WO2022069583A1 - Verfahren zur herstellung eines textilmaterials - Google Patents

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WO2022069583A1
WO2022069583A1 PCT/EP2021/076857 EP2021076857W WO2022069583A1 WO 2022069583 A1 WO2022069583 A1 WO 2022069583A1 EP 2021076857 W EP2021076857 W EP 2021076857W WO 2022069583 A1 WO2022069583 A1 WO 2022069583A1
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polymer composition
filament
temperature
nozzle
outlet opening
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PCT/EP2021/076857
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Johannes VOELCHERT
Nils Arne ALTROGGE
Martin RÜEGG
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On Clouds Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to the field of shoe production, in particular the production of a textile material, in particular a shoe upper, and relates to a method for producing such a textile material and a textile material produced by means of this method.
  • Shoe uppers in particular are typically made of traditionally manufactured textile material. Traditionally, shoe uppers are knitted and then connected to a sole. The properties of the knitted textile material can be influenced by the targeted selection of the knitting technique or the plies.
  • solid shoe uppers such as those used in hard-shell shoes such as ski boots, ice skates, etc.
  • casting processes such as injection molding or via additive manufacturing or 3D printing.
  • 3D printed shoe uppers is that the shoe uppers can be individually adapted to the conditions of the runner's foot, in particular the contour of the foot.
  • the melt-blow process is also used to manufacture textile materials.
  • the melt-blow process only non-wovens such as fleece can be produced, the production of regularly formed, in particular mesh or loop-like, textile materials is not possible with the melt-blow process.
  • additive manufacturing of the textile material has the advantage that the textile can be designed differently in different areas without much effort.
  • a fiber that is produced using 3D printing can have a larger diameter in some areas than in others, e.g. to selectively reinforce certain areas.
  • traditional knitting it is not readily possible to use a yarn that has a larger diameter in exactly the desired areas of the textile than in other areas.
  • additive manufacturing makes it possible to reproduce different laying patterns and mesh sizes. For example, a portion of a textile can be knitted, while another portion is woven. This is practically impossible with traditional textile manufacturing processes.
  • traditional textile manufacturing processes normally produce significant amounts of offcuts, which is detrimental to the sustainability of such processes.
  • a method is provided which completely or partially overcomes the disadvantages of the methods known in the prior art.
  • a method is provided with which shoe uppers, in particular individually adapted to the foot of the runner, can be produced in a shorter time.
  • a method is provided which allows flexible production of a loop-like or mesh-like, preferably essentially continuous and oriented, textile material.
  • Mesh-like, or loop-like, textile material includes not only materials traditionally made by knitting and knitting, but also those materials made by additive manufacturing. This also includes, for example, windings of a filament which are arranged at least partially one above the other and which simulate a loop or mesh material.
  • the present invention relates to a method for producing a textile material, in particular an upper, comprising the steps of: providing a shaping support, in particular a last; melting a polymer composition at a first temperature; Applying the molten polymer composition to the shaping support.
  • the molten polymer composition is applied to the shaping carrier by means of a nozzle which has an outlet opening for the molten polymer composition and a plurality of air outlet openings arranged around the outlet opening, from which compressed air is applied to the exiting
  • Polymer composition is applied in such a way that the melted, exiting the nozzle polymer composition as a helical filament on the shaping carrier is applied.
  • the filament is present as a helical filament at least between the outlet opening and the carrier, or is present as a helical filament at least in a partial region between the outlet opening and the carrier.
  • a loop-like textile material which comprises the polymer composition, is formed on the shaping carrier.
  • a loop-like textile material can comprise a number of windings or loops that cross one another, but preferably do not wrap around one another. In comparison to a non-woven shoe upper, therefore, has one or more regularly arranged filaments.
  • the properties of the textile material produced can be varied and adjusted selectively and at any predeterminable point in time.
  • a very small radius leads to an area in the textile material with very tight loops or windings, and therefore to less elasticity and greater stability, as is required, for example, in areas with high mechanical stress.
  • Choosing a larger radius for the helical filament creates an area in the textile material with larger loops or turns, which results in greater elasticity in this area.
  • the helical filament can have a constant or variable radius in the direction of the shaping support.
  • the radius of the helix can increase, preferably continuously, from the outlet opening in the direction of the shaping carrier.
  • the shape of such a helix can be described, for example, by the envelope of a cone and thus the path of the filament from the outlet opening to the shaping support can be essentially conical.
  • the shape of the helix can be described by the envelope of a cone with an included angle of greater than 5°, in particular greater than 10°, in particular greater than 15°.
  • the opening angle of the cone can preferably be between 5° and 25°, in particular between 10° and 20°.
  • Another advantage of the invention is that the method allows within to produce a textile material, in particular a shoe upper, in a much shorter process time. For example, it is possible to produce a complete shoe upper in just 1.5 minutes. Due to the very short process time, among other things, the energy consumption per textile material produced, in particular per shoe upper, can be greatly reduced. In particular, only 0.035 to 0.06 kWh is required for a shoe upper.
  • a shoe upper refers to a shoe upper that is designed as a textile and is therefore designed to be softer and more flexible compared to a hard-shell shoe upper.
  • Such shoe uppers designed as a textile are known, for example, from sports shoes such as tennis shoes or running shoes.
  • a helical filament can typically have a helix with a minimum radius of 0.5 mm, preferably 1 mm, in particular 2 mm.
  • the radius of the helix can be, for example, 0.5 mm to 20 mm, in particular 1 mm to 10 mm.
  • the targeted selection of the radius of the helix of the helical filament directly influences the mesh size of the textile material.
  • the radius of the helix of the helical element can essentially correspond to the mesh size or the radius of the loops in the textile material. The smaller the radius of the helix, the tighter the mesh of the textile material.
  • the radius can be temporarily constant and/or varied during the application.
  • the radius of the helix of the helical element can also be adjusted when it comes into contact with the shaping carrier by changing the distance between the nozzle or the outlet opening and the shaping carrier.
  • the person skilled in the art also understands that the choice of the first temperature depends on the melting point or the melting range of the polymer composition and is typically selected in such a way that the polymer composition is melted and has sufficient viscosity to be applied to the shaping support by means of the nozzle.
  • the first temperature can also include a temperature range.
  • the first temperature can be, for example, 210 to 240°C, in particular 210 to 220°C.
  • the molten polymer composition is forced under pressure from the die through the exit orifice.
  • This pressure can be provided, for example, by an extruder or a pump, in particular by a gear pump.
  • a separate pump, in particular a gear pump is to be preferred here, as this allows better control of the pressure.
  • the polymer composition can be applied directly to the shaping support and/or also indirectly. Indirect application can occur when multiple layers of the helical filament or filaments are applied. In this case, under certain circumstances, only the filament applied first, or the first layer, is in direct contact with the shaping carrier.
  • the helical filament is applied at least temporarily or completely as a continuous filament.
  • the textile material produced comprises a number of continuous loops or windings, which consist of a single uninterrupted filament.
  • a textile material not fleece-like or non-woven.
  • the air outlet openings are typically distributed in a circle around the outlet opening of the nozzle.
  • the pleasure outlet openings have a horizontal angle ß between a horizontal plane, which is perpendicular to the outlet opening and the delivery direction, and an air outlet opening, or along an axis through an air outlet opening in the flow direction of the compressed air, between 40° and 60°, preferably between 50° and 60°, in particular 55°.
  • the air outlet openings are directed along an axis through the corresponding air outlet opening in the flow direction of the compressed air, not directly towards an axis extending through the center point of the outlet opening in the delivery direction, but in a horizontal direction, i.e. perpendicular to the delivery direction and the outlet opening, at an angle a delay.
  • the angle a can preferably be between 5° and 35°, in particular between 15° and 30°.
  • a ring nozzle from Robatech No. 185147 can be used.
  • the shaping support can be a last, for example. In a first step, this can be produced based on a 3D model of the wearer's foot. For this purpose, a foot of a wearer can be measured and a 3D model can be created based on this. The result of this is that an individual shoe upper adapted to the foot of the runner is produced. Furthermore, the shaping support can be the foot of the runner itself. The shoe upper is applied directly to the foot. Due to the sometimes high first temperature, the foot can be covered with a layer of heat-insulating material before the polymer composition is applied. This material can be detachable, dissolvable or removable so that it can be removed from the shoe upper in a final step without shoe upper itself is destroyed. In alternative embodiments, the shaping support can be a model of a backpack or bag. Furthermore, the shaping carrier can be a plate.
  • the shaping carrier which can in particular be a strip, has heating elements or can be heated.
  • This has the advantage that the textile material produced can be connected directly to another element in a material-to-material manner, in particular by welding.
  • the carrier can be heated at least in partial areas in such a way that an insole or a midsole can be welded directly to the shoe upper.
  • the shaping support in particular the strips, can have one or more indentations, in particular channels or furrows. It may be possible here to insert additional elements such as textile material, foam material, padding material, metal or plastic material into the depressions before the molten polymer composition is applied to the shaping carrier. When the molten polymer composition is applied, a material bond is formed between the polymer composition and the additional elements.
  • the shaping support can be a last, which has one or more indentations in the heel area. A damping material can be inserted into these depressions, which is arranged in such a way that the heel area of the shoe upper is dampened, or that a heel cushion (so-called “heel padding”) is formed.
  • the helical filament emerging from the outlet opening has a filament thickness of 0.01 mm to 0.2 mm, in particular 0.05 mm to 0.15 mm. This also corresponds to the filament strength of the filaments of the textile material produced.
  • the shaping carrier is moved relative to the nozzle.
  • the movement of the forming beam is controlled and controlled by a control unit.
  • the shaping carrier can be moved in three-dimensional space, for example by means of a positioning unit.
  • the positioning unit is controlled and controlled by the control unit.
  • the control unit can be part of a circuit, processor and/or computer.
  • the nozzle can be arranged so that it can move, in particular so that it can move in space.
  • the nozzle can be moved in three-dimensional space and in particular relative to the shaping carrier by means of a nozzle positioning unit.
  • the nozzle positioning unit is controlled and controlled by the control unit.
  • the control unit can be part of a circuit, processor and/or computer.
  • both the nozzle can be moved independently of one another in three-dimensional space by means of a nozzle positioning unit and the shaping carrier can be moved by means of a positioning unit.
  • the shaping support is moved relative to the nozzle at a speed of 1 m/min to 20 m/min, in particular 5 m/min to 15 m/min.
  • the compressed air is applied to the heated polymer composition in such a way that it emerges from the nozzle as a helical filament.
  • the helical shape of the filament emerging from the outlet opening can be controlled particularly precisely.
  • the helical shape can also be achieved in other ways, for example by controlled movement of the nozzle itself, this can lead to uncontrolled separation of the filament, so that regular, continuous loops cannot be formed from a filament.
  • the air outlet openings are preferably arranged at a predetermined oblique angle to the longitudinal axis and/or to the horizontal plane to the longitudinal axis of the outlet opening.
  • the nozzle can have a plurality of air outlet openings, in particular at least 5, preferably exactly 6 air outlet openings.
  • all air outlet openings are uniformly arranged at an angle or tilted to the longitudinal axis.
  • the compressed air is applied to the molten polymer composition continuously or intermittently.
  • the compressed air can be applied continuously at times, for example to form the helical filament, and discontinuously at times to separate the filament. This can be achieved, for example, by a sudden and brief increase in the pressure of the compressed air emerging from the air outlet openings. Another helical filament can then be applied continuously.
  • compressed air includes all suitable gases and gas mixtures. For cost reasons, however, the use of ambient air is preferable.
  • the compressed air is subjected to a pressure of 1.2 to 1.5 bar on the heated polymer composition.
  • the compressed air applied to the molten polymer composition has a temperature that is above room temperature (25° C.).
  • the compressed air can have a temperature that corresponds to the first temperature.
  • the temperature of the compressed air is preferably in a range from 200.degree. C. to 300.degree. C., in particular 240.degree. C. to 260.degree.
  • melting the polymer composition in step b. achieved by means of successively arranged temperature zones.
  • the polymer composition can pass through a first temperature zone, then a second temperature zone at a temperature above the temperature of the first temperature zone, and then optionally a third temperature zone at a temperature above the temperature of the first and second temperature zones .
  • the first temperature of the first temperature zone can range from 180 °C to 185 °C
  • the second temperature of the second temperature zone can range from 230 °C to 235 °C
  • optionally the third temperature of the third temperature zone can range from > 235 °C to 240 °C.
  • the polymer composition is applied to the shaping support as a continuous filament, resulting in a loop-like textile segment. Additionally or alternatively, the polymer composition can be partially applied as a discontinuous filament, resulting in a nonwoven-like textile segment. If the polymer composition is applied continuously and discontinuously to different areas of the shaping carrier, the textile material produced comprises both fleece-like, ie disordered, and loop-like and/or mesh-like, ie ordered segments. This is advantageous because disordered segments have different properties, particularly in terms of flexibility, durability, and surface finish.
  • a 3D model of a wearer's foot can be created. This can be achieved, for example, using a camera.
  • the creation of the 3D model can be fully or partially computer-implemented.
  • the 3D model can then be stored in a control unit. Based on the 3D model, the control unit can then determine a laying pattern according to which the molten polymer composition is applied to the shaping carrier. For example, it can be recognized that due to the individual shape of the wearer's foot, the shoe upper should be reinforced at certain points.
  • the control unit can then carry out the application in step c. control such that more layers of the polymer composition are applied at this point compared to other points, so that reinforcement is achieved here.
  • the polymer composition can have an adjustable second temperature during application, in particular when in contact with the shaping carrier.
  • This second temperature can be selected in such a way that the filament applied to the shaping carrier does not bond materially at crossing positions of filament segments, or it can be selected in such a way that the filament applied to the shaping carrier bonds materially at crossing positions of filament segments, in particular by merge.
  • Non-materially connected filament segments are typically freely and independently movable relative to one another. This achieves an advantageous flexibility in the manufacture of the textile material.
  • the loops of the polymer composition applied to the shaping carrier can be connected in a materially integral manner at any predetermined point in time in a predetermined area.
  • a smaller proportion of materially bonded crossover positions correspondingly increases the flexibility or stretchability of the corresponding area of the shoe upper, for example in areas of the shoe that are greatly stretched during walking due to anatomical movements.
  • the second temperature can be selected in such a way that it is a predefined amount below the melting temperature or the melting temperature range, so that there is no material connection of the filament segments. If a material connection is to take place, the second temperature is selected in such a way that it essentially corresponds at least to the melting temperature or the melting temperature range of the polymer composition, or is only a suitable amount below the melting temperature.
  • the second temperature can be adjusted by means of an air stream having a predetermined temperature applied to the polymer composition.
  • This air flow is typically different from the compressed air emerging from the air outlet openings.
  • the air stream can be provided from an air discharge device, which is arranged in the area between the outlet opening of the nozzle and the shaping support.
  • an air discharge device with air nozzles can be attached along the emergent helical filament, from which the air stream is discharged at a predetermined temperature in the direction of the helical filament.
  • the polymer composition can comprise or consist of a thermoplastic polymer, in particular polyamide, polyether block amide, polyurethane (thermoplastic polyurethane) and/or polyester.
  • a thermoplastic polymer in particular polyamide, polyether block amide, polyurethane (thermoplastic polyurethane) and/or polyester.
  • polyurethane thermoplastic polyurethane
  • polyester polyester
  • low molecular weight polyurethane or high molecular weight polyurethane can be used are, with generally high molecular weight polyurethane strength, especially the
  • thermoplastic materials so that he can select the first and optionally the second temperature accordingly.
  • the distance between the outlet opening and the shaping carrier is between 20 mm and 110 mm, in particular between 40 mm and 60 mm. The distance can be varied within these ranges during the application or kept constant during the entire application.
  • the textile material is a shoe upper and the produced shoe upper is connected to a sole to form a shoe, in particular a running shoe.
  • the shoe upper can be connected to a sole directly during application.
  • the sole can already be detachably connected to the shaping support. After the shoe upper has been produced, the shaping carrier can then be removed, so that a shoe, in particular a running shoe, is produced.
  • the method for producing a textile material, in particular the shoe upper is carried out by means of a dispensing device which has a pump, in particular a gear pump, a pump drive, a dosing head and the nozzle disclosed here with the outlet opening and the air outlet openings arranged around the outlet opening, and a Melting device includes.
  • the dispensing device can also have an air dispensing device, from which an air stream with a predetermined temperature can be applied to the filament exiting helically from the outlet opening of the nozzle to set the second temperature.
  • the air discharge device can preferably have air nozzles.
  • the melting device can have several, in particular three, temperature zones arranged one after the other. Every Temperature zone can have a separately controllable heating element.
  • the polymer composition can have a first temperature zone before exiting the nozzle, then a second temperature zone with a temperature that is above the temperature of the first temperature zone and then optionally a third temperature zone with a temperature that is above the temperature of the first and second temperature zones, run through.
  • the first temperature of the first temperature zone can be in a range of 180 °C to 185 °C
  • the second temperature of the second temperature zone in a range of 230 °C to 235 °C
  • optionally the third temperature of the third temperature zone in a range of > 235 °C to 240 °C.
  • the melting device may include an extruder having a barrel and a screw disposed therein.
  • the melting device can have heating elements for setting the first temperature. If an extruder is used, the extruder typically does not determine the pressure at which the polymer composition emerges from the orifice.
  • the pressure at which the polymer composition emerges from the outlet opening is typically provided and controlled by the pump, in particular a gear pump, since this allows the pressure to be set and controlled much more precisely.
  • the pressure exerted by the pump can in particular be between 40 and 60 bar.
  • a further aspect of the invention relates to a garment, in particular a shoe, comprising a textile material, in particular a shoe upper, produced by a method according to one of the embodiments disclosed here.
  • a garment in particular a shoe upper, has a loop-like textile material.
  • This can have a plurality of essentially regular turns.
  • a plurality of windings or loops preferably consist of a single filament. Filament segments can cross each other at crossing positions.
  • the filament segments can be cohesively bonded to one another at the crossing positions connected and / or not integrally connected to each other.
  • the loop-like textile material preferably comprises at least one crossing position at which filament segments, in particular filament segments of the same filament, are connected in a materially bonded manner.
  • the windings or loops are preferably of essentially circular or elliptical design.
  • a shoe upper that was produced according to a method of one of the embodiments disclosed here typically does not form a continuous surface, but is mesh-like, ie has a certain porosity.
  • the dispensing device includes a dosing head which is in fluid communication with a melting device and with a separate dosing pump.
  • the melting device comprises an extruder, which typically has a drum and a screw arranged therein.
  • the dispensing device also has a separate dosing pump which is fluidically connected to the dosing head.
  • the dosing head has a nozzle, which comprises an outlet opening which is in fluid communication with the dosing head, and a plurality of air outlet openings arranged around the outlet opening.
  • the air outlet openings are arranged in such a way that compressed air can be applied to a molten polymer composition emerging from the outlet opening in such a way that the molten polymer composition emerging from the nozzle is applied as a helical filament to a shaping carrier.
  • the extruder has the advantage that the polymer composition is freshly melted directly in the required amount and is not constantly kept in the molten state in a melting device, such as a heatable tank or the like. If the polymer composition is kept in the molten state for a long period of time, the polymer degrades significantly as it partially degenerates. When manufacturing a textile material, the quality, especially the filament stability, is of great importance.
  • the combination of the dosing head with an extruder only allows the currently required Amount of the polymer composition to melt, so that a degeneration of the
  • the melting device can have several, in particular three, temperature zones arranged one after the other. Each temperature zone can have a separately controllable heating element.
  • the polymer composition before exiting the die a first temperature zone, then a second temperature zone with a temperature that is above the temperature of the first temperature zone and then optionally a third temperature zone with a temperature that is above the temperature of the first and the second temperature zone, run through.
  • the first temperature of the first temperature zone can be in a range of 180 °C to 185 °C
  • the second temperature of the second temperature zone in a range of 230 °C to 235 °C
  • optionally the third temperature of the third temperature zone in a range of > 235 °C to 240 °C.
  • the dosing pump is a separate pump from the extruder.
  • the polymer composition could be dispensed from the outlet opening onto a shaping carrier solely with the aid of the extruder, it is important for the production of a textile material, which is mesh-like and comprises a single filament over several meshes or turns, that the dispensing pressure can be precisely controlled, which is not possible to a sufficient extent with an extruder.
  • the separate pump is therefore used to fine tune the pressure at which the molten polymer composition is dispensed.
  • the metering pump is preferably a gear pump.
  • the dispensing device can also have a motor for driving the metering pump.
  • the nozzle has at least 2, at least 3, at least 4, at least 5, at least 6, in particular 6, air outlet openings.
  • the Air outlet openings can be concentric and preferably in a uniform manner
  • the air outlet openings are not directed directly in the direction of the outlet opening of the nozzle.
  • the air outlet openings are directed along an axis through the corresponding air outlet opening in the flow direction of the compressed air, not directly towards an axis extending through the center point of the outlet opening in the discharge direction, but in a horizontal direction, i.e. perpendicular to the discharge direction and the outlet opening, around one Angle a shifted.
  • the angle a can preferably be between 5° and 35°, in particular between 15° and 30°. In this way it can be achieved, among other things, that the filament can be applied helically to a shaping carrier.
  • the air outlet openings can generally be linear channels, for example.
  • a horizontal angle ⁇ between a horizontal plane, which is perpendicular to the outlet opening and the delivery direction, and an air outlet opening, or along an axis through an air outlet opening in the flow direction of the compressed air is between 40° and 60°, preferably between 50° and 60 °, especially 55°.
  • the dispensing device also comprises an air dispensing device, which is designed to apply an air flow at a predetermined temperature to the second temperature of the polymer composition discharged onto the filament discharged helically from the outlet opening of the nozzle.
  • FIG. 1 shows a dispensing device 1 for carrying out the method according to the invention.
  • the dispensing device 1 comprises, as a melting device, an extruder with a barrel 2 with an entry opening, and a screw 3, in which the polymer composition is melted.
  • An adapter 8 connects to the extruder.
  • the dispensing device further comprises a metering pump 5 with a motor 4 and a metering head 6 and nozzle 7 with an outlet opening and air outlet openings arranged around the outlet opening, from which a helical filament is applied to the shaping carrier 9 .
  • the dispensing device also includes an air dispensing device 10, from which an air flow at a predetermined temperature can be applied to the filament exiting helically from the outlet opening of the nozzle in order to set the second temperature.
  • FIG. 2 shows a regularly formed textile material which is produced by means of the method according to the invention and which can form part of a shoe upper. Due to the filament emerging from the outlet opening in a helical shape, the textile material comprises regular filament segments which cross over at crossing positions and which form circular windings. Depending on the setting of the second temperature, the filament segments can either be bonded or not bonded at the crossing positions.
  • the textile material can be produced during manufacture along the dashed arrow.
  • FIG. 3 shows a schematic top view of a nozzle 7 as used in a dispensing device in the method according to the invention.
  • the air outlet openings are not aimed directly at the outlet opening of the nozzle.
  • the nozzle 7 has six such air outlet openings 71 (only one of the air outlet openings is labeled for a better overview). These are along axis 74 through the corresponding air outlet opening in the flow direction of the compressed air, not directed directly at an axis 73 extending through the center point of the outlet opening in the discharge direction, but shifted by an angle ⁇ in the horizontal direction, ie perpendicular to the discharge direction and the outlet opening.
  • the angle a along the 5 air outlet openings, i.e. along an axis 74 through the corresponding air outlet opening in the direction of flow of the compressed air to an axis 73, which is aimed directly at the outlet opening 72, can be between 5° and 35°, in particular between 15° and 30 ° amount.
  • FIG. 4 shows a schematic side view of the nozzle 7 as it is used in a dispensing device in the method according to the invention.
  • the horizontal angle ß between horizontal plane 76, which is perpendicular to the exit direction, and the air outlet opening (for better clarity, the direction of air outlet opening 71 is shown by axis 75) is between 40° and 60°, preferably between 50° and 60°, in particular 55° . 5

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Abstract

Offenbart wird ein Verfahren zur Herstellung eines Textilmaterials, insbesondere eines Schuhoberteils umfassend die Schritte: Bereitstellen eines formgebenden Trägers, insbesondere eines Leistens; Schmelzen einer Polymerzusammensetzung bei einer ersten Temperatur; Aufbringen der geschmolzenen Polymerzusammensetzung auf den formgebenden Träger. Das Aufbringen der geschmolzenen Polymerzusammensetzung auf den formgebenden Träger erfolgt dabei mittels einer Düse, welche eine Austrittsöffnung für die geschmolzene Polymerzusammensetzung aufweist und mehrere um die Austrittsöffnung herum angeordnete Luftauslassöffnungen aus welchen Druckluft auf die austretende Polymerzusammensetzung derart beaufschlagt wird, dass die geschmolzene, aus der Düse ausgetretene Polymerzusammensetzung als wendelförmiges Filament auf den formgebenden Träger aufgebracht wird.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Textilmaterials
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Schuhherstellung, insbesondere der Herstellung eines Textilmaterials, insbesondere eines Schuhoberteils und betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Textilmaterials, sowie ein mittels diesem Verfahren hergestellten Textilmaterial.
Stand der Technik
Im Stand der Technik sind eine Vielzahl von Herstellungsverfahren für Textilmaterialien bekannt. Insbesondere Schuhoberteile bestehen typischerweise aus traditionell hergestelltem Textilmaterial. Traditionell werden Schuhoberteile gewirkt und anschliessend mit einer Sohle verbunden. Hierbei kann durch die gezielte Auswahl der Wirktechnik, bzw. der Legungen, die Eigenschaften des gewirkten Textilmaterials beeinflusst werden.
Des Weiteren können massive Schuhoberteile, wie sie z.B. bei Hartschalenschuhen, wie Skischuhe, Schlittschuhe, etc. eingesetzt werden, mittels Gussverfahren wie z.B. Spritzguss oder auch via additiver Fertigung, bzw. 3D Druck, hergestellt werden. Der Vorteil von 3D gedruckten Schuhoberteilen liegt darin, dass die Schuhoberteile individuell an die Gegebenheiten des Fusses des Läufers, insbesondere der Kontur des Fusses, angepasst werden können.
Darstellung der Erfindung
Für Schuhe mit weichen textilen Schuhoberteilen, insbesondere aus faserförmigen
Materialien, wie sie typischerweise bei Sportschuhen, Laufschuhen und Alltagsschuhen eingesetzt werden, stellt die additive Fertigung nach wie vor einige Probleme dar. Dies liegt vor allem daran, dass es bei der additiven Fertigung eines Gewirks oder eines Gewebes häufig zu einem Verkleben der gedruckten Fasern kommt, wodurch nicht dieselben Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Flexibilität, erreicht werden können, wie bei den traditionellen textiltechnischen Herstellungsverfahren wie Wirken oder Weben.
Als Alternative zum 3D Druck, insbesondere dem FDM Verfahren, wird ebenfalls das Melt- Blow Verfahren zur Herstellung von Textilmaterialien eingesetzt. Mit dem Melt-Blow Verfahren können jedoch lediglich non-wovens wie z.B. Vliese hergestellt werden, die Herstellung von regelmässig ausgebildeten, insbesondere maschen- oder schlaufenartigen, Textilmaterialen ist mittels dem Melt-Blow Verfahren nicht möglich.
Verglichen mit traditionellen textiltechnischen Herstellungsverfahren hat die additive Fertigung des Textilmaterials den Vorteil, dass das Textil ohne grösseren Aufwand bereichsweise unterschiedlich ausgebildet werden kann. Beispielsweise kann eine Faser, welche mittels 3D Druck hergestellt wird in einigen Bereichen einen grösseren Durchmesser aufweisen als in anderen um z.B. bestimmte Bereiche selektiv zu verstärken. Im Gegensatz dazu ist es bei traditionellem Wirken nicht ohne weiteres möglich, ein Garn zu verwenden, das exakt in den gewünschten Bereichen im Textil einen grösseren Durchmesser als in anderen Bereichen aufweist. Zudem ist es mittels additiver Fertigung möglich, verschiedene Legungsmuster und Maschenweiten nachzubilden. So kann beispielswiese ein Teilbereich eines Textils gewirkt ausgebildet sein, während ein anderer Teilbereich gewebt ausgebildet ist. Dies ist mit traditionellen textiltechnischen Herstellungsverfahren praktisch nicht möglich. Des Weiteren fallen bei traditionellen textiltechnischen Herstellungsverfahren normalerweise erhebliche Mengen Abschnitt an, was nachteilig für die Nachhaltigkeit solcher Verfahren ist.
Es ist daher die allgemeine Aufgabe der Erfindung, den Stand der Technik der
Herstellungsverfahren von Textilmaterialien, insbesondere von Schuhoberteilen weiterzuentwickeln. In vorteilhaften Ausführungsformen wird ein Verfahren bereitgestellt, das die Nachteile der im Stand der Technik bekannten Verfahren ganz oder teilweise überwindet. In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen wird ein Verfahren bereitgestellt, mit welchem in kürzerer Zeit insbesondere individuell an den Fuss des Läufers angepasste Schuhoberteile hergestellt werden können. Insbesondere wird in einigen vorteilhaften Ausführungsformen ein Verfahren bereitgestellt, welches es in flexibler Weise erlaubt, ein schlaufenartiges oder maschenartiges, vorzugsweise im Wesentlichen kontinuierlich und orientiert ausgebildetes Textilmaterial, herzustellen. Maschenartiges, bzw. schlaufenartiges Textilmaterial schliesst nicht nur traditionell mittels Wirken und Stricken hergestellte Materialien ein, sondern auch solche Materialien, die durch additive Fertigung hergestellt wurden. Dies umfasst z.B. auch zumindest teilweise übereinander angeordnete Windungen eines Filaments, welche ein Schlaufen- oder Maschenmaterial nachbilden.
Die allgemeine Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie der Beschreibung und Zeichnungen.
In einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Textilmaterials, insbesondere eines Schuhoberteils umfassend die Schritte: Bereitstellen eines formgebenden Trägers, insbesondere eines Leistens; Schmelzen einer Polymerzusammensetzung bei einer ersten Temperatur; Aufbringen der geschmolzenen Polymerzusammensetzung auf den formgebenden Träger. Das Aufbringen der geschmolzenen Polymerzusammensetzung auf den formgebenden Träger erfolgt dabei mittels einer Düse, welche eine Austrittsöffnung für die geschmolzene Polymerzusammensetzung aufweist und mehrere um die Austrittsöffnung herum angeordnete Luftauslassöffnungen aus welchen Druckluft auf die austretende
Polymerzusammensetzung derart beaufschlagt wird, dass die geschmolzene, aus der Düse ausgetretene Polymerzusammensetzung als wendeiförmiges Filament auf den formgebenden Träger aufgebracht wird. Dies bedeutet, dass das Filament zumindest zwischen der Austrittsöffnung und dem Träger als wendeiförmiges Filament vorliegt, oder zumindest in einem Teilbereich zwischen der Austrittsöffnung und dem Träger als wendeiförmiges Filament vorliegt. Hierdurch bildet sich auf dem formgebenden Träger ein schlaufenartiges Textilmaterial aus, welches die Polymerzusammensetzung umfasst. Ein schlaufenartiges Textilmaterial kann dabei mehrere sich überkreuzende, jedoch vorzugsweise nicht sich umschlingende, Windungen, bzw. Schlaufen, umfassen. Im Vergleich zu einem non-woven weist das Schuhoberteil daher ein oder mehrere regelmässig angeordnete Filamente auf. Durch Vorauswahl der Wendeieigenschaften, insbesondere der Steigung, Ganghöhe, Gangwinkel und Radius der Wendel kann dabei selektiv und zu jedem vorbestimmbaren Zeitpunkt die Eigenschaften des hergestellten Textilmaterials variiert und eingestellt werden. Beispielsweise führt ein sehr kleiner Radius zu einem Bereich im Textilmaterial mit sehr engen Schlaufen, bzw. Windungen, und daher zu einer geringeren Elastizität und höheren Stabilität, wie es z.B. in Bereichen mit hoher mechanischer Beanspruchung benötigt wird. Durch Auswahl eines grösseren Radius des wendeiförmigen Filaments entsteht ein Bereich im Textilmaterial mit grösseren Schlaufen, bzw. Windungen, was eine höhere Elastizität in diesem Bereich nach sich zieht. Das wendeiförmige Filament kann dabei einen in Richtung des formgebenden Trägers konstanten oder variablen Radius aufweisen. Insbesondere kann der Radius der Wendel von der Austrittsöffnung in Richtung des formgebenden Trägers zunehmen, vorzugsweise stetig zunehmen. Der Fachmann versteht, dass die Form einer derartigen Wendel beispielsweise durch den Mantel eines Kegels beschrieben werden kann und somit der Pfad des Filaments von der Austrittsöffnung zum formgebenden Träger im Wesentlichen kegelförmig sein kann. Insbesondere kann die Form der Wendel durch den Mantel eines Kegels mit einem Öffnungswinkel von grösser 5°, insbesondere grösser 10°, insbesondere grösser 1 5° beschrieben werden. Vorzugsweise kann der Öffnungswinkel des Kegels zwischen 5° und 25°, insbesondere zwischen 10° und 20°, liegen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es dabei, dass das Verfahren es erlaubt innerhalb einer sehr viel kürzeren Prozesszeit ein Textilmaterial, insbesondere ein Schuhoberteil, herzustellen. So ist es beispielsweise möglich, ein komplettes Schuhoberteil in lediglich 1 .5 min herzustellen. Unter anderem aufgrund der sehr kurzen Prozesszeit kann daher der Energieaufwand pro hergestelltem Textilmaterial, insbesondere pro Schuhoberteil, stark reduziert werden. Für ein Schuhoberteil wird insbesondere lediglich 0.035 bis 0.06 kWh benötigt.
Im Sinne der vorliegenden Offenbarung bezieht sich ein Schuhoberteil auf ein Schuhoberteil, welches als Textil ausgebildet und damit im Vergleich zu einem Hartschalenschuhoberteil weicher und flexibler ausgebildet ist. Solche als Textil ausgebildete Schuhoberteile sind beispielsweise von Sportschuhen, wie Tennis- oder Laufschuhen, bekannt.
Ein wendeiförmiges Filament kann typischerweise eine Wendel mit einem Mindestradius von 0.5 mm, vorzugsweise von 1 mm, insbesondere vom 2 mm aufweisen. Der Radius der Wendel kann beispielsweise 0.5 mm bis 20 mm, insbesondere 1 mm bis 10 mm betragen. Die gezielte Auswahl des Radius der Wendel des wendeiförmigen Filaments beeinflusst dabei direkt die Maschenweite des Textilmaterials. Beispielsweise kann der Radius der Wendel des wendeiförmigen Elements im Wesentlichen der Maschenweite, bzw. dem Radius der Schlaufen, im Textilmaterial entsprechen. Je kleiner der Radius der Wendel, desto engmaschiger wird das Textilmaterial. Der Radius kann dabei während dem Aufträgen zeitweise konstant und/oder variiert werden. Dies kann beispielsweise durch Regelung der Druckluft, welche aus den Luftauslassöffnungen auf die aus der Austrittsöffnung ausgetretene Polymerzusammensetzung beaufschlagt wird, erreicht werden. Des Weiteren kann der Radius der Wendel des wendeiförmigen Elements bei Kontakt mit dem formgebenden Träger auch durch Veränderung der Distanz zwischen Düse, bzw. der Austrittsöffnung und dem formgebenden Träger eingestellt werden. Der Fachmann versteht zudem, dass die Wahl der ersten Temperatur vom Schmelzpunkt, bzw. dem Schmelzbereich der Polymerzusammensetzung abhängt und typischerweise derart ausgewählt wird, dass die Polymerzusammensetzung geschmolzen wird und eine ausreichende Viskosität aufweist, um mittels der Düse auf den formgebenden Träger aufgebracht zu werden. Die erste Temperatur kann dabei auch einen Temperaturbereich umfassen. Wird z.B. ein thermoplastisches Polyurethan, wie Desmopan 2790a ® oder Desmopan 9392A ® (Covestro), als Polymerzusammensetzung verwendet, kann die erste Temperatur beispielsweise 210 bis 240 °C, insbesondere 210 bis 220 °C, betragen.
Typischerweise wird die geschmolzene Polymerzusammensetzung unter Druck aus der Düse durch die Austrittsöffnung gepresst. Dieser Druck kann beispielsweise durch einen Extruder oder eine Pumpe, insbesondere durch eine Zahnradpumpe, bereitgestellt werden. Die Verwendung einer separaten Pumpe, insbesondere einer Zahnradpumpe, ist dabei zu bevorzugen, da hiermit eine bessere Kontrolle des Drucks möglich ist.
Das Aufbringen der Polymerzusammensetzung kann direkt auf den formgebenden Träger und/oder auch indirekt erfolgen. Ein indirektes Aufbringen kann dann vorliegen, wenn mehrere Schichten des wendeiförmigen Filaments, bzw. der wendeiförmigen Filamente, aufgetragen werden. In diesem Fall steht unter Umständen nur das zuerst aufgebrachte Filament, bzw. die erste Schicht, in direktem Kontakt mit dem formgebenden Träger.
Aus der Düse tritt typischerweise nur ein einziges Filament aus und nicht mehrere Filamente zur gleichen Zeit.
Zudem wird das wendeiförmige Filament in einigen Ausführungsformen zumindest zeitweise oder auch vollständig, als kontinuierliches Filament aufgebracht. Das hergestellte Textilmaterial umfasst dabei mehrere kontinuierliche Schlaufen bzw. Windungen, welche aus einem einzigen ununterbrochenen Filament bestehen. Somit ist ein solches Textilmaterial nicht vliessartig, bzw. kein non-woven. Nachdem eine vorbestimmte Anzahl Windungen, bzw. Schlaufen, aufgebracht wurde, kann das Aufbringen und damit das Filament unterbrochen werden und an einer anderen Stelle des formgebenden Trägers fortgesetzt werden.
Die Luftauslassöffnungen sind typischerweise kreisförmig um die Austrittsöffnung der Düse herum verteilt. Die Lustauslassöffnungen weisen dabei einen Horizontalwinkel ß zwischen einer Horizontalebene, die senkrecht zur Austrittsöffnung und der Abgaberichtung ausgebildet ist, und einer Luftauslassöffnung, bzw. entlang einer Achse durch eine Luftauslassöffnung in Flussrichtung der Druckluft, zwischen 40° und 60°, vorzugsweise zwischen 50° und 60°, insbesondere 55° auf. Zudem sind die Luftauslassöffnungen entlang einer Achse durch die entsprechende Luftauslassöffnung in Flussrichtung der Druckluft, nicht direkt auf eine sich in Abgaberichtung durch den Mittelpunkt der Austrittsöffnung erstreckende Achse gerichtet, sondern dazu in horizontaler Richtung, d.h. senkrecht zur Abgaberichtung und der Austrittsöffnung, um einen Winkel a verschoben. Vorzugsweise kann der Winkel a zwischen 5° und 35°, insbesondere zwischen 1 5° und 30° betragen. Beispielsweise kann eine Kringeldüse von Robatech Nr. 185147 verwendet werden.
Der formgebende Träger kann beispielsweise ein Leisten sein. Dieser kann in einem ersten Schritt basierend auf einem 3D Modell des Fusses des Trägers hergestellt werden. Hierfür kann ein Fuss eines Trägers vermessen werden und darauf basierend ein 3D Modell erstellt werden. Hierdurch wird erreicht, dass ein individuelles, dem Fuss des Läufers angepasstes Schuhoberteil hergestellt wird. Des Weiteren kann der formgebende Träger der Fuss des Läufers selbst sein. Hierbei wird das Schuhoberteil direkt auf den Fuss aufgetragen. Aufgrund der unter Umständen hohen ersten Temperatur kann dabei der Fuss mit einer Schicht aus wärmeisolierenden Material bedeckt werden, bevor die Polymerzusammensetzung aufgetragen wird. Dieses Material kann ablösbar, auflösbar oder entfernbar ausgebildet sein, sodass es in einem letzten Schritt vom Schuhoberteil entfernt werden kann, ohne dass das Schuhoberteil an sich zerstört wird. In alternativen Ausführungsformen kann der formgebende Träger ein Model eines Rucksacks oder einer Tasche sein. Des Weiteren kann der formgebende Träger eine Platte sein.
In einigen Ausführungsformen weist der formgebende Träger, welcher insbesondere ein Leisten sein kann, Heizelemente auf, bzw. ist beheizbar. Dies hat den Vorteil, dass hergestellte Textilmaterial direkt mit einem weiteren Element stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweisst, werden kann. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen nach dem Aufbringen der geschmolzenen Polymerzusammensetzung auf den beheizbaren formgebenden Träger und optional nach Abkühlen und Verfestigung der aufgebrachten Polymerzusammensetzung, der Träger zumindest in Teilbereichen derart beheizt werden, dass eine Brandsohle oder eine Mittelsohle direkt mit dem Schuhoberteil verschweisst werden kann.
In einigen Ausführungsformen kann der formgebende Träger, insbesondere der Leisten, eine oder mehrere Vertiefungen, insbesondere Rinnen oder Furchen, aufweisen. Hierbei kann es möglich sein, vor dem Aufbringen der geschmolzenen Polymerzusammensetzung auf den formgebenden Träger zusätzliche Elemente wie z.B. Textilmaterial, Schaummaterial, Polstermaterial, Metall- oder Plastikmaterial in die Vertiefungen eingelegt werden. Beim Aufbringen der geschmolzenen Polymerzusammensetzung wird eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Polymerzusammensetzung und den zusätzlichen Elementen ausgebildet. Beispielsweise kann der formgebende Träger ein Leisten sein, welcher im Fersenbereich ein oder mehrere Vertiefungen aufweist. In diese Vertiefungen kann ein Dämpfungsmaterial eingelegt werden, welches derart angeordnet ist, dass der Fersenbereich des Schuhoberteils gedämpft ausgebildet wird, bzw. dass ein Fersenpolster (s.g. «heel- padding») ausgebildet wird. Alternativ ist es auch möglich, dass in die Vertiefung(en) keine zusätzlichen Elemente eingelegt werden, sondern dass diese beim Aufbringen der geschmolzenen Polymerzusammensetzung mit der Polymerzusammensetzung vollständig ausgefüllt werden. Dadurch entsteht in vordefinierten Bereichen des Textilmaterials eine
Verstärkung des Textilmaterials.
In einigen Ausführungsformen weist das aus der Austrittsöffnung ausgetretene wendeiförmige Filament eine Filamentstärke von 0.01 mm bis 0.2 mm, insbesondere von 0.05 mm bis 0.1 5 mm, auf. Dies entspricht auch der Filamentstärke der Filamente des hergestellten Textilmaterials.
In weiteren Ausführungsformen wird der formgebende Träger relativ zur Düse bewegt. Typischerweise wird die Bewegung des formgebenden Trägeres durch eine Steuereinheit kontrolliert und gesteuert. Der formgebende Träger kann beispielsweise mittels einer Positionierungseinheit im dreidimensionalen Raum bewegt werden. Typischerweise wird die Positionierungseinheit durch die Steuereinheit kontrolliert und gesteuert. Die Steuereinheit kann dabei Teil eines Schaltkreises, Prozessors und/oder Computers sein.
In einigen Ausführunsgformen kann die Düse beweglich, insbesondere im Raum beweglich, angeordnet sein. Beispielsweise kann die Düse mittels einer Düsenpositionierungseinheit im dreidimensionalen Raum und insbesondere relativ zum formgebenden Träger, bewegt werden. Typischerweise wird die Düsenpositionierungseinheit durch die Steuereinheit kontrolliert und gesteuert. Die Steuereinheit kann dabei Teil eines Schaltkreises, Prozessors und/oder Computers sein. In bestimmten Ausführunsgformen kann sowohl die Düse mittels einer Düsenpositionierungseinheit und der formgebende Träger mittels einer Positionierungseinheit jeweils unabhängig voneinander im dreidimensionalen Raum bewegt werden.
In einigen Ausführungsformen wird der formgebende Träger mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min bis 20 m/min, insbesondere 5 m/min bis 1 5 m/min, relativ zur Düse bewegt. In einigen Ausführungsformen wird die Druckluft derart auf die erwärmte Polymerzusammensetzung beaufschlagt, dass diese als wendeiförmiges Filament aus der Düse austritt. Hierdurch kann die Wendelform des aus der Austrittsöffnung ausgetretenen Filaments besonders exakt kontrolliert werden. Zwar kann die Wendelform auch auf andere Weise erreicht werden, beispielsweise durch kontrollierte Bewegung der Düse an sich, allerdings kann es hierbei zur unkontrollierten Abtrennung des Filaments kommen, sodass keine regelmässigen, kontinuierlichen Schlaufen aus einem Filament ausgebildet werden können. Vorzugsweise werden die Luftauslassöffnungen hierzu in einem vorbestimmten schrägen Winkel zur Längsachse und/oder zur Horizontalebene zur Längsachse der Austrittsöffnung angeordnet. Insbesondere kann die Düse mehrere Luftauslassöffnungen, insbesondere mindestens 5, vorzugsweise genau 6 Lustauslassöffnungen, aufweisen. Vorzugsweise sind alle Luftauslassöffnungen einheitlich zur Längsachse schräg, bzw. gekippt angeordnet.
In weiteren Ausführungsformen wird die Druckluft kontinuierlich oder diskontinuierlich auf die geschmolzene Polymerzusammensetzung beaufschlagt. Insbesondere kann die Druckluft zeitweise kontinuierlich beaufschlagt werden, um beispielsweise das wendeiförmige Filament auszubilden und zeitweise diskontinuierlich, um das Filament abzutrennen. Dies kann beispielswiese durch eine plötzliche und kurzzeitige Erhöhung des Drucks der aus den Luftauslassöffnungen austretenden Druckluft erreicht werden. Anschliessend kann dann ein weiteres wendeiförmiges Filament kontinuierlich aufgebracht werden.
Der Fachmann versteht, dass der Begriff «Druckluft» sämtliche geeignete Gase und Gasgemische umfasst. Aus Kostengründen ist jedoch die Verwendung von Umgebungsluft zu bevorzugen.
In einigen Ausführungsformen wird die Druckluft mit einem Druck von 1 .2 bis 1 .5 bar auf die erwärmte Polymerzusammensetzung beaufschlagt. In vorteilhaften Ausführungsformen weist die auf die geschmolzene Polymerzusammensetzung beaufschlagte Druckluft eine Temperatur auf, die oberhalb der Raumtemperatur (25 °C) liegt. Insbesondere kann die Druckluft eine Temperatur aufweisen, die der ersten Temperatur entspricht. Vorzugsweise liegt die Temperatur der Druckluft in einem Bereich von 200 °C bis 300 °C, insbesondere 240 °C bis 260 °C.
In einigen Ausführungsformen wird das Schmelzen der Polymerzusammensetzung in Schritt b. mittels nacheinander angeordneter Temperaturzonen erreicht. Insbesondere kann z.B. die Polymerzusammensetzung vor dem Austritt aus der Düse eine erste Temperaturzone, dann eine zweite Temperaturzone mit einer Temperatur die über der Temperatur ersten Temperaturzone liegt und dann optional eine dritte Temperaturzone mit einerTemperatur die über der Temperatur der ersten und der zweiten Temperaturzone liegt, durchlaufen. Beispielsweise kann die erste Temperatur der ersten Temperaturzone in einem Bereich von 1 80 °C bis 185 °C, die zweite Temperatur der zweiten Temperaturzone in einem Bereich von 230 °C bis 235 °C und optional die dritte Temperatur der dritten Temperaturzone in einem Bereich von > 235 °C bis 240 °C, liegen.
In weiteren Ausführungsformen wird die Polymerzusammensetzung als kontinuierliches Filament auf den formgebenden Träger aufgebracht, sodass ein schlaufenartiges Textilsegment entsteht. Zusätzlich oder alternativ kann die Polymerzusammensetzung teilweise als diskontinuierliches Filament aufgebracht werden, sodass ein vliessartiges Textilsegment entsteht. Wird die Polymerzusammensetzung kontinuierlich und diskontinuierlich an verschiedenen Bereichen auf den formgebenden Träger aufgebracht, umfasst das hergestellte Textilmaterial sowohl vliessartige, d.h. ungeordnete, als auch schlaufenartige und/oder maschenartige, d.h. geordnete, Segmente. Dies ist vorteilhaft, da ungeordnete Segmente andere Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Flexibilität, Beständigkeit und Oberflächenbeschaffenheit, aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann vor Schritt b. und optional vor Schritt a. ein 3D Modell eines Fusses eines Trägers erstellt werden. Dies kann beispielsweise mittels einer Kamera erreicht werden. Das Erstellen des 3D Modells, kann dabei ganz oder teilweise computerimplementiert sein. Das 3D Modell kann dann in einer Steuereinheit gespeichert werden. Die Steuereinheit kann dann basierend auf dem 3D Modell ein Legungsmuster ermitteln, gemäss welchem die geschmolzene Polymerzusammensetzung auf den formgebenden Träger aufgebracht wird. Beispielsweise kann dabei erkannt werden, dass aufgrund der individuellen Form des Fusses des Trägers an bestimmten Stellen das Schuhoberteil verstärkt sein sollte. Die Steuereinheit kann dann das Aufbringen in Schritt c. derart steuern, dass an dieses Stellen im Vergleich zu anderen Stellen mehr Lagen der Polymerzusammensetzung aufgebracht werden, sodass hier eine Verstärkung erreicht wird.
In einigen Ausführungsformen kann die die Polymerzusammensetzung während dem Aufbringen, insbesondere bei Kontakt mit dem formgebenden Träger, eine einstellbare zweite Temperatur aufweisen. Diese zweite Temperatur kann dabei derart ausgewählt sein, dass sich das auf den formgebenden Träger aufgebrachte Filament an Überkreuzungspositionen von Filamentsegmenten nicht stoffschlüssig verbindet, oder dass derart ausgewählt sein, dass sich das auf den formgebenden Träger aufgebrachte Filament an Überkreuzungspositionen von Filamentsegmenten stoffschlüssig verbindet, insbesondere durch Verschmelzen. Nicht stoffschlüssig verbundene Filamentsegmente sind typischerweise relativ zueinander frei und unabhängig zueinander beweglich. Hierdurch wird eine vorteilhafte Flexibilität der Herstellung des Textilmaterials erreicht. Es kann zu jedem vorbestimmten Zeitpunkt an einem vorbestimmten Bereich eine stoffschlüssige Verbindung der Schlaufen der auf den formgebenden Träger aufgetragenen Polymerzusammensetzung erreicht werden. Je höher der Anteil an stoffschlüssig verbundenen Überkreuzungspositionen, desto weniger flexibel, bzw. dehnbar ist ein bestimmter Bereich des hergestellten Textilmaterials, insbesondere des Schuhoberteils, und desto höher ist die Stabilität und Festigkeit dieses Bereichs. Dies kann besonders vorteilhaft bei Bereichen des Textilmaterials sein, die hoher mechanischer Beanspruchung ausgesetzt sind, wie z.B. die Oberseite des Vorderfussbereichs eines Schuhoberteils, welche beim Abrollvorgang gefaltet, bzw. gestaucht, und gestreckt wird. Ein geringerer Anteil an stoffschlüssig verbundenen Überkreuzungspositionen erhöht entsprechend die Flexibilität, bzw. Dehnbarkeit, des entsprechenden Bereichs des Schuhoberteils, z.B. in Bereichen des Schuhs vorteilhaft ist, welche bei der Laufbewegung aufgrund der anatomischen Bewegungen stark gestreckt werden. Die zweite Temperatur kann dabei derart gewählt werden, dass sie einen vordefinierten Betrag unterhalb der Schmelztemperatur, bzw. des Schmelztemperaturbereichs liegt, sodass keine stoffschlüssige Verbindung der Filamentsegmente erfolgt. Soll eine stoffschlüssige Verbindung erfolgen, dann wird zweite Temperatur derart ausgewählt, dass sie im Wesentlichen mindestens der Schmelztemperatur, bzw. dem Schmelztemperaturbereich, der Polymerzusammensetzung entspricht, oder lediglich einen geeigneten Betrag unterhalb der Schmelztemperatur liegt.
In einigen Ausführungsformen kann die zweite Temperatur mittels einem auf die Polymerzusammensetzung beaufschlagten Luftstrom mit vorbestimmter Temperatur eingestellt werden. Dieser Luftstrom ist typischerweise verschieden von der aus den Luftauslassöffnungen austretenden Druckluft. Insbesondere kann der Luftstrom aus einer Luftabgabevorrichtung, welche im Bereich zwischen der Austrittsöffnung der Düse und dem formgebenden Träger angeordnet ist, bereitgestellt werden. So kann beispielsweise entlang dem ausgetretenen wendeiförmigen Filament eine Luftabgabevorrichtung mit Luftdüsen angebracht sein, aus welchen der Luftstrom mit vorbestimmter Temperatur in Richtung des wendeiförmigen Filaments abgegeben wird.
In weiteren Ausführungsformen kann die Polymerzusammensetzung ein thermoplastisches Polymer, insbesondere Polyamid, Polyether Blockamid, Polyurethan (thermoplastisches Polyurethan) und/oder Polyester umfassen oder aus diesem bestehen. Vorzugsweise kann dabei niedermolekulares Polyurethan oder auch hochmolekulares Polyurethan eingesetzt werden, wobei generell hochmolekulares Polyurethan die Festigkeit, insbesondere die
Zugfestigkeit erhöht. Dem Fachmann sind die Schmelztemperaturen dieser thermoplastischen Materialien bekannt, sodass er die erste und optional die zweite Temperatur entsprechend auswählen kann.
In einigen Ausführungsformen beträgt die Distanz beim Aufbringen der geschmolzenen Polymerzusammensetzung zwischen der Austrittsöffnung und dem formgebenden Träger zwischen 20 mm und 1 10 mm, insbesondere zwischen 40 mm bis 60 mm. Die Distanz kann dabei während dem Aufträgen innerhalb dieser Bereiche variiert werden oder auch während dem gesamten Aufbringen konstant gehalten werden.
In weiteren Ausführungsformen ist das Textilmaterial ein Schuhoberteil und das hergestellte Schuhoberteil wird mit einer Sohle zu einem Schuh, insbesondere einem Laufschuh, verbunden. Alternativ kann das Schuhoberteil direkt während dem Aufbringen mit einer Sohle verbunden werden. Hierbei kann z.B. die Sohle bereits lösbar mit dem formgebenden Träger verbunden sein. Nach erfolgter Herstellung des Schuhoberteils kann dann der formgebende Träger entfernt werden, sodass ein Schuh, insbesondere ein Laufschuh, hergestellt wird.
In einigen Ausführungsformen wird das Verfahren zur Herstellung eines Textilmaterials, insbesondere des Schuhoberteils mittels einer Abgabevorrichtung durchgeführt, welche eine Pumpe, insbesondere eine Zahnradpumpe, einen Pumpenantrieb, einen Dosierkopf und die hier offenbarte Düse mit der Austrittsöffnung und der um die Austrittsöffnung angeordneten Luftauslassöffnungen, sowie eine Schmelzvorrichtung umfasst. Die Abgabevorrichtung kann zudem eine Luftabgabevorrichtung aufweisen, aus welcher ein Luftstrom mit vorbestimmter Temperatur zur Einstellung der zweiten Temperatur auf das wendeiförmig aus der Austrittsöffnung der Düse ausgetretene Filament beaufschlagt werden kann. Vorzugsweise kann die Luftabgabevorrichtung Luftdüsen aufweisen. Die Schmelzvorrichtung kann dabei mehrere, insbesondere drei, nacheinander angeordnete Temperaturzonen aufweisen. Jede Temperaturzone kann dabei ein separat steuerbares Heizelement aufweisen. Insbesondere kann z.B. die Polymerzusammensetzung vor dem Austritt aus der Düse eine erste Temperaturzone, dann eine zweite Temperaturzone mit einer Temperatur die über der Temperatur ersten Temperaturzone liegt und dann optional eine dritte Temperaturzone mit einer Temperatur die über der Temperatur der ersten und der zweiten Temperaturzone liegt, durchlaufen. Beispielsweise kann die erste Temperatur der ersten Temperaturzone in einem Bereich von 180 °C bis 185 °C, die zweite Temperatur der zweiten Temperaturzone in einem Bereich von 230 °C bis 235 °C und optional die dritte Temperatur der dritten Temperaturzone in einem Bereich von > 235 °C bis 240 °C, liegen.
In einigen Ausführungsformen kann die Schmelzvorrichtung einen Extruder mit einer Trommel und einer darin angeordneten Schraube aufweisen. Zudem kann die Schmelzvorrichtung Heizelemente zur Einstellung der ersten Temperatur aufweisen. Wird ein Extruder verwendet, bestimmt typischerweise nicht der Extruder den Druck mit welchem die Polymerzusammensetzung aus der Austrittsöffnung austritt. Der Druck mit welchem die Polymerzusammensetzung aus der Austrittsöffnung austritt, wird typischerweise durch die Pumpe, insbesondere eine Zahnradpumpe, bereitgestellt und kontrolliert, da dies eine deutlich exaktere Einstellung und Kontrolle des Drucks erlaubt. Der von der Pumpe ausgeübte Druck kann dabei insbesondere zwischen 40 und 60 bar betragen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kleidungsstück, insbesondere Schuh, umfassend ein Textilmaterial, insbesondere ein Schuhoberteil, hergestellt nach einem Verfahren gemäss einer der hier offenbarten Ausführungsformen. Ein solches Kleidungsstück, insbesondere Schuhoberteil weist dabei ein schlaufenartiges Textilmaterial auf. Dieses kann mehrere im Wesentlichen regelmässig ausgebildete Windungen aufweisen. Vorzugsweise bestehen mehrere Windungen, bzw. Schlaufen, aus einem einzigen Filament. Filamentsegmente können sich dabei an Überkreuzungspositionen überkreuzen. An die Überkreuzungspositionen können die Filamentsegmente stoffschlüssig miteinander verbunden und/oder nicht stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Vorzugsweise umfasst das schlaufenartige Textilmaterial zumindest eine Überkreuzungsposition an welcher Filamentsegmente, insbesondere Filamentsegmente desselben Filaments, stoffschlüssig verbunden sind. Vorzugsweise sind die Windungen, bzw. Schlaufen im Wesentlichen kreisförmig oder elliptisch ausgebildet. Ein Schuhoberteil, das gemäss einem Verfahren einer der hier offenbarten Ausführungsformen hergestellt wurde, bildet typischerweise keine durchgängige Fläche aus, sondern ist maschenartig, weist also eine gewisse Porosität auf.
Ein weiterer Aspekt ist eine Abgabevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einer der hier offenbarten Ausführungsformen. Die Abgabevorrichtung umfasst einen Dosierkopf, welcher in fluidischer Verbindung mit einer Schmelzvorrichtung und mit einer separaten Dosierpumpe steht. Die Schmelzvorrichtung umfasst dabei einen Extruder, welcher typischerweise eine Trommel und eine darin angeordnete Schraube aufweist. Die Abgabevorrichtung weist ferner eine separate Dosierpumpe auf, welche in fluidischer Verbindung mit dem Dosierkopf steht. Der Dosierkopf weist eine Düse auf, welche eine mit dem Dosierkopf in fluidischer Verbindung stehende Austrittsöffnung umfasst, und mehrere um die Austrittsöffnung herum angeordnete Luftauslassöffnungen. Die Luftauslassöffnungen sind dabei derart angeordnet, dass aus diesen Druckluft so auf eine aus der Austrittsöffnung ausgetretene geschmolzene Polymerzusammensetzung beaufschlagbar ist, dass die geschmolzene, aus der Düse ausgetretene Polymerzusammensetzung als wendeiförmiges Filament auf einen formgebenden T räger aufgebracht wird. Der Extruder hat den Vorteil, dass die Polymerzusammensetzung direkt je in der benötigten Menge frisch aufgeschmolzen wird und nicht in einer Schmelzvorrichtung, wie einem beheizbaren Tank o.ä., konstant im geschmolzenen Zustand gehalten wird. Wird die Polymerzusammensetzung über einen längeren Zeitraum im geschmolzenen Zustand gehalten, kommt es zu einem erheblichen Qualitätsverlust des Polymers, da dieses teilweise degeneriert. Bei der Herstellung eines Textilmaterials ist die Qualität, insbesondere die Filamentstabilität von grosser Bedeutung. Die Kombination des Dosierkopfs mit einem Extruder erlaubt es leidglich die momentan benötigte Menge der Polymerzusammensetzung aufzuschmelzen, sodass eine Degeneration der
Polymerzusammensetzung und ein damit einhergehender Stabilitätsverlust vermieden wird.
Die Schmelzvorrichtung kann dabei mehrere, insbesondere drei, nacheinander angeordnete Temperaturzonen aufweisen. Jede Temperaturzone kann dabei ein separat steuerbares Heizelement aufweisen. Insbesondere kann z.B. die Polymerzusammensetzung vor dem Austritt aus der Düse eine erste Temperaturzone, dann eine zweite Temperaturzone mit einer Temperatur die über der Temperatur ersten Temperaturzone liegt und dann optional eine dritte Temperaturzone mit einer Temperatur die über der Temperatur der ersten und der zweiten Temperaturzone liegt, durchlaufen. Beispielsweise kann die erste Temperatur der ersten Temperaturzone in einem Bereich von 180 °C bis 185 °C, die zweite Temperatur der zweiten Temperaturzone in einem Bereich von 230 °C bis 235 °C und optional die dritte Temperatur der dritten Temperaturzone in einem Bereich von > 235 °C bis 240 °C, liegen.
Die Dosierpumpe ist eine vom Extruder separate Pumpe. Zwar könnte die Polymerzusammensetzung allein mithilfe des Extruders aus der Austrittsöffnung auf einen formgebenden Träger abgegeben werden, allerdings ist es für die Herstellung eines Textilmaterials, welches maschenartig ausgebildet ist und über mehrere Maschen, bzw. Windungen, ein einziges Filament umfasst, wichtig, dass der Abgabedruck genau kontrolliert werden kann, was mit einem Extruder nicht in ausreichendem Masse möglich ist. Die separate Pumpe dient daher der Feineinstellung des Drucks, mit welchem die geschmolzene Polymerzusammensetzung abgegeben wird. Vorzugsweise ist die Dosierpumpe eine Zahnradpumpe. Die Abgabevorrichtung kann zudem einen Motor zum Antrieb der Dosierpumpe aufweisen.
In einigen Ausführungsformen weist die Düse mindestens 2, mindestens 3, mindestens 4, mindestens 5, mindestens 6, insbesondere 6, Luftauslassöffnungen auf. Die Luftauslassöffnungen können dabei konzentrisch und vorzugsweise in gleichmässigem
Abstand zueinander, um die Austrittsöffnung angeordnet sein.
In weiteren Ausführungsformen sind die Luftauslassöffnungen nicht direkt in Richtung der Austrittsöffnung der Düse gerichtet. In solchen Ausführungsformen sind die Luftauslassöffnungen entlang einer Achse durch die entsprechende Luftauslassöffnung in Flussrichtung der Druckluft, nicht direkt auf eine sich in Abgaberichtung durch den Mittelpunkt der Austrittsöffnung erstreckende Achse gerichtet, sondern dazu in horizontaler Richtung, d.h. senkrecht zur Abgaberichtung und der Austrittsöffnung, um einen Winkel a verschoben. Vorzugsweise kann der Winkel a zwischen 5° und 35°, insbesondere zwischen 1 5° und 30° betragen. Hierdurch kann unter anderem erreicht werden, dass das Filament wendeiförmig auf einen formgebenden Träger aufbringbar ist. Die Luftauslassöffnungen können im Allgemeinen beispielsweise lineare Kanäle sein.
In einigen Ausführungsformen beträgt ein Horizontalwinkel ß zwischen einer Horizontalebene, die senkrecht zur Austrittsöffnung und der Abgaberichtung ausgebildet ist, und einer Luftauslassöffnung, bzw. entlang einer Achse durch eine Luftauslassöffnung in Flussrichtung der Druckluft zwischen 40° und 60°, vorzugsweise zwischen 50° und 60°, insbesondere 55°.
In weiteren Ausführungsformen umfasst die Abgabevorrichtung zudem eine Luftabgabevorrichtung, welcher dazu ausgebildet ist, einen Luftstrom mit vorbestimmter Temperatur zur Einstellung der zweiten Temperatur der ausgetretenen Polymerzusammensetzung auf das wendeiförmig aus der Austrittsöffnung der Düse ausgetretene Filament zu beaufschlagen. Kurze Erläuterung der Figuren
In der Figur 1 ist eine Abgabevorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens gezeigt. Die Abgabevorrichtung 1 umfasst als Schmelzvorrichtung einen Extruder mit Trommel 2 mit einer Eingangsöffnung, und Schraube 3, in welchem die Polymerzusammensetzung geschmolzen wird. Ein Adapter 8 schliesst sich an den Extruder an. Die Abgabevorrichtung umfasst weiter eine Dosierpumpe 5 mit Motor 4, sowie einen Dosierkopf 6 und Düse 7 mit einer Austrittsöffnung und um die Austrittsöffnung angeordneten Luftauslassöffnungen aus welcher ein wendeiförmiges Filament auf den formgebenden Träger 9 aufgebracht wird. Die Abgabevorrichtung umfasst zudem eine Luftabgabevorrichtung 10, aus welcher ein Luftstrom mit vorbestimmter Temperatur zur Einstellung der zweiten Temperatur auf das wendeiförmig aus der Austrittsöffnung der Düse ausgetretene Filament beaufschlagt werden kann.
Die Figur 2 zeigt ein mittels dem erfindungsgemässen Verfahren hergestelltes regelmässig ausgebildetes Textilmaterial, welches Teil eines Schuhoberteils bilden kann. Aufgrund des wendeiförmig aus der Austrittsöffnung austretenden Filaments umfasst das Textilmaterial regelmässige, sich an Überkreuzungspositionen überkreuzende Filamentsegmente, welche kreisförmige Windungen ausbilden. Je nach Einstellung der zweiten Temperatur können die Filamentsegmente an den Überkreuzungspositionen entweder stoffschlüssig verbunden oder nicht stoffschlüssig verbunden sein. Das Textilmaterial kann dabei während der Herstellung in entlang des gestrichelten Pfeils hergestellt werden.
Die Figur 3 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Düse 7, wie sie in einer Abgabevorrichtung im erfindungsgemässen Verfahren eingesetzt wird. Wie in der Figur 3 dargestellt, sind die Luftauslassöffnungen nicht direkt auf die Austrittsöffnung der Düse gerichtet. Die Düse 7 weist sechs solcher Luftauslassöffnungen 71 (zur besseren Übersicht ist nur eine der Luftauslassöffnungen bezeichnet) auf. Diese sind entlang Achse 74 durch die entsprechende Luftauslassöffnung in Flussrichtung der Druckluft, nicht direkt auf eine sich in Abgaberichtung durch den Mittelpunkt der Austrittsöffnung erstreckende Achse 73 gerichtet, sondern dazu in horizontaler Richtung, d.h. senkrecht zur Abgaberichtung und der Austrittsöffnung, um einen Winkel a verschoben. Der Winkel a entlang der 5 Luftauslassöffnungen, d.h. entlang einer Achse 74 durch die entsprechende Luftauslassöffnung in Flussrichtung der Druckluft zu einer Achse 73, die direkt auf die Austrittsöffnung 72 gerichtet ist, kann zwischen 5° und 35°, insbesondere zwischen 1 5° und 30° betragen.
Die Figur 4 zeigt eine schematische Seitenansicht der Düse 7 wie sie in einer o Abgabevorrichtung im erfindungsgemässen Verfahren eingesetzt wird. Der Horizontalwinkel ß zwischen Horizontalebene 76, welche senkrecht zur Austrittsrichtung ausgebildet ist und der Luftauslassöffnung (zur besseren Deutlichkeit ist die Richtung der Luftauslassöffnung 71 durch Achse 75 dargestellt) beträgt zwischen 40° und 60°, vorzugsweise zwischen 50° und 60°, insbesondere 55°. 5

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung eines Textilmaterials, insbesondere eines Schuhoberteils, umfassend die Schritte: a. Bereitstellen eines formgebenden Trägers, insbesondere eines Leistens; b. Schmelzen einer Polymerzusammensetzung bei einer ersten Temperatur; c. Aufbringen der geschmolzenen Polymerzusammensetzung auf den formgebenden Träger; wobei das Aufbringen mit einer Düse erfolgt, wobei die Düse eine Austrittsöffnung umfasst und mehrere um die Austrittsöffnung herum angeordnete Luftauslassöffnungen, aus welchen Druckluft derart auf die geschmolzene Polymerzusammensetzung beaufschlagt wird, dass die geschmolzene, aus der Düse ausgetretene Polymerzusammensetzung als wendeiförmiges Filament auf den formgebenden Träger aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das wendeiförmige Filament eine Filamentstärke von 0.01 mm bis 0.2 mm, insbesondere von 0.05 mm bis 0.1 5 mm, aufweist.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der formgebende Träger während dem Aufbringen relativ zur Düse und/oder dass die Düse relativ zum formgebenden Träger bewegt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Bewegung des formgebenden Trägers und/oder der Düse durch eine Steuereinheit kontrolliert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei der formgebende Träger relativ zur Düse mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min bis 20 m/min, insbesondere 5 m/min bis 1 5 m/min bewegt wird.
. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Druckluft kontinuierlich oder diskontinuierlich aus den Luftauslassöffnungen auf die geschmolzene Polymerzusammensetzung beaufschlagt wird. . Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Druckluft mit einem Druck von 1 .2 bis 1 .5 bar auf die erwärmte Polymerzusammensetzung beaufschlagt wird. . Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Polymerzusammensetzung als kontinuierliches Filament auf den formgebenden Träger aufgebracht wird, sodass ein schlaufenartiges Textilsegment entsteht; und/oder wobei die Polymerzusammensetzung als diskontinuierliches Filament aufgebracht wird, sodass ein vliessartiges Textilsegment entsteht. . Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Polymerzusammensetzung während dem Aufbringen eine einstellbare zweite Temperatur aufweist, die entweder derart ausgewählt ist, dass sich das auf den formgebenden Träger aufgebrachte Filament an Überkreuzungspositionen von Filamentsegmenten nicht stoffschlüssig verbindet, oder dass die zweite Temperatur derart ausgewählt ist, dass sich das auf den formgebenden Träger aufgebrachte Filament an Überkreuzungspositionen von Filamentsegmenten stoffschlüssig verbindet, insbesondere durch Verschmelzen. 0. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die zweite Temperatur durch einen auf die Polymerzusammensetzung beaufschlagten Luftstrom mit vorbestimmter Temperatur eingestellt wird. 1 . Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Polymerzusammensetzung ein thermoplastisches Polymer, insbesondere Polyamid, Polyether Blockamid, Polyurethan und/oder Polyester umfasst.
2. Verfahren nach einem dervorherigen Ansprüche, wobei die Distanz zwischen Düse und formgebenden Träger zwischen 20 mm und 1 10 mm, insbesondere zwischen 40 mm bis 60 mm beträgt. 3. Verfahren nach einem der vorherigen Schritte, wobei das hergestellte Textilmaterial ein Schuhoberteil ist und mit einer Sohle verbunden wird oder wobei das Schuhoberteil direkt während dem Aufbringen mit einer Sohle verbunden wird. 4. Kleidungsstück, insbesondere Schuh, umfassend ein Textilmaterial, insbesondere ein Schuhoberteil, hergestellt nach einem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 1 2.
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