DE4134565A1 - Schuh, insbesondere sportschuh - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schuh mit einer ein Fußbett ent­ haltenden Laufsohle und einem Schaftteil.

Im fortwährenden Bestreben, insbesondere im Freizeitbereich Schuhe zu schaffen, die den tatsächlichen Bedürfnissen angepaßt sind, werden verschiedene Wege beschritten. Die wesentlichsten Ziele bestehen darin, dem Fuß einen optimalen Halt zu geben, ohne daß hierdurch Bänder und Sehnen mehr als notwendig bean­ sprucht werden. So sind beispielsweise Schuhe bekannt, deren Fußanpassung durch in einen Innenschuh einzupumpende Luft oder aufschäumbares Material gewährleistet werden soll. Andere Kon­ struktionsmerkmale schaffen eine erhöhte mechanische Stabilität bzw. Elastizität, was sowohl durch spezielle Materialauswahl als auch durch Dämpfungs- und/oder Torsionskörper, die zusätz­ lich in die Schuhsohle eingebracht werden, bewirkt wird.

Ungelöst ist jedoch bisher das Problem, wie die bei Bewegung im Schuh auftretende Wärme abgeführt werden kann. Als unzureichend haben sich Belüftungslöcher erwiesen, die meist innen am Mit­ telfußbereich des Schuhes angeordnet sind. Daß das Wohlbefinden des Schuhträgers, insbesondere bei sportlichen Aktivitäten, die hohe Energieleistungen erfordern, erheblich davon abhängt, wie gut die Wärmeabfuhr auch im Fußbereich ist, ist unbestritten. Das Problem der unzureichenden Wärmeabführung vergrößert sich bei solchen sportlichen Betätigungen, die auf heißen Asphaltbe­ lägen stattfinden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schuh zu schaffen, der ohne hohen konstruktiven Aufwand eine einfache und ausreichend wirksame Wärmeabfuhr bzw. Kühlung gewährlei­ stet. Die hierzu verwendeten baulichen Mittel sollen darüber hinaus so dimensioniert sein, daß der nach dem Stand der Tech­ nik bekannte Schuh in seiner äußeren Formgestaltung unverändert bleibt.

Diese Aufgabe wird durch einen Schuh, insbesondere Sportschuh gelöst, bei dem in der Laufsohle ein geschlossener ein Kühlmit­ tel enthaltener Kältemaschinenkreislauf derart angeordnet ist, daß an der dem Fuß zugewandten Fußbettseite ein als Verdampfer wirksamer weitgehend inelastischer erster Raum, ein im Fersen­ und/oder im Vorderfußbereich als Kompressor wirksamer zweiter elastischer Hohlraum und ein als Kondensator wirksamer dritter Raum vorgesehen und miteinander über Einwegventile und/oder Sinterdrosseln verbunden sind. Der Grundgedanke der vorliegen­ den Erfindung beruht darauf, die Verdampfungskühlung ohne Zu­ fuhr weiterer Energie auszunutzen. Die zur Kompression des Kühlmittels notwendige Energie, die in großindustriell üblichen Kältemaschinen, aber auch Kühlschränken in Form elektrischer Energie zum Betrieb einer Pumpe bereitgestellt wird, wird bei dem Schuh aus der Arbeit gewonnen, die der Schuhträger beim Ge­ hen oder Laufen leistet. Energielieferant des Kältmaschinen­ kreislaufes ist daher ein im Fersen- und/oder Vorderfußbereich wirksamer elastischer Hohlraum, der beim Auftreten zusammenge­ drückt wird, womit das Auspressen des Kühlmittels über ein Ein­ wegventil oder eine Drossel in einen weiteren als Kondensator wirksamen Hohlraum einhergeht. Zur Kälteerzeugung wird folgen­ der physikalische Effekt ausgenutzt. Wenn man eine bestimmte Gas- oder Flüssigkeitsmenge rasch komprimiert, steigt ihre Tem­ peratur, ohne daß weitere Wärme zugeführt wird, da durch die Kompression die innere Energie des gasförmigen oder flüssigen Kühlmittels erhöht wird. Besitzt das komprimierte Kühlmittel eine Temperatur, die über der Umgebungstemperatur liegt, wird Wärme abgegeben, so daß der Wärmegehalt des Kühlmittels gerin­ ger ist. Läßt man das Kühlmittel adiabatisch unter Arbeitslei­ stung entspannen, so erniedrigt sich die Temperatur weiter, d. h., die Kühlmitteltemperatur sinkt zwangsläufig unter die Um­ gebungstemperatur mit der Folge, daß im Verdampfer Wärme benö­ tigt wird, die dem Fußbett des Schuhes entzogen wird. Bei aber­ maligem Ansaugen des Kühlmittels aus dem Verdampfer in den Kom­ pressorraum schließt sich der geschilderte Kältemaschinenkreis­ lauf.

Wie prinzipiell auch aus Kühlanlagen bekannt, kann der zuvor geschilderte Effekt noch verstärkt werden, wenn das Kühlmittel im komprimierten Zustand flüssig wird und bei der Entspannung verdampft, da dem Fußbett dann zusätzlich noch die zur Verdamp­ fung notwendige Wärme entzogen wird. Kühlmittel dieser Art sind prinzipiell bekannt, z. B. Ammoniak oder verschiedene Fluorkoh­ lenwasserstoffe. Nach oben geschildertem Kreislauf richten sich auch die Anforderungen an das Schuhsohlenmaterial. Im Über­ gangsbereich vom Fußbett zu dem ersten als Verdampfer wirksamen Raum muß gewährleistet sein, daß die im Fußbett vorhandene Wärme rasch in den Verdampferraum abgeleitet wird. Weiterhin müssen der Ort und die Lage bzw. Geometrie des zweiten elasti­ schen Hohlraumes so beschaffen sein, daß die beim Auftreten und Abheben des Fußes gewinnbare Pumpenergie optimal genutzt wird. Hierbei ist zu berücksichten, daß insbesondere beim Laufen die Zeitspanne, während der Kompressionsarbeit verrichtet wird, weitaus geringer ist als die Zeit, die zur Materialentspannung zur Verfügung steht. Schließlich verbessert sich die Funktions­ fähigkeit des Kältemaschinenkreislaufes mit der optimierten Wärmeabfuhr im Kondensator.

Prinzipell ist jedes Kühlmittel der folgenden Gruppe verwert­ bar: Ammoniak, Schweifeldioxid, Kohlendioxid, Methylchlorid, Methylenchlorid, Ethylchlorid, Ethyldichlorid, Difluorchlorme­ than, Monofluortrichlormethan, Trifluormonochlormethan, Difluormonochlormethan, Trichlortrifluorethan und Dichlorte­ trafluorethan. Die letztgenannten Stoffe sind auch als Freon bekannt. Mit angesprochen sind jedoch auch all diejenigen Stoffe, die in geeigneter Weise die genannten Fluorkohlenwas­ serstoffe als Kühlmittel ersetzen können.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Konden­ satorraum im wesentlichen an der Außenperipherie der Sohle und/oder an der Unterseite der Sohle angeordnet oder er besitzt zur Sohlenaußenseite gerichtete Lüftungskanäle. Der Kompressi­ onsgrad ist bei dem genannten Schuh im wesentlichen durch die Art der sportlichen Betätigung des Schuhträgers vorgegeben, so daß die Kompressionsarbeit eine weitgehend bei der Schuhkon­ struktion unbeeinflußbare Größe anzusehen ist. Hingegen führt eine verstärkte Wärmeabfuhr vom Kondensatorraum zu einer erhöh­ ten Erniedrigung der inneren Energie des Kühlmittels, die an­ schließend im Verdampferraum nutzbar gemacht werden kann. Daher kommt der Wärmeabfuhr vom Kondensatorraum eine wesentliche Be­ deutung zu.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der als Verdampfer wirksame erste Raum im wesentlichen voll­ ständig über die gesamte Fußbettfläche, um ein Optimum an Wär­ meübergangszonen zu erzeugen.

Vorzugsweise sind die genannten Kammern (Verdampfer, Kompressor und Kondensator) sowie deren Verbindungsleitungen mit einer ge­ gen das Kühlmittel inerten Auskleidung versehen, die Korrosio­ nen erhindern soll.

Weiterhin vorzugsweise besteht die Laufsohle aus einem ein­ oder mehrteiligen Kunststoff, insbesondere Polyurethan, der sich leicht im Spritzgießverfahren verarbeiten läßt.

Schließlich besitzt nach einer Weiterbildung der Erfindung der Kühlkreislauf eine wiederverschließbare Öffnung, die es er­ laubt, das Kühlmittel im Bedarfsfall zu entnehmen bzw. Kühlmit­ tel nachzufüllen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Ein­ wegventile oder Drosseln einstellbar, um den Kühlmitteldurch­ fluß bei Bedarf erhöhen oder erniedrigen zu können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 das Schema der Kältemaschine und

Fig. 2 eine schematische Ansicht der Schuhsohle mit integrierter Kältemaschine.

Die Kältemaschine besitzt folgende wesentliche Bestandteile: Einen Verdampfer 10, einen Verdichter 11, einen Verflüssiger 12 sowie eine Drosseleinrichtung 13.

Durch den im Verdampfer 10 bei niedrigem Druck und Raumtempera­ tur aufgenommenen Wärmestrom W₁ wird flüssiges Kältemittel ver­ dampft. Der entstehende Dampf wird von dem Verdichter 11 ange­ saugt und komprimiert, so daß im Verflüssiger 12 eine höhere Temperatur als die Umgebungstemperatur vorliegt; das Kühlmittel befindet sich in flüssigem Zustand. Der Verflüssiger 12 gibt Wärme W₂ an die Umgebung ab. Wird nun das Kühlmittel durch die Drossel 13 auf einen niedrigeren Druck im Verdampfer 10 ent­ spannt, erniedrigt sich die Temperatur des Kühlmittels, was durch die bei der Verdampfung des Kühlmittels notwendige Ver­ dampfungswärme noch erhöht wird. Die niedrigere Temperatur des Kühlmittels im Verdampfer 10 wird durch Wärmeaufnahme von au­ ßen, nämlich aus dem Fußbett (Wärmemenge W₁) wenigstens teil­ weise ausgeglichen.

Die Umsetzung dieses Kaltdampf-Verdichtungsverfahrens auf einen Schuh ist in Fig. 2 skizziert. Diese zeigt eine Schuhsohle 14 im Querschnitt; der Schaft bzw. das Obermaterial 15 sind nur angedeutet. Unmittelbar an das Fußbett 16 anschließend liegt ein erster Raum 17, der als Verdampfer 10 wirksam wird. Mit dem ersten Raum 17 ist ein elastischer Hohlraum 18 über eine Lei­ tung 19 verbunden, die zur Vermeidung des Rückflusses ein ent­ sprechendes Einwegventil besitzt. Von dem elastischen Hohl­ raum 18 führt eine ebenfalls mit einem Einwegventil ausgestat­ tete Leitung 20 zu einem dritten Raum 21, der als Kondensator wirkt. Dieser dritte Raum 21 besitzt eine möglichst große Au­ ßenoberfläche, worüber ein optimaler Wärmeaustausch mit der Um­ gebung möglich ist. Wie oben beschrieben, erfüllen der elasti­ sche Hohlraum 18 die Funktion des Verdichters 11, der Raum 21 die des Verflüssigers 12 und der mit dem Raum 21 über eine eine nicht dargestellte Drossel aufweisende Leitung 22 verbundene erste Raum 17 die des Verdampfers 10.

Claims (8)

1. Schuh, insbesondere Sportschuh, mit einer ein Fußbett (16) enthaltenen Laufsohle (14) und einem Schaftteil (15), dadurch gekennzeichnet, daß in der Laufsohle (14) ein geschlossener, ein Kühlmit­ tel enthaltener Kältemaschinenkreislauf (10 bis 13) derart angeordnet ist, daß an der dem Fuß zugewandten Fußbett­ seite (17) ein als Verdampfer (10) wirksamer, weitgehend inelastischer erster Raum (17), ein im Fersen- und/oder im Vorderfußbereich als Kompressor (11) wirksamer zweiter elastischer Hohlraum (18) und ein als Kondensator (12) wirksamer dritter Raum (21) vorgesehen und miteinander über Einwegventile und/oder Sinterdrosseln verbunden sind.

2. Schuh nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel Ammoniak oder ein Fluorkohlenwasserstoff ist.

3. Schuh nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatorraum (21) im wesentlichen an der Außenperi­ pherie der Sohle (14) und/oder an der Unterseite angeord­ net ist oder zur Sohlenaußenseite gerichtete Lüf­ tungskanäle vorgesehen sind.

4. Schuh nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der als Verdampfer wirksame Raum (17) im wesentlichen vollständig über die gesamte Fußbettflä­ che (16) erstreckt.

5. Schuh nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kammern (17, 18, 21) sowie deren Verbin­ dungsleitungen (19, 20, 22) mit einer gegen das Kühlmittel inerten Auskleidung versehen sind.

6. Schuh nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Laufsohle (14) aus einem Kunststoff, vorzugsweise Polyurethan besteht.

7. Schuh nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kühlkreislauf (10 bis 13; 17 bis 22) eine wiederverschließbare Öffnung besitzt.

8. Schuh nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einwegventile oder Drosseln einstellbar sind.