DE4320312A1 - Kappensteife und Sicherheitsschuh - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft eine aus einem verstärkten Kunststoffmaterial hergestellte Kappensteife oder Zehenkappe zur Benutzung bei einem Sicherheitsschuh oder anderen Arten von Schuhen und einen die Kappensteife benutzenden Sicher­ heitsschuh oder Stiefel.

Bisher wurde eine unter Benutzung eines Kohlenfasern o. dgl. enthaltenden verstärkten Kunststoffmaterials hergestellte Kappensteife vorgeschlagen. Bei der herkömmlichen Kappensteife wurde jedoch der Festigkeit des von dem Unterteil der Kappen­ steife nach innen gebogenen Einfassungsteils oder Flanschteils davon keine besondere Aufmerksamkeit geschenkt.

Die aus einem verstärkten Kunststoffmaterial, das darin Kohlefasern o. dgl. enthält, hergestellte herkömmliche Kappen­ steife, wie sie in der veröffentlichten japanischen Gebrauchs­ musteranmeldung, KOKAI (frühe Veröffentlichung) mit der Nr. 62-73706 offenbart ist, wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben. Eine Kappensteife 1 ist sich von einem oberen rückwärtigen Endteil 1a zu einem vorderen Endteil 1b und zu Unterteilen 3a und 3b gegenüberliegender Seitenteile 2a und 2b erstreckend in einer der Kontur des Vorderteils eines Schuhs folgenden gebogenen Form gebildet, und ein Einfas­ sungsteil 4 ist von einem vorderen Endteil 1b und den seitlich gegenüberliegenden Unterteilen 3a und 3b nach innen gebogen gebildet. Bei dem Einfassungsteil 4 entspricht die Weite X′ des vorderen Endteils im wesentlichen den Weiten Y′ , Y′ des hinteren Endteils (X′ = Y′) und ein innerer Umfangsrand 5 ist bogenförmig gebildet.

Bei der in den Fig. 1 bis 3 abgebildeten Kappensteife 1 sind die Oberseite und die seitlich gegenüberliegenden Seiten über ihre Gesamtflächen mit einer einheitlichen und ver­ gleichsweise geringen Wandstärke gebildet und die sich von dem vorderen Endteil 1b und den seitlich gegenüberliegenden Unter­ teilen 3a und 3b nach oben erstreckenden seitlichen Wandungen sind in den Verbindungsbereichen zwischen dem Einfassungsteil 4 und dem vorderen Endteil 1b und seitlich gegenüberliegenden Unterteilen 3a und 3b nach innen geneigt gebildet. Daher ent­ steht, wenn, wie in Fig. 4 dargestellt ist, die aus dem Fall eines Gegenstands von oben entstehende Kraft P auf diese Kap­ pensteife ausgeübt wird, der Nachteil, daß ein umschlossener leerer Raum 5 der Kappensteife 1 in seinem Volumen abnimmt und aufgrund der Deformation der Oberseite der Kappensteife 1 in der Form einer nach unten gerichteten Krümmung infolge des Anstiegs der Kraft P ein Druck und ein Stoß auf die Zehen des Fußes des Benutzers ausgeübt wird und gleichzeitig das Einfassungsteil 4 nach oben bewegt und deformiert wird, was zu einer weiteren Druckausübung auf die Zehen von unten führt, wie in Fig. 2 dargestellt ist.

Die veröffentlichte europäische Patentanmeldung, Ver­ öffentlichungsnummer 01 00 181 A1 offenbart eine aus einem mit darin eingearbeiteten Fasern verstärktem Kunststoffmaterial hergestellte Kappensteife oder Zehenkappe. Während bei der in dieser europäischen Patentanmeldung offenbarten Kappensteife die Wand des vorderen Endteils und die gegenüberliegenden Sei­ tenwände zur Vermeidung der Deformation der Oberseite und des Einfassungsteils durch den wie in Fig. 4 dargestellt ausge­ übten Druck P mit einer großen Dicke gebildet sind, ist das von dem vorderen Endteil und den gegenüberliegenden Seiten­ teilen nach innen gebogene Einfassungsteil in eine im wesent­ lichen senkrechte Richtung gebogen. Wenn die Kappensteife durch Erwärmen und Pressen einer verstärkten Kunststoffplatte mit Hilfe einer Form gebildet wird, verursacht daher die Tat­ sache, daß vergleichsweise lange Fasern mit einer Länge im Be­ reich von 20 bis 50 mm in dem Kunststoffmaterial eingearbeitet sind den Nachteil, daß trotz eines freien Flusses des Harzes während des Preßformverfahrens in die Verbindungsteile zwi­ schen dem Einfassungsteil und dem vorderen Endteil und ge­ genüberliegende Seitenteile die vergleichsweise langen Fasern daran gehindert werden zur Beibehaltung eines einförmigen Ver­ hältnisses ihrer Einarbeitung in dem Harz zusammen mit dem Harz zu fließen, und als Ergebnis unterliegen die Ver­ bindungsteile einer Festigkeitsabnahme.

Wenn die Kappensteife 1 darüber hinaus unter einer von oben darauf ausgeübten großen Belastung durch den Druck P unterzogen wird, wie in Fig. 4 zum Zweck eines Druck- und Aufpralltests dargestellt ist, ergibt sich der Nachteil, daß gegenüberliegende Seitenteile 2a und 2b jeweils in Richtung von Pfeilen 6a und 6b auseinandergespreizt werden und das vordere Endteil 1b möglicherweise einen Riß 7 (Fig. 1) er­ leidet.

Fig. 5 ist eine eine in dem europäischen Patent mit der Nummer 0 219 633 offenbarte Kappensteife 1′ darstellende Draufsicht. Während die Weite X des vorderen Endteils 1b eines Einfassungsteils 4′ größer ist als die Weiten Y′′, Y′′ des rückwärtigen Endteils, ist ein innerer Umfangsrand 8 des Einfassungsteils 4′ nicht bogenförmig gebildet und der Rand der zu dem vorderen Endteil 1b gehörigen Seite ist in einer gradlinigen Form 8c gebildet. Weil die große auf die Oberseite der Kappensteife ausgeübte Last dazu führt, daß gegenüber­ liegende Seitenteile 2a und 2b des Einfassungsteils 4′ in die Richtung der Pfeile auseinandergespreizt werden, wird auch in diesem Fall Spannung in den Verbindungsteilen 8d zwischen den bogenförmigen Teilen 8a und 8b des inneren Umfangsrandes 8 des Einfassungsteils 4′ und dem gradlinigen Teil 8c konzentriert und es wird zugelassen, daß diese Spannung Anlaß zu Rissen 9, 9 darin gibt, wenngleich kein Riß in dem vorderen Endteil 1b hervorgerufen wird.

Daher sind vorstehend beschriebene Kappensteifen be­ nutzende Sicherheitsschuhe durch den Mangel an Widerstand gegen einen Druck und einen Stoß beeinträchtigt.

Aufgabe dieser Erfindung ist daher die Schaffung einer Kappensteife, die weder einen Bruch noch einen Riß an ir­ gendeinem Bereich des Einfassungsteils unter einer auf die Oberseite davon ausgeübten Last zuläßt und auch die Schaffung eines Sicherheitsschuhs, der herausragende Widerstandseigen­ schaften gegen Druck und einen Stoß aufweist.

Diese Aufgabe wird mit der Kappensteife gemäß der vor­ liegenden Erfindung gelöst. Erfindungsgemäß wird eine Kappen­ steife oder Zehenkappe des Typs vorgeschlagen, der aus einem verstärkten Kunststoffmaterial mit darin eingearbeiteten Fa­ sern, wie etwa Kohlefasern und Glasfasern, hergestellt ist, wobei ein von den Unterteilen eines vorderen Endteils und gegenüberliegender Seitenteile davon nach innen gebogenes Ein­ fassungsteil eine in Richtung von dem vorderen Ende zu dem hinteren Ende davon allmählich geringer werdende Weite auf­ weist und der innere Umfangsrand des Einfassungsteils bo­ genförmig gebildet ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kappensteife ist ein vertikaler Wandteil mit einem vertikalen Wandkern zumindest in dem vorderen Teil davon gebildet, ein Verbindungsteil zwischen dem vorderen Endteil und dem Einfassungsteil bogenförmig gebildet, so daß sowohl die innere als auch die äußere Oberfläche des Bogens vergleichsweise große Krümmungsradien (R₁ und R₂) aufweisen, und das untere Ende des vertikalen Wandkerns erreicht eine Bodenoberfläche des Einfassungsteils.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner ein unter Benutzung der vorstehend beschriebenen Kappensteife herge­ stellter Sicherheitsschuh oder Stiefel geschaffen.

Weil die Weite des Einfassungsteils bei der Kappen­ steife der vorliegenden Erfindung so gebildet ist, daß sie in Richtung von dem vorderen Ende zum hinteren Ende davon allmählich abnimmt, und der innere Umfangsrand des Ein­ fassungsteils bogenförmig gebildet ist, wird in der Kap­ pensteife weder eine Spannungskonzentration erzeugt noch wird irgendeinem Bereich des Einfassungsteils einschließlich des vorderen Endteils davon ein Bruch oder ein Riß beigebracht, selbst wenn eine große Last auf die Oberseite der Kappensteife ausgeübt wird und zugelassen wird, daß gegenüberliegende Sei­ tenteile der Kappensteife auseinandergespreizt werden.

Weil das untere Ende des vertikalen Wandkerns bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kappensteife die Bodenoberfläche des nach innen gebogenen Einfassungsteils erreicht, verhindert dieser vertikale Wandkern, daß der obere Oberflächenteil der Kappensteife stark nach unten verbogen oder gebrochen oder andersartig beschädigt wird, wenn ein schwerer Gegenstand auf den oberen Oberflächenteil fällt. Weil der Verbindungsteil zwischen dem Einfassungsteil und dem vor­ deren Endteil bogenförmig gebildet ist, so daß die innere Oberfläche und die äußere Oberfläche des Bogens jeweils einen großen Krümmungsradius aufweisen, werden die vergleichsweise langen in die dem Formen unter Anlegen von Wärme und Druck zu unterziehende Platte aus verstärktem Kunststoffmaterial ein­ gearbeiteten Fasern in Verbindung mit dem aufgeweichten Harz gleichförmig bewegt und ihnen wird ermöglicht, im richtigen Verhältnis zu der Größe des sich zwischen dem positiven Formteil und dem negativen Formteil ergebenden leeren Raums zu fließen und sie werden von dem vorderen Endteil über das Einfassungsteil einförmig verteilt, wobei die Möglichkeit, daß die Festigkeit des Verbindungsteils durch Kürzung von Fasern verschlechtert wird, nicht besteht.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung in Einzelheiten beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Unteransicht einer herkömmlichen, aus einem verstärkten Kunststoffmaterial hergestellten Kap­ pensteife;

Fig. 2 eine Längsschnittansicht der in Fig. 1 darge­ stellten herkömmlichen Kappensteife;

Fig. 3 eine entlang der Linie A-A der Fig. 2 genommene Schnittansicht;

Fig. 4 eine die in einen verformten Zustand überführte Kappensteife veranschaulichende Schnittansicht, wobei angenommen wird, daß eine Last von oben auf die Kappensteife aufgelegt wird;

Fig. 5 ein eine andere herkömmliche Kappensteife darstel­ lende Draufsicht;

Fig. 6 eine eine erste Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Kappensteife darstellende Draufsicht;

Fig. 7 eine die Beziehung zwischen der Weite des vorderen Endteils des Einfassungsteils der Kappensteife und der Bruchrate des vorderen Endteils darstellende graphische Auftragung;

Fig. 8 eine eine zweite Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Kappensteife darstellende Unteransicht;

Fig. 9 eine eine dritte Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Kappensteife darstellende perspektivische Ansicht;

Fig. 10 eine Draufsicht auf die in Fig. 9 dargestellte Kappensteife;

Fig. 11 eine entlang der Linie B-B der Fig. 10 genommene Schnittansicht;

Fig. 12 eine aus der Richtung des Pfeils C betrachtete Rückansicht der in Fig. 10 dargestellten Kappen­ steife;

Fig. 13 eine einen in Fig. 11 dargestellten vertikalen Wandteil darstellende, teilweise, vergrößerte Schnittansicht;

Fig. 14 eine eine vierte Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Kappensteife darstellende Draufsicht; und

Fig. 15 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Sicherheitsschuhs als Ausführungsform dieser Er­ findung.

Zunächst wird die erste, in Fig. 6 dargestellte Ausfüh­ rungsform beschrieben. Eine Kappensteife 10 ist unter Be­ nutzung eines Nylonharzes o. dgl. und Einarbeiten solcher Fa­ sern, wie etwa Kohlefasern und Glasfasern, darin aus einem verstärkten Kunststoffmaterial hergestellt. Obwohl keine sichtbare Form dieser Kappensteife dargestellt ist, gibt es keinen speziellen Unterschied zu der Form der herkömmlichen Kappensteife.

In Fig. 6 bezeichnet das Bezugszeichen 11b den vorderen Endteil der Kappensteife 10. Das Bezugszeichen 12a bezeichnet ein Seitenteil auf der Seite des kleinen Zeh, das Bezugs­ zeichen 12b bezeichnet ein Seitenteil auf der Seite des gro­ ßen Zeh und das Bezugszeichen 13 bezeichnet ein von dem vorderen Endteil 11b und den gegenüberliegenden Seitenteilen 12a und 12b nach innen gebogenen Einfassungsteil. Ein innerer Umfangsrand 14 des Einfassungsteils 13 ist bogenförmig ge­ bildet. Die Weite X des vorderen Endteils 11b dieses Ein­ fassungsteils 13 ist größer als die Weite Y₁ des hinteren Endteils an der Seite des kleinen Zeh und die Weite Y₂ davon an der Seite des großen Zeh (X, Y₁, Y₂).

Im einzelnen wurde die Kappensteife mit einer Wand­ stärke von 2 mm gebildet, die Weite X des vorderen Endteils betrug 12 mm, die Weite Y₁ des hinteren Endteils an der Seite des kleinen Zeh betrug 7 mm und dessen Weite Y₂ an der Seite des großen Zeh betrug 9 mm. Diese Kappensteife 10 wies Verstärkungsfasern auf, die auf die gleiche Weise wie in der herkömmlichen Kappensteife in dem Verbindungsteil zwischen dem oberen Seitenteil und dem Einfassungsteil und in dem Ein­ fassungsteil verteilt waren. Diese Kappensteife wurde einem Drucktest unterzogen. Die Ergebnisse dieses Tests sind in Fig. 7 dargestellt. Fig. 7 ist eine die Beziehung zwischen der Weite X (mm) des vorderen Endteils 11b des Einfassungsteils 13 und der in dem vorderen Endteil erhaltenen Bruchrate (%) dar­ stellende graphische Darstellung. Die Daten der graphischen Darstellung zeigen, daß die Bruchrate im Verhältnis zu dem Anstieg der Weite X des vorderen Endteils abnimmt.

Fig. 8 stellt eine Modifikation des Einfassungsteils 13′ der in Fig. 6 dargestellten Kappensteife dar, der da­ hingehend verändert ist, daß seine Weite in Richtung von dem vorderen Endteil 11b zu der an dem kleinen Zeh anliegenden Seite vergrößert wird und dann in Richtung auf das hintere Endteil allmählich verringert wird. Die in Fig. 8 dargestellte Kappensteife ist bei der Verhinderung eines Bruchs des vor­ deren Endteils 11b genauso wirksam wie die in Fig. 6 dar­ gestellte Kappensteife. Weil die Kappensteife an der an dem kleinen Zeh anliegenden Seite im Vergleich zu der an dem großen Zeh anliegenden Seite stufenweise geneigt ist, zwingt die auf die Kappensteife aufgelegte Last sie dazu, daß sie auf der an dem kleinen Zeh anliegenden Seite stark aus­ einandergespreizt wird und an der an der an dem kleinen Zeh anliegenden Seite eine große Spannung erzeugt wird, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Diese Kappensteife bricht jedoch nicht, weil die Weite an der an dem kleinen Zeh anliegenden Seite erhöht ist.

In den Fig. 9 bis 13 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Kappensteife als dritte Ausführungsform dieser Erfindung, die aus einem beispielsweise Nylonharz verwendenden ver­ stärkten Kunststoffmaterial mit darin eingearbeiteten ver­ gleichsweise langen Fasern (20 bis 50 mm), wie etwa Kohlefasern oder Glasfasern, hergestellt ist. Sie ist mit einer von dem hinteren Endteil 11a zu dem vorderen Endteil 11b der oberen Seite 11 allmählich zunehmenden Wandstärke gebildet und gleichzeitig wird der vordere Endteil 11b in einen vertikalen Wandteil 16 mit einer großen Wandstärke überführt und ein unterer Teil 16b des vertikalen Wandteils 16 ist nach innen gebogen, so daß der Einfassungsteil 13 ein sich in eine horizontale Ebene erstreckende untere Oberfläche 17 enthält. Ein Verbindungsteil 18 zwischen dem Einfassungsteil 13 und dem vertikalen Wandteil 16 ist bogenförmig gebildet, so daß, wie in Fig. 13 dargestellt ist, die innere Oberfläche und die äußere Oberfläche des Bogens jeweils einen vergleichsweise großen Krümmungsradius (R₁ und R₂) aufweisen. Ein vertikaler Wandkern 16a des vertikalen Wandteils 16 ist so gebildet, daß sein unteres Ende die untere Oberfläche 17 des Einfas­ sungsteils 13 erreicht. Der vertikale Wandkern 16a ist ein Teil, der zwischen einem Schnitt a der unteren Oberfläche 17 des Einfassungsteils 13 und einer äußeren gebogenen Oberfläche 18a des Verbindungsteils 18 und einem Schnitt b der Ver­ längerung der inneren Oberfläche des vertikalen Wandteils 16 und der unteren Oberfläche 17 angelegt ist.

Die von der Oberseite 11 abgebogenen und sich zu gegenüberliegenden unteren Seitenteilen 15a und 15b er­ streckenden gegenüberliegenden Seitenwände 12a und 12b sind nicht immer notwendigerweise vertikale Wände. Wenn diese gegenüberliegenden Seitenwände 12a und 12b in Form von ver­ tikalen Wandteilen gebildet sind, wird der Kappensteife der Erhalt einer weiter erhöhten Festigkeit ermöglicht, um dem Stoß eines fallenden Gegenstandes zu widerstehen.

Der vorstehend erwähnte vertikale Wandkern 16a in der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform ist in dem nur in dem vorderen Endteil 11b vorgesehenen vertikalen Wandteil 16 ge­ bildet und weist eine im wesentlichen sichelförmige, ebene Form auf. Diese spezielle Form des vertikalen Wandkerns 16a gestattet dadurch die Verkleinerung der Kappensteife, daß das Bilden der Seitenwände 12a und 12b mit einer geringen Stärke ermöglicht wird, ohne daß das der vorgeschriebenen Festigkeit schadet. Durch Bilden der gegenüberliegenden Seitenwände 12a und 12b in Form von vertikalen Wänden und mit einem vertikalen Wandkern 16a′ , der so gebildet ist, daß er sich zu diesen gegenüberliegenden vertikalen Wandteilen erstreckt, wie in der in Fig. 14 dargestellten Ausführungsform, kann eine Kappen­ steife mit einer extrem hohen Festigkeit erhalten werden.

Fig. 15 stellt einen eine wie vorstehend beschrieben aufgebaute und in Fig. 10 oder Fig. 14 dargestellte Ausfüh­ rungsform der Kappensteife 10 verwendenden Sicherheitsschuh dar. Diese Kappensteife ist zwischen einem oberen Gewebe 21 und einem Futtergewebe 22 des Spitzenteils des Sicher­ heitsschuhs befestigt und das Einfassungsteil 13 ist zwischen einer inneren Sohle 23 und einer mittleren Sohle 24 in Stellung gebracht. Mit 25 ist eine äußere Sohle bezeichnet.

Aus der vorstehenden detaillierten Beschreibung wird deutlich, daß es einer Anzahl von Änderungen, Anpassungen und Modifikationen der vorliegenden Erfindung gibt, die in den Kompetenzbereich des Durchschnittsfachmanns fallen. Es wird jedoch beabsichtigt, daß alle nicht von dem Wesen der Erfindung abweichenden Variationen so beurteilt werden, daß sie in den nur durch die beigefügten Ansprüche begrenzten Bereich der Erfindung fallen.

Claims (6)

1. Aus faserverstärktem Kunststoffmaterial hergestellte Kappensteife (10) mit einem von den Unterteilen eines vorderen Endteils (11b) und gegenüberliegenden Seitenteilen (12a, 12b) nach innen gebogenen Einfassungsteil (13), dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Einfassungsteil (13) eine in Richtung von dem vorderen Ende auf das hintere Ende allmählich abnehmende Weite aufweist und der innere Umfangsrand (14) des Ein­ fassungsteils (13) bogenförmig gebildet ist.

2. Kappensteife nach Anspruch 1, bei der die Weite des Einfassungsteils (13′) in Richtung von dem vorderen Endteil (11b) auf die an dem kleinen Zeh anliegende Seite zunimmt.

3. Kappensteife nach Anspruch 1 oder 2, bei der zu­ mindest in dem vorderen Endteil (11b) davon ein mit einem vertikalen Wandkern (16a) versehener vertikaler Wandteil (16) gebildet ist, ein Verbindungsteil (18) zwischen dem vorderen Endteil (11b) und dem Einfassungsteil (13) bogenförmig ge­ bildet ist, so daß sowohl die innere Oberfläche als auch die äußere Oberfläche des Bogen einen vergleichsweisen großen Krümmungsradius (R₁ und R₂) aufweisen, und das untere Ende des vertikalen Wandkerns (16a) eine untere Oberfläche (17) des Einfassungsteils (13) erreicht.

4. Kappensteife nach Anspruch 3, bei der ein sich von dem vorderen Endteil (11b) zu den gegenüberliegenden Sei­ tenteilen (12a, 12b) erstreckender mit einem vertikalen Wand­ kern (16a′) versehener vertikaler Wandteil gebildet ist.

5. Kappensteife nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der aus einem verstärkten Kunststoffmaterial mit darin einge­ arbeiteten vergleichsweise langen Fasern, wie etwa Kohlefasern oder Glasfasern, hergestellt ist.

6. Sicherheitsschuh, dadurch gekennzeichnet, daß er unter Benutzung einer Kappensteife (10) nach einem der An­ sprüche 1 bis 5 hergestellt ist.