Im Sport achten die Verbraucher sehr auf Qualität und Marke. Und das Beispiel des Laufschuhs von Adidas, dessen besondere Eigenschaften auf dem E-TPU von BASF beruhen, zeigt, wie wichtig Technologie und Expertise für neue Entwicklungen im Sport ist. Das Chemieunternehmen entwickelte gemeinsam mit Adidas das expandierte Thermoplastische Polyurethan und dessen Verabeitungsverfahren für eine neue Zwischensohle im Laufschuh „Energy Boost“. Die Sohle ist aus insgesamt zirka 2.500 Schaumkügelchen zusammengesetzt und ihre Struktur bleibt von Außen sichtbar. Der Werkstoff und die Eigenschaften der verbackenen Schaumkugeln in der Sohle bieten im Vergleich zu dem üblicherweise eingesetzten Ethylenvinylacetat (EVA)-Schaum ein deutlich höheres Rückstellvermögen und mehr thermische Stabilität.

Materialkompetenz und Verarbeitungs-Know-how

In der Praxis bedeutet das für den Läufer eine komfortable Dämpfung kombiniert mit hoher Energie-Rückgewinnung. Eigenschaften, die sonst Gummi zugeordnet werden. Doch das E-TPU ist zudem erheblich leichter. Es trägt den Namen Infinergy. Zu dessen Herstellung wird das bewährte thermoplastische Polyurethan Elastollan im Stammwerk Ludwigshafen mit einem neuen Verfahren expandiert. Dabei bleiben die Vorteile von thermoplastischem Polyurethan (TPU) erhalten, gleichzeitig werden sie um typische Eigenschaften von Schaumstoffen ergänzt. Als Partikelschaum hat Infinergy ein geringes Schüttgewicht mit einer Dichte von rund 110 Kilogramm pro Kubikmeter sowie, nach der Verarbeitung auf handelsüblichen Formteil-automaten, ein Formteilgewicht zwischen 200 und 320 Kilogramm pro Kubikmeter.

Damit liegt der neue Schaumstoff zwischen dem im Allgemeinen leichteren expandierten Polystyrol (EPS) beziehungsweise Polypropylen (EPP) und den schwereren elastomeren Polyurethanschäumen. Aufgrund seiner geschlossenzelligen Struktur nimmt der Partikelschaum außerdem wenig Wasser auf – unter zwei Volumenprozent in 24 Stunden. Wie der Ausgangsstoff TPU zeichnet es sich darüber hinaus durch eine hohe Bruchdehnung (je nach Dichte zwischen 100 und 150 Prozent), Zugfestigkeit (rund 600 Kilopascal) und Abriebbeständigkeit sowie eine gute Chemikalienbeständigkeit aus.

Das Rückstellvermögen bleibt bei Hitze und Kälte erhalten
Das hohe Rückstellvermögen wird auch auf die geschlossenen Zellen des Schaums zurückgeführt. Das macht es zum derzeit elastischsten Partikelschaumstoff auf dem Markt. Bei der Prüfung der Rückprall-Elastizität nach ISO 8307 (Kugelrückpralltest) beziehungsweise nach DIN 53512 (mit definiertem Pendelhammer) zeigt sich, dass E-TPU eine Rücksprunghöhe von rund 55 Prozent erreicht. Sie liegt somit deutlich über anderen Partikelschaumstoffen wie EPS (unter 20 Prozent) oder EPP (30 Prozent).

Sein hohes Rückstellvermögen verliert das E-TPU auch nicht bei Dauerbelastung: Bei einem Dauerschwingversuch mit dynamischen Belastungen von fünf Zyklen pro Sekunde und 250 Kilopascal konstantem Druck schneidet das Material im Vergleich zu EPE um rund 75 Prozent besser ab. Nach 40.000 Belastungszyklen verfügt E-TPU noch über eine Prüfkörperdicke von 37 Millimetern (Ausgangswert: 40 Millimeter), EPE hingegen bleibt dauerhaft gestaucht und die Dicke des Prüfkörpers reduziert sich auf rund neun Millimeter. Infinergy gibt die zugeführte Energie also weiterhin beinahe vollständig zurück.

Außerdem bleibt Infinergy – anders als andere Schäume – auch über eine weite Temperaturspanne hochelastisch und weich: So zeigt sich bei einer dynamisch-mechanischen Analyse, dass Infinergy auch bei extremen Temperaturen von minus 20 Grad Celsius noch eine hohe Elastizität und Weichheit besitzt und sich nicht versteift.

Vielfältige Verarbeitung – vielfältige Anwendungsgebiete

Infinergy kann mit Hilfe des Crackspaltverfahrens und des Druckfüllverfahrens auf den gleichen Formteilautomaten wie expandiertes Polypropylen (EPP) verarbeitet werden. Dabei werden die vorgeschäumten Partikel unter Zufuhr von heißem Dampf in mehreren Schritten aneinander gepresst und miteinander verschweißt. Zusätzlich gibt es aufgrund der guten Haftung von Polyurethanbindern an Infinergy weitere Verarbeitungsarten wie das Verkleben und Einschäumen der Partikel. Dieses Verfahren erlaubt eine großflächige Verarbeitung.

Infinergy kann überall dort zum Einsatz kommen, wo Kunden die Kombination von geringem Gewicht, außerordentlichen mechanischen Eigenschaften und einer hohen Dauerbelastbarkeit in einem breiten Temperaturbereich verlangen – im Sportbereich oder bei technischen Anwendungen in der Logistik. Mögliche Anwendungen sind zum Beispiel Sportböden, Fahrradschläuche oder Polsterungen. Daneben könnte Infinergy auch Gummi als Dämpfungselement ersetzen, wo ein Material mit geringem Gewicht gefragt ist.

Energie und Komfort für den Läufer

Im Gespräch mit Läufern wird immer wieder der Wunsch nach „guter Dämpfung“ beziehungsweise „Cushioning“ geäußert. Diese Funktion erfüllt beim Laufschuh die Zwischensohle: Sie nimmt die vom Läufer generierte kinetische Energie während der Landephase innerhalb weniger Millisekunden auf – und gibt sie während der Abdruckphase teilweise wieder an den Läufer zurück. Hohe Elastizität und Deformationsfähigkeit des eingesetzten Materials steigern dabei die Effizienz. Bisher standen Läufer allerdings vor der Wahl, entweder harte, elastische Wettkampfschuhe oder aber sehr weiche, stark dämpfende Trainingslaufschuhe zu tragen. In weniger als drei Jahren ist es Adidas und BASF gemeinsam gelungen, diesen Zielkonflikt zu lösen. In enger Zusammenarbeit entwickelten die beiden Unternehmen die Adidas BOOSTTM-Technologie als weltweit erste Anwendung des Infinergy-Materials.

Die hervorragenden Laufeigenschaften der neuen Energy Boost-Laufschuhe resultieren vor allem aus der Kombination von Weichheit und sehr hoher Elastizität der Zwischensohle. Bei den Materialtests im Adidas-Labor werden die beim Laufen auftretenden Kräfte und Deformationen mit Hilfe 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 in die Entwicklung der Boost-Laufschuhe eingebunden.

Die Boost-Technologie ist in diesen Tests im Vergleich zu überwiegend in der Industrie eingesetzten Dämpfungssystemen aus EVA in vieler Hinsicht überlegen. Keine am Markt erhältliche Zwischensohle erzeugt mehr Rebound (Energierückstellung). Im Vergleich zu EVA zeigt Boost 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. Nahezu alle Tester von Energy Boost-Laufschuhen betonen aber vor allem das ganz besondere Laufgefühl, das der Schuh erzeugt. Die Testläufer bei Adidas empfanden es als neuartig und lebendig.

High-Tech überzeugt in der Praxis

In Deutschland gibt es etwa zehn Millionen Läufer, die 2011 etwa sechs Millionen Paar Laufschuhe für rund 400 Millionen Euro gekauft haben. Mit dem Energy Boost feierte Adidas eine der erfolgreichsten Markteinführungen eines Laufschuhs in der Geschichte des Unternehmens. Seit Februar verkaufte Adidas weltweit rund eine Viertel Million der innovativen Schuhe. Die Sportfachpresse ist von dem Produkt überzeugt: So wurde der Schuh von der wichtigsten Laufzeitschrift der Welt, Runner’s World, zum „Best Debut“ gekürt: „Der Energy Boost ist das Beste, was die Laufschuh-industrie zu bieten hat. Seine Leistung war besser als alle anderen fast 800 Schuhe, die wir getestet haben“, schreibt Runner’s World. Der Spitzen-Athlet Dennis Kimetto lief beim Tokyo-Marathon in Boost-Schuhen einen neuen Streckenrekord.

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Über den Autor

Dr. Etwina Gandert ist Redakteurin bei Plastverarbeiter, etwina.gandert@huethig.de