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Antistatischer Laufsohuh Die Erfindung bezieht sich auf einen antistatischen
Laufschuh.
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Nicht nur in Krankenhäusern, sondern auch in vielen chemischen und
pharmazeutischen Betrieben ist das Tragen von antistatischem Schuhwerk eine dringende
Notwendigkeit und gesetzliche Vorschrift. Auch auf modernen Sportanlagen, wie zum
Beispiel auf Kunststoffrasen und auf synthetischen Laufbahnen entsteht aufgrund
der Bewegungsrhythmen eine besonders starke elektrostatische Aufladung durch Reibungselektrizität,
die besonders für die Sportler eine sehr unangenehme und physisch nicht ganz unbedenkliche
Eigenschaft darstellt.
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Es sind bereits antistatische Schuhe bekannt, die mit einer antistatischen
Laufsohle versehen sind. Diese Laufsoble wird durch Raftvermittler entweder auf
der Ledersohle oder der Brandsohle des Schuhs befestigt.
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Die aus Gummimischungen mit hoher Ruß- oder Graphitpigmentierung bestehende
antistatische Laufsohle wird von den Schuhfertigungsbetrieben vielfach mittels elektisch
nicht leitender Haftvermittler mit dem Sohlenleder des vorgefertigten Schuhs verklebt.
Darüber hinaus wirkt die Leder-Brandsohle und Schuheinlage elektrisch isolierend.
Sin "Suß-Boden-Kontakt" ist also nicht gegeben, d.h. die leitende Sohle vernichtet
nur die am Boden erzeugte Reibungselektrizität. Die statische Aufladung am Körper,
zum Beispiel durch Tragen synthetischer Kreidung, wird nicht abgeleitet.
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Diese bekannten Schuhe weisen ferner den Nachteil auf, daß die Rußpigmente
aus den Gummimischungen der antistatischen Laufsohle auswandern und zwar vor allem
bei mechanischer Beanspruchung, aber auch schon bei der Lagerung. Hierdurch läßt
die elektrische Leitfähigkeit stark nach und unterbleibt schließlich ganz. Weiterhin
färben derartige Gummimischungen auf Böden jeder Art stark ab, was zum einen zu
einem unansehnlichen Aussehen der Böden führt und zum-anderen ein bedeutendes Mehr
an Reinigungsarbeit erfordert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen antistatischen Laufschuh
zu schaffen, bei dem sichergestellt ist, daß nicht nur die am Boden entstehende
Reibungselektrizität vernichtet, sondern auch die am Körper und an der Kleidung
haftende statische Elektrizität abgeleitet
wird. Sonach soll sich
also kein elektrisches Spannungspotential zwischen der den Schuh tragenden Person
und dem Boden mehr bilden können, wobei die Schuhsohle oder Teile davon farbfest
und in verschiedenen Parben gefertigt werden können. Ferner soll der "Puß-Boden-Kontakt"
vorzugsweise im Widerstandsbereich von 104 Ohm bis 108 Ohm liegen, damit die durch
Reibung erzeugte Elektrizität in jedem Falle in Wärme umgewandelt wird.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß von der
Pußauflage im Schuh durch sämtliche Schichten der Sohle hindurch bis zur unmittelbaren
Bodenberührung ein elektrisch leitendes, nicht abfärbendes Material in den Schuh
eingearbeitet wird. Vorzugsweise wird als einzuarbeiten des IvIaterial elektrisch
leitfähiges Zellpolyurethan, insbesondere zellige Polyurethanela#tomere, verwendet,
dessen Zellenaufbau so gehalten ist, daß eine Wasseraufnahme nicht möglich ist.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß der Durchgangswiderstand auf 104 Ohm eingestellt werden kann. Dieser geringe
Ableitwiderstand ist insbesondere in der Elektronikindustrie erforderlich, da der
menschliche Körper im Widerstandsbereich von 105 Ohm liegt, d.h. wenn Spannung vom
Körper abgeleitet werden soll, muß der Schuhwiderstand unter i05 Ohm liegen.
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Andernfalls findet eine Funkenentladung über die Wende statt. Der
zellige Aufbau des erfindungsgemäß verwendeten Materials empfiehlt sich besonders
bei flexiblen Sohlen, da bei Biegeauslenkungen der Sohle sehr hohe mechanische Belastungen
des Materials auftreten. Hierbei
wird das erfindungsgemäß eingesetzte
Material nicht zerstört, sondern die Elemente verformen sich ellipsenförmig. Weiterhin
ist das Material farbfest und eine Pigmentwanderung ist ausgeschaltet, so daß sich
die Leitfähigkeit auch bei mechanischer Beanspruchung der Sohle nicht verringert.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale eines nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten antistatischen Laufschuhs ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele, die zum Teil in den Zeichnungen dargestellt
sind. Es zeigen: Pig. 1 die Unteransicht eines antistatischen Laufschuhs, Fig. 2
einen Schnitt durch den Laufschuh gemäß der Linie A-3 der Fig. 1, Fig. 3 eine Alternativ-Ausführung
des antistatischen Laufschuhs, Fig. 4 eine weitere Alternativ-Ausführung des antistatischen
Laufschuhs, Fig. 5 die Unterseite einer Einlegesohle mit den aufgetragenen Widerstandsbahnen.
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Bei dem Laufschuh nach den Fig. 1, 2, sind zylindrische antistatische
Durchgangselemente 1 aus elektrisch leitfähigem Zellpolyurethan in die Sohle 2 eingesetzt.
Die Sohle 2 besteht in der Regel aus der Laufsohle 5 und der Brandsohle 4. Diese
Durchgangselemente 1 können nachträglich in åede Art von Schuh eingebaut werden.
Die Durchgangselemente
1 haben einen Durchmesser von ca. 8 mm und
werden in Bohrungen, die in der Sohle 2 und im Absatz 5 vorgesehen sind, unter Vorspannung
eingedrückt.
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Bei dünnen Sohlen 2 ist die Befestigung mittels Haftvermittler zweckmäßiger.
Im allgemeinen genügen drei Durchgangselemente 1 im Laufschuh, um den Effekt der
statischen Aufladung zu verhindern. Die Durchgangselemente 1 sind mindestens an
den wesentlichen BodenberUhrungspunkten in der Sohle 2 eingesetzt, um einen sicheren
Ableitkontakt sicherzustellen. Die Durchgangselemente 1 stehen senkrecht zur Fußauflageebene
6 in der Sohle 2 und im Absatz 5 und durchbrechen am Umfang sämtliche Sohlenkleb-
und Verbindungsflächen sowie die Brandsohle 4 und weitere Einlagen. Ein mit diesen
elektrisch leitenden Durchgangselementen 1 versehener Laufschuh zeigt einen elektrisch
leitenden Durchgang von der Fußauflageebene 6 durch die Sohle 2 auf den Boden und
erfüllt somit die Auflage der elektrostatischen Ableitung.
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Die zylindrischen Durchgangselemente 1 sind besonders vorteilhaft
dann anzuwenden, wenn ein bereits fertiggestellter Schuh antistatisch gemacht werden
soll. Dem gegenUber sind im Querschnitt V-förmige oder D-förmige Durchgangselemente
1' aus elektrisch leitfähigem Zellpolyurethan besonders günstig einzusetzen, wenn
die Bohrungen bei der Sohlenanspritzung mitgefertigt werden, d.h. daß die Sohlenform
entsprechende Formkörper enthält. (Fig.3). Während der Sohlenanschäumung bilden
sich die Bohrungen. Es ist zweckmäßig, den Durchmesser der Durchgangselemente mit
der Dicke der Sohle abzuatimmen,
wobei sich der Durchmesser der
Durchgangselemente mit abnehmender Sohlendicke verringert.
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Wie Fig. 4 zeigt, kann das elektrisch leitende Material unmittelbar
als Laufsohle 3' dienen. Die Laufsohle 3' wird an den bereits fertigen Schuh angespritzt
und dringt dabei an örtlich begrenzten Stellen 7 durch die Brandaohle 4 hindurch.
Auch bei dieser Ausführung ist ein "SuB-Boden-Eontakt 11 sichergestellt.
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Die erfindungsgemäß hergestellten Schuhe nach der vorangehenden Beschreibung
werden hauptsächlich dort getragen, wo dies aus betrieblichen Sicherheitsgründen
eine Vorschrift ist, wie z.B. in Klinikräumen, in Explosivstoffräumen usw. In diesen
Arbeitsräumen sind grundsätzlich auch die Fußböden, Türen und Geräte antistatisch-
eingestellt und auf ein Erdungspotential gebracht. Die durch Schuhreibung erzeugte
Elektrizität, soweit sie sich Aberhaupt bilden kann, fließt also sofort in die Bodenfläche
ab, welche demgemäß als Äquipotentialfläche anzusehen ist.
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Anders verhält sich die Funktion der Ableitung auf isolierten Böden,
wie Teppichböden aus Perlon, Sportplatzbelägen, Kunststoffrasen oder ähnlichen Belägen.
In diesen Bodenbereichen werden durch Reibung erhebliche elektrostatische Spannungen
gebildet, die aufgrund der Bodenisolation nicht abgeleitet werden können. Es bilden
sich dort sehr starke Potentialdifferenzen bzw. Feldstärken bereits an verhältnismäßig
eng zusammenliegenden Oberflächenpunkten
aus, welche sich ausgehend
von den Durchgangselementen 1 über die Fußfläche entladen könnten, sofern keine
Abhilfe geschaffen wird.
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Eine Weiterführung des Erfindungsgedanken besteht demgemäß darin,
den Schuh dahingehend zu verändern, daß auch auf isolierten Böden keine Entladung
über den menschlichen Körper stattfindet.
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Ein nach der Erfindung hergestellter antistatischer Schuh mit mindestens
2 leitenden Durchgangselementen verhält sich auf isolierten Böden so, daß die sich
bildende Elektrizität naturgemäß in die relativ gut eitenden Durchgangselemente
strebt und in Richtung Schuhinenfläche (Pußauflage) abfließt. Hierbei tritt ein
Spa;inungsabfall auf, wenn ein Stromkreis vorhanden ist, der einen angepaßten elektrischen
Widerstand aufweist; Die weitere AusfUlirung der Erfindung besteht darin, daß ein
Stromkreis gebildet wird, der den von den Durchgangselementen ankommenden Strom
im Schuh (PußauSlage) so weiterleitet, daß er nicht durch den menschlichen Körper
fließt. Der Stromkreis wird gebildet, indem die Durchgangselemente in der Schuhinnenseite
durch Widerstandsbrücken elektrisch miteinander verbunden werden. Der Elektrizitätsfluß
und die damit verbundene Umwandlung in Wärme innerhalb der Durchgangselemente und
ihren Verbindungsbahnen läßt sich darin begründet, daß die Reibungswerte und die
damit verbundene Elektrizitätsbildung und deren Feldvektoren an der Sohlenunterseite
an allen
Stellen verschieden ist und somit Spannungspotentiale zwischen
den einzelnen Durchgangselementen auftreten, die sich über die Widerstandsbahnen
entladen.
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Die Widerstandsbahnen befinden sich beispielsweise auf einer Einlegesohle.
Die Einlegesohle kann aus Ledervlies bestehen, auf dem die Widerstandsbahnen in
Form einer elektrisch leitenden Beschichtung aufgetragen werden.
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Die fertige Einlegesohle wird so in den Schuh gelegt, daß die Widerstandsbahnen
die Durchgangselemente elektrisch zusammenschalten. Bei einer geeigneten Widerstandsanpassung
ist es auch möglich, die Einlegeschle aus Ledervlies vollkommen mit einer leitenden
Widerstandsfarbe zu imprägnieren.
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rig. 5 zeigt die Unterseite einer Einlegesohle mit den aufgetragenen
Widerstandsbahnen.
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Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung ohne sie jedoch
einzuschränken.
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Beispiel 1 Es wird ein Schuh mit Holzkohle für den Krankenhausbedarf
im Operations-Bereich hergestellte. Es besteht die Auflage, daß der Operations-Schuh
antistatisch eingestellt ist. Der elektrische Widerstandsbereich soll 5 x 104 Ohm
betragen. Nach der Erfindung wird nun die Holzschle eines im Handel erbältliohen
Schuhs an drei
Punkten mit einer Bohrung von ca. 10 mm Durchmesser
versehen. In diese Bohrungen werden vorgefertigte elektrisch leitende Polyurethanzylinder
so eingeklebt, daß die Endflächen der Zylinder mit den Sohlenflächen abschließen
oder wenige Zehntelmillimeter über den Sohlenrand herausragen. Da keine Biegemomente
an der Sohle auftreten, können elektrisch leitende homogene Kompaktmaterialien eingesetzt
werden. Der elektrische Widerstand der Durchgangselemente ist so ausgelegt, daß
der fertige Schuh 5 x i04 Ohm ergibt. Die in den Schuh eingebauten Elemente verhalten
sich zur Ebene wie eine Parallelschaltung von elektrischen Widerständen.
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BeisPiel 2 Es wird ein sportlicher, antistatischer Schuh für die Elektronikindustrie,
speziell für die MOS-verarbeitende Industrie, hergestellt. Nach der Erfindung wird
ein Cordschuh mit einer sehr leichten Polyurethanschaumsohle gewählt, und mit einem
Hohlbohrer wird die Sohle an den benötigten Stellen durchbohrt. Zweckmäßigerweise
werden drei Bohrungen in der Sohle und eine im Absatz vorgenommen. Aufgrund der
hohen mechanischen Beanspruchung der Durchgangselemente bei flexiblen Sohlen werden
elektrisch leitende zellige Polyurethanzylinder gewählt. Als Haftvermittler für
die Verbindung der Durchgangselemente mit der Sohle wird vorzugsweise ein Polyurethan-Kleber
genommen. Der fertige, antistatische Schuh; garantiert die Ableitung von Körperaufladungen
soweit, daß die Randhabung von empfindlichen Elektronikbausteinen keine Gefahr der
Zerstörung mit sich bringt.
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Das erfindungsgemäß eingesetzte elektrisch leitfähige Material kann
aus einem zelligen Polyurethan, wie es beispielsweise unter der Bezeichnung Cellasto
MH 24-40 (die Porengröße beträgt mindestens 5 Mikron) im Handel ist, bestehen, das
mit einer wässrigen Ruß-Kunststoff-Dispersion imprägniert wurde. Die wässrige Ruß-Kunststoff-Dispersion
kann man beispielsweise durch Mischen einer wässrigen 25igen Rußdispersion (der
Durchmesser der Rußteilchen beträgt ca. 270 Angström) und einer eigen wässrigen
Dispersion aus Polymerisaten oder Misch-polymerisaten auf Basis von Acrylsäureestern
herstellen. Die Imprägnierung kann dadurch erfolgen, daß man den zelligen, vorzugsweise
offenzelligen Polyurethan-Zylinder, der mit ca. 30 kp/cm2 vorgedrückt wurde, in
die wässrige Ruß-Kunststoff-Dispersion eintaucht und sich entspannen läßt. Bei der
Entspannung saugt der Zylinder die Dispersion auf. Anschließend wird der Zylinder
Je nach Elastizitätsbedarf mehr oder weniger stark ausgedrückt und ca. 10 Stunden
bei etwa 700 C getrocknet. Durch die Art der Imprägnierung und durch die Menge an
eingesetzten Rußteilchen läßt sich in Verbindung mit der Kunststoffdispersion die
Leitfähigkeit der imprägnierten Körper entsprechend variieren.