Sind Sie Läufer und Sportler? Jeder der sich viel bewegt, weiß wie wichtig gutes Schuhwerk ist. Schuhe, besonders Sportschuhe sind ein Abbild gesellschaftlicher und technischer Entwicklungen. Ohne Kunststoffe geht wortwörtlich im oder mit dem Schuh heute nichts mehr. Zwar sorgt Leder im Alltagsschuh meist für ein angenehmes Schuhklima und einen gewissen Chic, doch das Material ist schwer. Für moderne Sportschuhe gilt jedoch ähnlich wie im Automobilbau: Lightwight ist in! Ob Atmungsaktive Textilien für das Obermaterial oder Sohlen und Zwischensohlen, in nahezu allen Bestandteilen von Schuhen finden sich polymerbasierte Werkstoffe.

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Im Obermaterial werden heute meist Kunstleder verwendet. Diese bestehen aus einer textilen Gewebe-Basis, die mit PVC oder PU beschichtet wird. Bei Sportschuhen werden häufig netzartige, sogenannte Mesh-Gewebe verarbeitet. Mesh ist ein luftdurchlässiges Textil-Netzgewebe aus Polyester und Polyamid. Nylon hat hier einen großen Marktanteil. Für die Zwischensohlen werden meist EVA- oder PU-Schäume verwendet. In den Laufsohlen finden sich synthetischer Kautschuk und häufig PU sowie TPU.

Dämpfung und Rückstellkraft im Schuh

Während bei den Olympischen Spielen 1960 der Läufer Abebe Bikila den Marathonlauf in neuer Weltbestzeit von 2:15:16 Stunden sogar barfuß gewann, stattet sich heute jeder Freizeitsportler mit den passenden Laufschuhen aus. Dämpfung heißt eines der entscheidenden Elemente in der Sportschuhwelt. Diese wird in den allermeisten Fällen durch die Kombination verschiedener Materialien optimiert.

Bei einer Entwicklung von BASF und Adidas konnten die besonderen Eigenschaften von Gummi mit denen eines leichten TPU in einem Werkstoff vereint werden. Das expandierte TPE Infinergy zeigte in Form eines Partikelschaums ein sehr hohes Rückstellvermögen und ist gleichzeitig viel leichter als Gummi. Eine ideale Kombination von Eigenschaften für eine Laufschuh-Zwischensohle. Unter dem Slogan „Elastisch wie Gummi, aber federnd leicht“ stellte BASF zur K 2013 den Werkstoff vor und was daraus gemeinsam mit Adidas entstanden ist.

Bei den Materialtests im Adidas-Labor werden die beim Laufen auftretenden Kräfte und Deformationen mithilfe von Prüfmaschinen nachgestellt, um Energierückgabe und Verschleiß zu ermitteln. Um höchste Performance in verschiedensten Klimazonen und Jahreszeiten zu gewährleisten, wird in einem Temperaturbereich von -20 bis +40 °C getestet. Bei Tests im Biomechanik-Labor überprüfen die Adidas-Produktentwickler die Stabilität der Laufschuhe sowie den Einfluss der Produkte auf die Leistung der Athleten mittels VO2max-Tests, der Ermittlung der maximalen Sauerstoffaufnahme eines Athleten. Komfort, Tragegefühl und Haltbarkeit werden in direkter Zusammenarbeit mit Läufern verschiedenster Leistungsniveaus getestet. So war unter anderem Marathon-Weltrekordhalter Patrick Makau Musyoki in die Entwicklung der Boost-Laufschuhe mit dem TPU-Partikelschaum eingebunden.

Die Boost-Technologie ist in diesen Tests im Vergleich zu überwiegend in der Industrie eingesetzten Dämpfungssystemen aus Ethylen-Vinylacetat (EVA) in vieler Hinsicht überlegen. Im Vergleich zu EVA zeigt der neue Werkstoff drei Mal höhere Temperaturresistenz im Deformationsverhalten – weniger Verhärtung in der Kälte und geringere Erweichung bei hohen Temperaturen. Die Haltbarkeit bei zyklisch dynamischer Belastung ist ebenfalls deutlich besser als die bei EVA-Dämpfungssystemen. Mit dem Energy-Boost-Laufschuh feierte Adidas eine der erfolgreichsten Markteinführungen eines Laufschuhs in der Geschichte des Unternehmens.

Einen weiteren spannenden Ansatz für eine optimierte Dämpfung zeigt Igus im Projekt Joint-Watch-R-Projekt mit einem Kunststoff-Gleitlager in der Sohle. Das Ziel des Projekts mit Studenten des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) war es, einen Laufschuh mit variabler Dämpfung für angemessene Belastung zu entwickeln, der sich nach Körpergewicht und Trainingszustand des Trägers sowie nach den Bodenverhältnissen ausrichtet. Das Dämpf-System misst durch Sensoren die einwirkenden Kräfte und erstellt ein Bewegungsprofil der Füße. Daraufhin kann die Federung in der Ferse über eine eigene Smartphone-App entsprechend härter oder weicher eingestellt werden.

Mehr Schuh-Grip für mehr Sicherheit

Für viele Sportler kommt noch der Aspekt der Rutsch-Sicherheit und damit des Sohlen-Grips hinzu. Gemeinsam mit Adidas verbesserten die Reifen-Experten von Continental in Hannover den perfekten Grip beim Sportschuh. Bereits in den vergangenen Jahren konnten die Traktions-Kautschuk-Mischungen von Continental in den Schuh-Sohlen der Marathon-Läufer wie Patrick Makai, Wilson Kipsang und Dennis Kimetto die Weltrekord-Leistungen unterstützen. Die Zusammenarbeit zwischen Continental und Adidas begann bereits 2007. Rund drei Jahre lang haben die beiden Unternehmen an dem Projekt und der optimalen Gummi-Mischung gearbeitet, ehe 2009 erstmals ein Prototyp in einem regulären Rennen zum Einsatz kam. Der ehemalige Marathon-Weltrekordhalter Haile Gebrselassie trug ihn beim Silvesterlauf in Trier. Auf nasser Strecke, die teilweise über Kopfsteinpflaster führte, siegte er souverän. Der entscheidende Faktor war seiner Aussage nach der extrem hohe Grip, den die Sohle gewährleistet hat. Doch auch wenn Reifen und Schuhsohlen die jeweils einzige Verbindung zur Straße sind und entsprechend alle Kräfte übertragen müssen, ist beim Laufen jeder Schritt ein einzelner Beschleunigungsvorgang – egal wie rund und ausgeglichen ein Laufstil auch sein mag. Je besser die Bodenhaftung ist, umso besser ist auch der Vortrieb. Gleichzeitig benötigt der Läufer aber auch eine gewisse rotative Freiheit, damit es nicht zu Verletzungen kommt. Inzwischen entstanden im Laufe der Zeit neben den Laufschuh-Sohlen auch Freizeit-Outdoor- und Bergschuhe mit Continental-Sohle sowie ein innovativer Snowboard-Schuh, der unter dem Namen Blauvelt vertrieben wird.
Ein weiterer bestimmender Faktor in der Schuhtechnik ist das Gewicht. Schuhe sollten besonders leicht sein und bei Skischuhen beispielsweise gleichzeitig sehr stabil.

Faserverstärkung bringt Stabilität

So sind die Hauptanforderungen an einen modernen Tourenskischuh hohe Funktionalität, gleichbleibende Eigenschaften bei tiefsten Temperaturen wie auf Frühlingsschnee, exzellente Wechselbiegefestigkeit, geringes Gewicht und nicht zuletzt ein ansprechendes Design. In der Schuhschale des Atomic Tourenskischuhs wurde Grilamid L 20A HL NZ von EMS Chemie verwendet. Der Einsatz der PA12-Spezialtype mit einer Dichte von nur 0,98 g/cm³ senkt das Gewicht im Marktvergleich. Zudem bietet der Werkstoff eine hohe Schlagzähigkeit bei Minusgraden, gute Fließeigenschaften und eine ansprechenden Ästhetik und Haptik. Das Produkt ist sehr witterungsbeständig und weist als Polyamid 12 eine geringe Feuchteaufnahme auf.

Im Wintersportbereich gewinnt auch das Thema Sicherheit und verletzungsfreies Skifahren immer mehr an Bedeutung. Dabei ist die Bindung nicht bloß Verbindungsstück zwischen Ski und Schuh, sondern der kritische Erfolgsfaktor für Sicherheit und Performance im Schnee. Das Unternehmen HTM Sport aus dem österreichischen Schwechat, bekannt durch den Markennamen Tyrolia, hat für ihre Skibindungen eine hochmoderne Fertigung entwickelt. Die Sicherheitsbauteile werden in engsten Toleranzen hergestellt. Dafür ist das Produktionsverfahren sowie der eingesetzte Rohstoff wichtig. Das Schwechater Unternehmen setzt für die Skibindungen das PA 6 Akromid B3 GF 45 mit 45 Prozent Glasfaserverstärkung von Akro-Plastic, Niederzissen ein. Dies ist ein hochsteifes Material mit guten Zähigkeiten, sowohl bei Raumtemperatur als auch bei Minusgraden, die auf der Skipiste gefordert sind. Neben den mechanischen Eigenschaften und guter Verarbeitbarkeit weisen die aus diesem Material gefertigten Bauteile eine hohe Oberflächenqualität auf. So kann  der Sportartikel-Hersteller auf den zusätzlichen Arbeitsschritt des finalen Lackierens verzichten.

Neben wichtigen Aspekten wie Komfort und Sicherheit beim Schuh, geht es mit dem zunehmenden Bewusstsein für Umweltschutz auch darum, was mit dem Schuh passiert, wenn er ausgedient hat. Auch hier engagiert sich das Unternehmen Adidas. Dafür berichtete der Sporthersteller im November 2016 auf der Biofabricate-Konferenz in New York vom ersten Schuh aus Biosteel-Fasern, der zu 100 Prozent biologisch abbaubar sei. Das Obermaterial des Futurecraft Biofabric Prototyp-Schuhs besteht aus einer naturbasierten und vollständig biologisch abbaubaren Hochleistungsfaser, entwickelt vom deutschen Biotechnologieunternehmen Amsilk. Die Bio-steel-Faser ist 15 Prozent leichter als herkömmliche Synthetikfasern und nach Angaben des Anbieters potenziell das stärkste, bislang verfüg-bare Naturmaterial.

Umweltschutz im Blick

Bereits im Jahr zuvor präsentierte der Sportartikel-Hersteller einen anderen Ansatz für mehr Nachhaltigkeit im Schuhgeschäft. Im Rahmen einer Veranstaltung von UN und Parley präsentierte Eric Liedtke, Vorstandsmitglied der Adidas Gruppe, verantwortlich für Global Brands, und Cyrill Gutsch, Parley for the Oceans Gründer, einen einzigartigen Prototypen-Schuh, dessen Obermaterial zu 100 Prozent aus Garnen und Fasern besteht, die aus recycelten und aufbereiteten Abfällen und illegalen Hochsee-Netzen aus den Ozeanen gefertigt wurden. Parley for the Oceans ist eine Organisation, die sich für den Schutz und Erhalt der Weltmeere einsetzt.

Jeder Fuß ist einzigartig

Kunststoff-Entwicklung bringen die Schuhtechnik voran, ob mit neuen Werkstoffen, neuer Sohlentechnik oder Ideen zum Recycling. Aktuell im Gespräch sind Sohlen und sogar ganze Schuhe aus dem 3D-Drucker. Die additive Fertigung birgt Chancen für individuell angepasste Sohlen und Schuhe aus neuen Werkstoffen. So wie der additiv gefertigte Laufschuh Nike Zoom Superfly Flyknit, der bei den Olympischen Sommerspielen 2016 in Rio zum Einsatz kam oder die Laufschuhe der Triple Black-Edition der Futurecraft-Reihe von Adidas, die vollständig mit einem 3D-Drucker hergestellt und passgenau für jeden Athleten individuell gefertigt werden können. Auch das Unternehmen Runners Service Lab, ein Schuhhändler aus Belgien, hat für die Produktion der Phits Einlegesohlen einen 3D-Drucker verwendet. Das sind nur einige Beispiele, die zeigen welchen Chancen additive Verfahren bieten.
In Zukunft bestellt vielleicht jeder seinen persönlich angepassten Schuh, für ein Laufgefühl fast wie barfuß. Doch Kunststoff bleibt dabei auf jedem Fall – im Schuh und am Fuß.

 

 

Dr. Etwina Gandert

Über den Autor

Dr. Etwina Gandert

ist Redakteurin Plastverarbeiter.

etwina.gandert@huethig.de