DE69612305T2

DE69612305T2 - Detonations-und splitterbeständiges sicherheitsschuhwerk

Info

Publication number: DE69612305T2
Application number: DE69612305T
Authority: DE
Inventors: Guy Andrew Vaz
Original assignee: BFR Holdings Ltd
Current assignee: BFR Holdings Ltd
Priority date: 1995-08-01
Filing date: 1996-07-16
Publication date: 2001-10-31
Anticipated expiration: 2016-07-17
Also published as: MY115465A; EP0921735A1; AU6475196A; WO1997004675A1; EP0921735B1; US5979081A; SG69947A1; ZA966461B; DE69612305D1

Description

ANWENDUNGSGEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft den Aufbau einer Schuhsole und ihrer kritischen Stützstruktur, und sie betrifft insbesondere einen neuen und verbesserten Aufbau einer Sicherheitsschuhsohle, um das Durchschlagen der Sohle durch Projektile von hoher Energie und hoher Geschwindigkeit von einer Tretmine zu verhindern, die bis zu 60 g der hochexplosiven komprimierten Verbindung-B enthält, um so einen größeren Schutz für den Fuß einer Person zu bieten, ohne die Bewegung übermäßig einzuschränken.

BESCHREIBUNG DES BEKANNTEN TECHNISCHEN STANDS

Das deutsche Patent DE 27 22 241 legt ein Verfahren für die Herstellung eines Sicherheitsschuhs mit einer eingebetteten Metallsohlenplatte und mit Schutzmaterial im Obermaterial offen.
US-Patent Nr. 5 237 758 von Zachman: dabei werden semi-elliptische Sektionen eingesetzt, die sich in Schleifen mit angrenzenden Bahnen von angrenzenden Schleifen schneiden, die sich mit flexiblen Stäben schneiden, die durch die sich schneidenden Schleifen führen, um die seitliche Verschiebung von angrenzenden Bahnen auf ein Minimum zu reduzieren.
US-Patent Nr. 5 285 583 von Aleven: dabei wird eine Schutzlage eingesetzt, die aus Kunststoff aufgebaut ist und einen flexiblen Vorderteilabschnitt einschließt, bei dem während des Verfahrens des Pressens der Kunststoff-Schutzlage an die Unterfläche eine Brandsohlenplatte bondiert wird und an die obere Fläche eine Stoffeinlage bondiert wird. Der von Aleven eingesetzte Kunststoff ist flüssiger Kunststoff, der beim abschließenden Bondierungsverfahren eingespritzt wird.
Deutsches Patent DE 42 14 802 von Zepf H. für Sportartikelfabrik Uhl GmbH Karl: Eine mehrlagige Schuhsohle mit einer Lauffläche, einer dämpfenden Zwischensohle und einer oberen Sohle. Die Basis ist ein Thermoplastformteil oder wird aus Metall, Keramik oder Graphit hergestellt, in die organische oder anorganische Multifil-Verstärkungsfasern in Form einer Matte eingebettet oder in die Struktur eingewebt oder eingewirkt sind. Die elastischen, profilierten Abschnitte werden auf der Unterseite der Basis durch Spritzgießen oder Pressen hergestellt. Die Basis kann nur eine einzige Lage gewebter Fasern enthalten, ihre Gesamtstärke beträgt etwa 0,5 mm.
Aleven erreichte Festigkeit und Schlagfestigkeit durch eine Kunststoffplatte in der Sohle, und der Einsatz eines textilen Maschenmaterials diente zur Verstärkung des Kunststoffs und nicht zur Herbeiführung von Schlagfestigkeit. Zepf H. konnte durch Spritzgießen oder Pressen nur eine einzige Lage von Fasergewebe von nicht mehr 0,5 mm Stärke erreichen. Bei Aleven wird nicht der Einsatz von Metall, keramischem oder Graphitmaterial offengelegt.
Bisher wurden Verfahren für den Einsatz von Aramid-, Keramik- oder Graphitfasern für den Aufbau einer Schuhsohle in ausreichender Stärke, um das Durchschlagen der Sohle durch Projektile von hoher Energie und hoher Geschwindigkeit zu verhindern, nicht erwähnt oder auf Grund von Schwierigkeiten in der Steifigkeit und beim Bondieren nicht zur Realisierung gebracht.
Eine frühere Patentanmeldung dieses Erfinders (SG 9 500 037-8) über Sicherheitsschuhwerk wurde für die viel kleineren "Streuminen" sowjetischer Konstruktion entwickelt. Diese Konstruktion würde jedoch wenig Schutz bieten, wenn eine große Tretmine unter den Zehen oder an der Seite des Schuhs detoniert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Schuhsohlen, die nach dem bekannten technischen Stand beschrieben werden, bieten einen unzureichenden Schutz vor den größeren Tretminen, die bis zu 60 g hochexplosives Material enthalten, wenn die Zehen-Fersen-Flexion erhalten bleiben soll. Das ist besonders dann der Fall, wenn eine große Tretmine im Zehenbereich oder an der Seite des Schuhs detoniert.
Nach einem ersten Aspekt besteht die vorliegende Erfindung aus einem Schuh mit einer trenninenbeständigen Gummischuhsohle, die eingebettetes Schutzmaterial aufweist, das in die gesamte Sohle eingebettet ist und aus wenigstens zehn Lagen Polyaramidgewebe (Kevlar) besteht, wobei die Dichte jeder Lage kleiner als oder gleich 1,35 kg/m² (4 Unzen/Quadratyard) ist.
Der Erfinder hat festgestellt, daß eine Vielzahl von dünnen Lagen aus Polyaramid einen besseren Schutz als eine oder eine geringe Anzahl von dickeren Lagen eines Materials bietet, die dieselbe Gesamtdicke und -dichte haben. Eine Erhöhung der Dichte und zusätzliche Lagen an gewebten Polyaramidfasern erhöhen die Druck- und Bruchbeständigkeit ebenfalls.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel schließt die vorliegende Erfindung auch eine Stützstruktur ein, die schichtweise angeordnetes Polyaramid-Schutzmaterial (Kevlar) umfaßt, das in das gesamte Schuhobermaterial eingebettet ist. Das Schuhobermaterial besteht vorzugsweise aus Leder. Das Schutzmaterial setzt sich aus wenigstens einer Polyaramidgewebelage (Kevlar) zusammen, wobei die Dichte jeder Lage kleiner als oder gleich 1,35 kg/m² (4 Unzen/Quadratyard) ist. Eine Erhöhung der Dichte und das Hinzufügen von zusätzlichen Lagen an gewebten Polyaramidfasern in das Schuhobermaterial würden den Schutz, den die Stützstruktur bietet, noch erhöhen.
In den Schuh kann unmittelbar unter der Brandsohle eine Gewebelage aus mineralischen Fasern, insbesondere keramischen Fasern oder S-Glasfasern, einbezogen werden, um als Brandschutzlage gegenüber heißen Gasen mit Temperaturen zwischen 815 und 1650ºC dienen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann wenigstens eine Lage aus gewebten Kohlenstoffgraphitfasern schichtweise zwischen oder angrenzend an die Polyaramidlagen (Kevlar) eingefügt werden, um die Sohle vor dem Nähen weiter zu festigen und versteifen.
Ein wünschenswertes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es auch, trotz der innewohnend schlechten Haftung zwischen den Polyaramidfasern, Graphitfasern und dem Gummi eine Schuhsohle bereitzustellen, die eine gute Haftung zwischen dem Gummiabschnitt der Sohle und den Polyaramidlagen (Kevlar) und/oder Graphitfaserbündeln aufweist. Wünschenswert ist es außerdem, daß die Stützstruktur, trotz der innewohnend schlechten Haftung zwischen den Polyaramidfasern und dem Leder, eine gute Haftung zwischen dem Leder des Schuhoberteils und der(den) Polyaramidlage(n), die in das gesamte Obermaterial eingebettet sind, herzustellen. Bei der Herstellung der Sohle kann vor dem Vulkanisieren des Gummis ein Gummiklebstoff auf Lösungsmittelbasis auf vorbehandelte Polyaramid- (Kevlar-) und/oder Graphitfaserbündel aufgebracht werden. Das Schuhobermaterial mit dem darin eingebetteten Kevlar und die schützende Zwischensohle werden dann vor dem Vulkanisieren längs des Randes um die gesamte Sohle zusammengenäht.
Anstelle des normalen Stahlgelenks kann bei dem Schuh auch ein Gelenk aus Verbund- oder Mehrfachpolymer eingesetzt werden. Das Verbundpolymer-Gelenk kann aus Kohlenstoffgraphitfasern und/oder Polyaramidrovings (Kevlar) hergestellt werden, die in Epoxidharz getränkt und in eine Form gegeben werden, oder aus geformtem Polymerwerkstoff (z. B. Zytel oder Delrin).
Außerdem kann bei dem Schuh eine Vorderkappe aus Verbund- oder Mehrfachpolymer anstelle der normalen Stahlkappe eingesetzt werden. Die Vorderkappe kann aus epoxidierten Kohlenstoffgraphitfasern und/oder epoxidierten Polyaramidrovings (Kevlar) oder Polymerwerkstoff (z. B. Delrin 100) hergestellt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung wird diese besser verständlich und werden weitere Merkmale als die oben aufgeführten offensichtlich werden. Diese Beschreibung nimmt Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
Fig. 1 ein Längsschnitt eines Schuhs nach der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 2 ein Querschnitt des Mittelschuhbereichs des in Fig. 1 dargestellten Schuhs ist,
Fig. 3 ein Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels des Schuhs nach der vorliegenden Erfindung ist, und
Fig. 4 ein Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels des Schuhs nach der vorliegenden Erfindung ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Ein Schuh mit den Merkmalen eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird in Fig. 1 und 2 allgemein mit 10 bezeichnet.
Der Schuh 10 hat einen Obermaterialabschnitt 11 von Standardform und eine Verbundsohle 13. Die Verbundsohle weist eine äußere Gummisohle 14 mit einer Lauffläche 17, eine Zwischensohle 15, in die Lagen von Polyaramidfasern 18 eingebettet sind, und eine obere Sohle 16 auf. Der Obermaterialabschnitt 11 ist aus Leder und schließt auch eine Stützstruktur ein, die Lagen von Polyaramidfasern 18 umfaßt. Die Sicherheitsschuhsohle wird in einer herkömmlichen einstufigen Vulkanisierform hergestellt, wie sie üblicherweise im Industriezweig für Schuhsohlen aus vulkanisiertem Gummi eingesetzt wird.
Das Lederobermaterial 11, das die Stützstruktur enthält, weist schichtweise angeordnetes Stützmaterial auf, das aus vier Polyaramidlagen (Kevlar) 18 besteht, wobei die Dichte jeder Lage kleiner als oder gleich 1,35 kg/m² (4 Unzen/Quadratyard) ist Das Stützmaterial ist im gesamten Obermaterial schichtweise zwischen dem Leder 19 des Obermaterials und der Leder-Innenblattlage 21 angeordnet. Im Spitzen- und Fersenteilabschnitt des Lederobermaterials 11 wird eine Halterung (crowfoot) in Leinenbindung (zweiseitig gerichtet) aus Polyaramidfasern eingesetzt, wodurch es leichter wird, das Polyaramid während des Anzwickens zu formen.
Die Schutzlage 18 in der Zwischensohle 15 weist wenigstens zehn Polyaramidlagen (Kevlar) auf, wobei die Dichte jeder Lage kleiner als oder gleich 1,35 kg/m² (4 Unzen/Quadratyard) ist. Die Schutzschichtung wird dann während des Anzwickens des Leistens in das Obermaterial 11, das die Kevlar- Stützstruktur 18 einschließt, und die obere Sohle 16 längs der gesamten Sohle etwa 5 mm vom Rand entfernt eingenäht. Die Naht 22 wird in den Zeichnungen dargestellt. Danach wird die Sohle 13 mit einem Standard-Latexklebstoff aus dem Industriezweig überzogen und auf Gestellen trocknen gelassen.
Nach dem Trocken wird der Leisten in den Schuh 10 eingeführt, der dann zum Einsetzen in die Vulkanisiermaschine fertig ist. Etwa 350 g Gummi (bei Größe 277) werden in die Formhohlraum für eine vulkanisierte Sohle eingefüllt, um die äußere (untere) Sohle 14 herzustellen.
Um eine gute Haftung und/oder Durchdringung an dem/durch den Gummi zu ermöglichen, kann die unterste Polyaramidlage (Kevlar) 18 mit Standard-Gummiklebstoffen auf Lösungsmittelbasis aus dem Industriezweig vorbeschichtet werden.
Die Dicke jeder Lage des Polyaramids (Kevlar) beträgt typischerweise 0,254 mm (0,01 Zoll), wenn Kevlar 49 in Leinwandbindung mit einer Zugfestigkeit von 2,96 · 103 Bar (43 000 Pfund/Quadratzoll) und einem Modul von 1,30 · 10&sup7; Bar (19 Mill. Pfund/Quadratzoll) eingesetzt wird.
Ein Schuh 10 mit einer Sohle 13, die nach dem obigen Verfahren mit den bevorzugten dreißig Lagen Polyaramidgewebe Kevlar von 1,35 kg/m² (4 Unzen/Quadratyard) Dichte hergestellt wird, bietet Druck- und Bruchbeständigkeit bei einer großen Tretmine mit 50 g der hochexplosiven komprimierten Verbindung-B. Es wurde festgestellt, daß eine größere Anzahl von dünneren Polyaramidlagen wirksamer als eine geringere Anzahl von dickeren Lagen ist. Es wurde außerdem festgestellt, daß die Stützstruktur des Obermaterials 11 nicht von kritischer Bedeutung für den Schutz ist, aber kritisch dafür ist, die schützende Zwischensohle 15 in Position zu halten, so daß der gesamte Schuh 10 gegen große Minen wirksam ist. Ohne die Stützstruktur im Obermaterial 11 verliert die Zwischensohle 15 ihre Integrität und bricht, wodurch Druck in den Fußhohlraum eindringen kann. Die Schutzmerkmale der bevorzugten sechs Polysramidlagen, die in das Obermaterial 11 eingebettet sind, sind wirksam bei einem 100-Grain-Projektil mit einer Geschwindigkeit von 304,8 m/s (1000 Fuß/s) (etwa einer kleinkalibrigen Pistole). Erhöht man die Anzahl der Lagen, verbessern sich die Eigenschaften des Kugelschutzes. Außerdem wird eine gute Zehen-Fersen- Flexion bewahrt, um das Laufen, Springen und Überwinden solcher Hindernisse, wie Seilleitern, Seilklettern, kleinen Stufen, zu ermöglichen, während gleichzeitig eine Schichtentrennung der Sohle 13 bei der nachfolgenden Nutzung verhindert wird.
Ein Schuh mit den Merkmalen eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird allgemein unter 30 in Fig. 3 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiele werden die äußere und die Zwischensohle 14 und 15 und das Lederobermaterial 11 auf dieselbe Weise wie bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ausgeführt. Außerdem werden vor dem Nähen eine bis vier Lagen aus Graphitgewebe 31 in die Zwischensohle 15 einbezogen. Jede Graphitlage 31 hat eine Dichte von weniger als oder gleich 8 Unzen/Quadratzoll und eine Dicke von 0,330 mm (0,013 Zoll) bei einer Zugfestigkeit von 3,79 · 104 Bar (550 000 Pfund/Quadratzoll) und einem Modul von 2,48 · 104 Bar (36 Mill. Pfund/ Quadratzoll).
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, das unter 40 in Fig. 4 dargestellt wird, werden die äußere und die Zwischensohle 14 und 15 und das Lederobermaterial 11 auf dieselbe Weise wie bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgeführt. Außerdem wird vor dem Anzwicken des Lederobermaterials 11 eine Vorderkappe 41 aus Verbundpolymer oder Polymerwerkstoff eingesetzt. Die Verbundmaterial-Vorderkappe 41 wird aus Epoxy-Graphit und Kevlar oder Polymerwerkstoff (z. B. Delrin 100) hergestellt. Bei der herkömmlichen Vorderkappe aus Stahl ist die Wahrscheinlichkeit einer Verletzung des Trägers größer als bei der Vorderkappe 41 aus Verbund- oder Mehrfachpolymer, die außerdem fester und trotzdem elastischer ist.
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das nicht dargestellt wird, können Lagen aus keramischen Fasern in die Zwischensohle 15 einbezogen werden, bevor die Sohle 13 wie bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen des Schuhs in das Obermaterial 11 eingenäht wird.

Claims

1. Verbesserte detonations- und splitterbeständige Gummischuhsohle (13), die eingebettetes Schutzmaterial (18) aufweist, worin das Material (18) in die gesamte Sohle und in die Stützstruktur innerhalb des Obermaterials eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Material, das in die Sohle eingebettet ist, aus wenigstens 10 Lagen Polyaramidgewebe (Kevlar) besteht, wobei die Dichte jeder Lage kleiner als oder gleich 1,35 kg/m² (4 Unzen/Quadratyard) ist, und das Material, das innerhalb des Obermaterials (11) eingebettet ist, aus wenigstens 2 Lagen Polyaramidgewebe (Kevlar) besteht.

2. Sohle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eingebettete Material (18) aus mehreren dünnen Lagen von Polyaramidgewebelagen (Kevlar) besteht, deren Dicke kleiner als oder gleich 0,254 mm (0,01 Zoll) ist.

3. Sohle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eingebettete Material (18) aus wenigstens 10 Lagen Polyaramidgewebe (Kevlar) besteht, wobei die Dicke jeder Lage weniger als 0,254 mm (0,01 Zoll) beträgt, die längs des gesamten Randes der Sohle zusammen mit dem Obermaterial (11) vernäht werden.

4. Sohle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kappe (41) aus Verbund- oder Mehrfachpolymer vor dem Anzwicken des Lederobermaterials (11) eingesetzt wird und aus Epoxy-Graphit und Kevlar oder Polymerwerkstoff (Delrin 100) hergestellt wird.

5. Sohle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Polyaramidlagen (Kevlar) (18) schichtweise Kohlenstoffgraphitlagen angeordnet werden.

6. Sohle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gelenk aus Verbundpolymer oder Polymerwerkstoff das Stahlgelenk ersetzt, daß Kohlenstoffgraphit- oder Polyaramid- Rovings mit Epoxidharz in der Form des Stahlgelenks ausgeführt werden, während der Polymerwerkstoff geformtes Delrin 100 ist.