seiner steifen Teile 1 und/oder 40 erfolgt im Pressverfahren und sein elastisches Oberteil 4 wird aufgeklebt oder auch im Spritzgussverfahren aufgespritzt.
Es wurde gefunden, dass ein Pressverfahren zur Herstellung der steifen Teile, wie folgt beschrieben, am wirtschaftlichsten und qualitativ am besten ist:
Gewebe als Verstärkungseinlagen werden gestanzt, eventuell auf eine Transportfolie gelegt und mit kalthärtendem Harz (wie Epoxydharz) und gegebenenfalls Bändern oder Stahlversteifungsteilen als Paket zwischen zwei sich am Rande abdichtende Folien gelegt, dann wird zwischen diesen Folien Vakuum erzeugt (etwa 10 Torr), wodurch eine gute luftblasenfreie Durchtränkung mit dem Kunstharz erzielt ist. Nachdem das kalthärtende Harz etwas angeliert ist, wird das Paket in die geöffnete, relativ schwach auf 80 bis 100 Grad Celsius geheizte Form gelegt und die Form zugefahren. Bis zum Druckaufbau durch Schliessen der Form kann die Form wieder unter Vakuum (etwa 10 Torr) gesetzt werden.
Je nach Harztyp ist mit Presszeiten von etwa 8 Minuten zu rechnen, nach denen das fertige Pressteil der Form entnommen werden kann.
Die technischen Vorteile dieser Arbeitsweise bestehen in folgenden Punkten: Luftblasenfreie und damit witterungs- und alterungsbeständige sowie durch Härtung in der Presse bei relativ niedrigen Temperaturen spannungsfreie Presseteile grosser Lebensdauer.
Die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen sollen auch einzeln oder gruppenweise kombinierbar sein, soweit sie sich nicht gegenseitig widersprechen.