[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Laufflächen von Wintersportgeräten,
wie etwa Schiern oder Snowboards, bei dem ein Belagrohling einem Bearbeitungsvorgang
unterworfen wird, um eine vorbestimmte Oberflächen-Mikrostruktur zu erhalten, die
die Gleitfähigkeit verbessert.
[0002] Das Gleiten eines Wintersportgerätes, wie etwa eines Schis auf Schnee, stellt einen
Reibungsfall besonderer Art dar. Dies hat seinen Grund darin, dass die einzelnen Reibpartner,
wie Belag, Schnee und dazwischenliegender Wasserfilm schwer definierbar sind und die
geometrischen Verhältnisse schwierig zu beschreiben und veränderlich sind. Es ist
bekannt, dass der Reibungswiderstand unter Verhältnissen, wie sie etwa bei Schiern,
aber auch unter anderen Umständen, wie etwa bei Booten oder Flugzeugen vorliegen,
unter Umständen durch gezieltes Aufrauen der Oberfläche des betreffenden Gegenstandes
günstig beeinflusst werden kann. Ein Grund für die verbesserten Gleiteigenschaften
von rauen Oberflächen der Beläge bzw. Laufflächen von Schiern liegt in der Tatsache,
dass Saugeffekte bei höheren Geschwindigkeiten verringert bzw. vermieden werden.
[0003] Als Material für die Herstellung von Schibelägen hat sich weitestgehend Polyethylen
durchgesetzt. Besondere Vorteile von Polyethylen, insbesondere mit mittlerer und hoher
Molmasse liegen im guten Verschleiß- und Gleitverhalten hoher Zähigkeit und gleichzeitig
hervorragender Chemikalienbeständigkeit. Diese Vorteile, insbesondere die Abriebfestigkeit,
steigen mit zunehmender Molmasse an, so dass insbesondere für kritische Anwendungsfälle,
wie etwa den Rennsport, ultrahochmolekulares Polyethylen mit einer Molmasse von mehreren
Millionen verwendet wird. Die Herstellung und Bearbeitung von Belägen aus ultrahochmolekularem
Polyethylen ist jedoch schwierig, da dieses Material nicht extrudierbar und äußerst
schwer verformbar ist.
[0004] In der Praxis werden die zur Verbesserung der Gleiteigenschaften erforderlichen Oberflächenstrukturen
zumeist durch Schleifvorgänge aufgebracht, was jedoch mit verschiedenen Nachteilen
behaftet ist. Zum einen ist es aufgrund von unvermeidlichen Dickentoleranzen bei der
Belagherstellung kaum möglich, eine gleichmäßige Oberflächenrauigkeit zu erzielen,
da die Dickentoleranzen größer sind als die Tiefe der herzustellenden Struktur. Auf
diese Weise ist es unvermeidlich, dass die Oberflächeneigenschaften, wie die Rautiefe,
von den jeweils lokal vorliegenden Dickenschwankungen des Belagrohlings abhängen und
somit ungleichmäßig und nicht reproduzierbar sind. Ein weiterer Nachteil von Schleifverfahren
besteht darin, dass durch die unvermeidliche lokale Erwärmung der Belagoberfläche
unerwünschte chemische Veränderungen auftreten, die die Gleiteigenschaften verschlechtern.
Darüber hinaus kann es zu chemischen Wechselwirkungen zwischen dem Schleifmaterial
und dem Material des Belages kommen, was eine weitere Beeinträchtigung darstellt.
[0005] Aus der
WO 03/061783 ist es bekannt, dass die Strukturierung eines Schibelags in eine Makrostruktur und
eine Mikrostruktur unterteilt werden kann. Als Makrostruktur werden Strukturen mit
einer Tiefe > 20 µm bezeichnet. Bei den Mikrostrukturen handelt es sich um kleinere
Strukturen. In dieser Druckschrift wird zutreffend festgestellt, dass in der Praxis
die Strukturierung durch Schleifen der Oberfläche hergestellt wird, wie dies oben
beschrieben ist, wobei jedoch nur die Makrostruktur reproduzierbar hergestellt werden
kann. Insbesondere ist die Mikrostruktur von einer Vielzahl von nicht direkt beeinflussbaren
Parametern abhängig, so dass sich auch unter identischen Produktionsbedingungen große
Unterschiede im Gleitverhalten ergeben. Um diese Nachteile zu vermeiden wird in der
WO 03/061783 vorgeschlagen, einen Belag durch ein Prägeverfahren zu strukturieren, bei dem eine
Prägewalze über den Belag abrollen gelassen wird, um eine Mikrostruktur herzustellen.
[0006] Solche Prägeverfahren stoßen jedoch mit zunehmender Molmasse des Materials des Belages
auf zunehmende Schwierigkeiten, da eine plastische Verformung aufgrund der verringerten
Fließeigenschaften nur mehr sehr eingeschränkt möglich ist. Daneben treten die bereits
oben beschriebenen Ungleichmäßigkeiten zufolge der Dickentoleranz auf, da der lokale
Druck des Prägewerkzeuges auf die Belagoberfläche sehr stark durch die Dickenschwankungen
des Belages selbst beeinflusst wird. Aufgrund dieser Tatsachen ist es insbesondere
bei hochmolekularen Belägen auch mit einem solchen Verfahren kaum möglich, reproduzierbare
Oberflächenstrukturen herzustellen. Ein solches Prägeverfahren ist auch in der
DE 102 43 310 A offenbart. Darüber hinaus beschreibt die
EP 1 415 686 A ein modifiziertes Prägeverfahren, das die obigen Nachteile jedoch auch nicht beseitigen
kann.
[0007] Die
DE 40 13 901 A beschreibt ein Verfahren zur Profilierung der Laufflächen von Tourenschiern. Dabei
werden primär im Bereich der Bindung schuppenförmige Strukturen hergestellt, die das
Steigverhalten verbessern sollen. Solche Strukturen müssen typische Größenordnungen
aufweisen, die oberhalb der Makrostrukturen liegen, wie sie oben beschrieben sind.
Dabei wird ein Bearbeitungswerkzeug in gleitender Bewegung über die Lauffläche geführt.
Es ist jedoch nicht bekannt, ein solches oder ein ähnliches Verfahren zur Herstellung
von Mikrostrukturen zu verwenden.
[0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem die obigen
Nachteile vermieden werden und mit dem es möglich ist, eine genau definierte und reproduzierbare
Oberflächenstruktur eines Belages für ein Wintersportgerät herzustellen. Dabei sollen
möglichst große Freiheitsgrade bei der geometrischen Ausbildung der Oberflächenstruktur
möglich sein. Das Verfahren soll weiterhin keine Beeinfluss der chemischen Zusammensetzung
und Eigenschaften verursachen.
[0009] Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wintersportgerät mit
einer Lauffläche anzugeben, die aufgrund ihrer Oberflächenstruktur optimale Gleiteigenschaften
aufweist. Darüber hinaus soll eine Vorrichtung zur Herstellung eines solchen Belages
angegeben werden.
[0010] Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet
ist, dass der Bearbeitungsvorgang zur Herstellung der Oberflächen-Mikrostruktur eine
plastische Verformung durch ein Werkzeug umfasst, das über eine Lauffläche des Belagrohlings
bewegt wird und mit einer vorbestimmten Kraft auf den Belagrohling gedrückt wird,
um diesen plastisch zu verformen. Als Mikrostruktur werden Vertiefungen oder Erhöhungen
mit einer typischen Höhenabmessung von weniger als 0,02 mm bezeichnet. Es hat sich
herausgestellt, dass durch eine plastische Verformung, die durch eine Relativbewegung
des Werkzeuges in Bezug auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Belages bzw. Belagrohling
herbeigeführt wird, eine Oberflächenstruktur geschaffen werden kann, die durch eine
lokale Materialverdrängung charakterisiert ist. Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden
Erfindung besteht darin, dass die Herstellung der Oberflächenstruktur kraftgesteuert
ist, das heißt, dass die Kraft, mit der ein Werkzeug auf die Lauffläche gedrückt wird,
weitgehend unabhängig von lokalen Dickenschwankungen aufgrund von Produktionstoleranzen
oder dergleichen ist. Auf diese Weise können die oben beschriebenen Nachteile vermieden
werden und es wird insbesondere eine gleichmäßige und völlig reproduzierbare Oberflächenstruktur
ohne Verschlechterung der chemischen Eigenschaften erreicht.
[0011] Eine besonders begünstigte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht
vor, dass bei der Verformung des Belagrohlings mindestens eine Werkzeugspitze in gleitender
Bewegung über die Lauffläche des Belagrohlings geführt wird. Ein solches Verfahren
wird in anderem Zusammenhang als guillochieren bezeichnet. Dabei handelt es sich um
ein Gravierverfahren, das aus der Metallbearbeitung stammt und vor längerer Zeit zur
Herstellung von hochwertigen Uhren eingesetzt worden ist. Besonders bevorzugt wird
ein Diamantkonus für ein solches Verfahren verwendet, da aufgrund der großen Härte
eine extreme Abriebfestigkeit gegeben ist und durch das inerte Material keine chemischen
Beeinflussungen der Oberfläche zu befürchten sind.
[0012] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Werkzeugspitze einen Radius von etwa 0,02
mm aufweist. Auf diese Weise können Mikrostrukturen optimaler Größenordnung hergestellt
werden.
[0013] Besonders günstige Gleiteigenschaften werden erzielt, wenn das Werkzeug zumindest
abschnittsweise in einem vorbestimmten Winkel zur Längsrichtung des Belagrohlings
bewegt wird. Wenn es sich um einen rechten Winkel handelt, verlaufen die hergestellten
Rillen quer zur Fahrtrichtung, was bei bestimmten Schneeverhältnissen Vorteile bietet.
Es ist aber auch möglich, Wellenmuster vorzusehen, wobei beide Ausführungsvariante
Vorteile gegenüber der bekannten und weitgehend verfahrensbedingten Anordnung von
Längsrillen auf der Belagoberfläche aufweisen.
[0014] Eine besonders vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch
gekennzeichnet, dass der die plastische Verformung umfassende Bearbeitungsvorgang
auf dem Belagrohling vor dem Aufbringen auf das Wintersportgerät erfolgt. Eine solche
Verfahrensführung beinhaltet mehrere Vorteile. Zum einen kann auf einer planen Unterlage
gearbeitet werden, die nicht wie ein zusammengebauter Schi in Längsrichtung gekrümmt
und vorgespannt ist. Ein weiterer Vorteil dieser Verfahrensvariante besteht darin,
dass bei der Bearbeitung der Belages keine Rücksicht auf Stahlkanten genommen werden
muss. Vor oder nach der Bearbeitung wird der Belagrohling exakt zurechtgeschnitten
und in die Ausnehmung zwischen den Stahlkanten passgenau eingebracht. Vorzugsweise
erfolgt die Bearbeitung auf einem Koordinatentisch, das ist ein Arbeitsgerät, bei
dem ein Werkzeug wie bei einem Plotter in Längs- und Querrichtung über das Werkstück
bewegt werden kann.
[0015] Die vorliegende Erfindung betrifft weiters ein Wintersportgerät mit einer Lauffläche,
vorzugsweise aus Polyethylen, deren Lauffläche eine vorbestimmte Struktur aufweist.
[0016] Erfindungsgemäß ist ein solches Wintersportgerät dadurch gekennzeichnet, dass die
Struktur durch plastische Verformung hergestellt ist. Es hat sich herausgestellt,
dass solche Wintersportgeräte insbesondere in kritischen Anwendungen, wie etwa im
Rennsport, also bei sehr hohen Geschwindigkeiten, und bei Verwendung hochqualitativen
Materialien, wie ultrahochmolekularem Polyethylen besondere Vorteile aufweisen.
[0017] Besonders günstig für die Gleiteigenschaften ist es in diesem Zusammenhang, wenn
die Struktur als Rillenstruktur mit gleichmäßiger Tiefe ausgebildet ist. Dabei hat
es sich weiters als günstig herausgestellt, wenn die Oberflächenstruktur aus vorbestimmten
geometrischen Mustern zusammengesetzt ist. Chemische Veränderungen der Belagoberfläche
können dadurch vermieden werden, dass die Oberflächenstruktur durch spanlose Bearbeitung
hergestellt ist.
[0018] Im Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Belägen von
Wintersportgeräten mit einer Werkzeugführung zur Führung eines Werkzeuges, das eine
vorbestimmte Oberflächenstruktur auf der Lauffläche des Belages aufbringt. Gemäß der
erfindungsgemäßen Ausbildung ist eine solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass
das Werkzeug zur plastischen Verformung der Lauffläche ausgebildet ist und mit einer
vorbestimmten Kraft auf die Lauffläche des Belagrohlings pressbar ist.
[0019] Die Bearbeitungsleistung kann in besonders begünstigter Weise dadurch verbessert
werden, dass an der Werkzeugführung mehrere Werkzeuge zur gleichzeitigen Bearbeitung
der Lauffläche des Belagrohlings vorgesehen sind. Auf diese Weise ist es beispielsweise
möglich, einen Schibelag ähnlich wie bei herkömmlichen Verfahren gleichzeitig über
seine gesamte Breite zu bearbeiten, ohne die oben beschriebenen Vorteile aufzugeben.
Besonders günstig ist es in diesem Zusammenhang, wenn die einzelnen Werkzeuge unabhängig
voneinander federnd gelagert sind. Dadurch wird gewährleistet, dass sich jedes einzelne
Werkzeug den jeweils vorliegenden lokalen Dickenschwankungen optimal anpassen kann.
Alternativ dazu sind jedoch auch andere Lösungen, wie etwa eine hydraulische Lagerung
der einzelnen Werkzeugen möglich. Eine optimale Anpassung der Oberflächenstruktur
auf die jeweils geforderten Gleit- und Fahreigenschaften des Wintersportgerätes kann
in besonders bevorzugter Weise dadurch erfolgen, dass die Werkzeugführung eine Steuerung
zur Herstellung vorbestimmter Muster auf der Lauffläche des Belagrohlings aufweist.
[0020] In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- schematisch ein Detail eines einzelnen Werkzeuges in einer Ansicht;
- Fig. 2
- eine alternative Ausführungsvariante eines Werkzeuges im Schnitt;
- Fig. 3
- einen Schnitt nach Linie III-III von Fig. 2;
- Fig. 4
- ein Vielfachwerkzeug;
- Fig. 5
- bis Fig. 8 verschiedene Ausführungsvarianten der Bearbeitung des Belages; und
- Fig. 9
- ein Detail von Fig. 1.
[0021] Bei dem Werkzeug von Fig. 1 handelt es sich um einen Gravierdiamanten 5 mit einem
Schaftdurchmesser D von beispielsweise 3 mm, einem Konuswinkel α von 60° und einem
Radius R der Diamantspitze 1 von 0,02 mm. Der Belagrohling ist mit 20 angedeutet.
[0022] Fig. 2 zeigt ein Schneidrad 5a, das aus einem zylindrischen Hauptkörper und einer
einem umlaufenden Vorsprung 3 besteht. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass dieser Vorsprung
3 Unterbrechungen 4 aufweist, die entlang des Umfanges verteilt sind.
[0023] Fig. 4 zeigt ein Mehrfachwerkzeug, bei dem nebeneinander mehrere Diamantstifte 5
in Längsrichtung verschiebbar und jeweils durch eine Feder 6 vorgespannt sind. Hinter
den Stiften 5 der ersten Reihe sind auf Lücke weitere Stifte angeordnet, um eine größere
Rillendichte erzeugen zu können.
[0024] Die Fig. 5 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Schis 7 mit übertriebener Taillierung.
Die Stahlkanten 8 begrenzen die Lauffläche 9. Eine Vielzahl von Rillen 11 ist in einem
Winkel β zur Längsachse 10a angeordnet, welcher Winkel β im gegebenen Beispiel etwa
45° beträgt.
[0025] Bei der Ausführungsvariante von Fig. 6 sind die Rillen 11 im Wesentlichen in Längsrichtung
angeordnet und wellenförmig ausgeführt. Die Ausführungsvariante von Fig. 7 entspricht
im Wesentlichen der von Fig. 5 mit dem Unterschied, dass die Rillen 11 quer zur Längsachse
10a angeordnet sind.
[0026] Bei der Ausführungsvariante von Fig. 8 liegen die Rillen 11 in der Form von dreieckigen
Strukturen vor, die auf Lücken über den Belag 9 verteilt angeordnet sind.
[0027] Fig. 9 zeigt die Oberflächenstruktur von Fig. 1 im Detail. Eine Vertiefung 31 ist
von zwei Erhebungen 30 begrenzt, die durch Materialverdrängung erzeugt sind. Die vertikale
Abmessung der Vertiefung 31 ist mit h
1 bezeichnet und beträgt beispielsweise 0,015 mm. Die vertikale Abmessung der Erhebungen
31 ist mit h
2 bezeichnet und beträgt etwa 0,01 mm. Somit beträgt die Gesamthöhe H etwa 0,025 mm.
Da sowohl h
1 als auch h
2 kleiner sind als 0,02 mm handelt es sich hier um eine Mikrostruktur im Sinne der
Erfindung.
1. Verfahren zur Bearbeitung von Laufflächen (9) von Wintersportgeräten, wie etwa Schiern
oder Snowboards, bei dem ein Belagrohling (20) einem Bearbeitungsvorgang unterworfen
wird, um eine vorbestimmte Oberflächen-Mikrostruktur zu erhalten, die die Gleitfähigkeit
verbessert, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungsvorgang zur Herstellung der Oberflächen-Mikrostruktur eine plastische
Verformung durch ein Werkzeug (5, 5a) umfasst, das über eine Lauffläche (9) des Belagrohlings
(20) bewegt wird und mit einer vorbestimmten Kraft auf den Belagrohling (20) gedrückt
wird, um diesen plastisch zu verformen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verformung des Belagrohlings (20) mindestens eine Werkzeugspitze (1) in gleitender
Bewegung über die Lauffläche (9) des Belagrohlings (20) geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspitze als Diamantkonus (1) ausgebildet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspitze einen Radius von etwa 0,02 mm aufweist und dass die Anpresskraft
vorzugsweise so gewählt wird, dass die Eindringtiefe der Werkzeugspitze kleiner ist
als 0,02 mm.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungsvorgang mittels eines Werkzeuges (5, 5a) durchgeführt wird, das federnd
gelagert ist und auf diese Weise auf die Lauffläche (9) des Belagrohlings (20) gedrückt
wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (5, 5a) zumindest abschnittsweise in einem vorbestimmten Winkel (β)
zur Längsachse des Belagrohlings (20) bewegt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (5, 5a) in wellenförmigen Bewegungen über den Belagrohling (20) geführt
wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der die plastische Verformung umfassende Bearbeitungsvorgang auf dem Belagrohling
(20) vor dem Aufbringen der Lauffläche (9) auf das Wintersportgerät erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der die plastische Verformung umfassende Bearbeitungsvorgang auf einem Koordinatentisch
durchgeführt wird.
10. Wintersportgerät mit einer Lauffläche (9), vorzugsweise aus Polyethylen, deren Oberfläche
eine vorbestimmte Struktur aufweist, die eine Oberflächen-Mikrostruktur umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen-Mikrostruktur durch plastische Verformung der Lauffläche (9) hergestellt
ist.
11. Wintersportgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur als Rillenstruktur mit gleichmäßiger Tiefe ausgebildet ist.
12. Wintersportgerät nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur aus vorbestimmten geometrischen Mustern zusammengesetzt ist.
13. Wintersportgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur Rillen (11) aufweist, die in einem vorbestimmten Winkel (β)
zur Längsrichtung der Lauffläche (9) angeordnet sind.
14. Wintersportgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur Rillen (11) aufweist, die senkrecht zur Längsrichtung der
Lauffläche (9) angeordnet sind.
15. Wintersportgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur Rillen (11) aufweist, die wellenförmig ausgebildet sind.
16. Wintersportgerät nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur durch spanlose Bearbeitung hergestellt ist.
17. Vorrichtung zur Herstellung von Belägen von Wintersportgeräten mit einer Werkzeugführung
zur Führung eines Werkzeuges, das eine vorbestimmte Oberflächenstruktur auf der Lauffläche
(9) des Belages aufbringt, die eine Oberflächen-Mikrostruktur umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (5, 5a) zur Herstellung der Oberflächen-Mikrostruktur dazu ausgebildet
ist, eine plastischen Verformung der Lauffläche (9) zu bewirken und mit einer vorbestimmten
Kraft auf die Lauffläche (9) des Belagrohlings (20) pressbar ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug eine Werkzeugspitze (1) zur Herstellung einer Rille (11) mit einem vorbestimmten
Profil aufweist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspitze (1) aus Diamant hergestellt ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspitze einen Radius von etwa 0,02 mm aufweist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspitze einen Konuswinkel α von etwa 60° aufweist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (5, 5a) in der Werkzeugführung federnd gelagert ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass an der Werkzeugführung mehrere Werkzeuge (5) zur gleichzeitigen Bearbeitung der Lauffläche
(9) des Belagrohlings (20) vorgesehen sind.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Werkzeuge (5) unabhängig voneinander federnd gelagert sind.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugführung eine Steuerung zur Herstellung vorbestimmter Muster auf der Lauffläche
(9) des Belagrohlings (20) aufweist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein Koordinatentisch zur Bewegung des Werkzeuges (5) vorgesehen ist.