Die Erfindung betrifft eine Wärmeregulierungsschicht in der Verbundstruktur eines Gleitbretts (Ski, Snowboard). Diese Wärmeregulierungsschicht ist zwischen der Belagsschicht und der oder den oberen Schichten angeordnet. Das Ziel der Erfindung besteht in der Regulierung der Temperatur der Laufoberfläche der Belagsschicht und damit in der Verbesserung der Gleiteigenschaften und Reduzierung von Materialverschleiß. Dieses Ziel wird erreicht durch die Integration von Phasenwechselmaterialien und Wärmeleitfähigkeitsadditiven in die Wärmeregulierungsschicht. Der Gleitvorgang zwischen der Ski-Lauffläche und dem Schnee ist ein komplexer Vorgang. Es ist bekannt, dass aufgrund der beim Gleitvorgang entstehenden Reibungswärme Schneekristalle lokal schmelzen und sich ein Wasserfilm zwischen Lauffläche und Schneeoberfläche bilden kann. Ein solcher Wasserfilm wirkt gleitfördernd, kann jedoch bei höheren Geschwindigkeiten und damit höherer Reibungswärme auch zu einem unerwünschten "Saugeffekt" führen, der die Gleitgeschwindigkeit negativ beeinflusst. Ziel der Erfindung besteht in der Regulierung der Temperatur der Laufoberfläche der Belagsschicht.

Es ist bekannt, dass durch die Beimischung von Additiven mit hoher Wärmeleitfähigkeit in den Skibelag die Gleitgeschwindigkeit positiv beeinflusst werden kann.

Bei mittelkalten Schneebedingungen und variierenden Gleitgeschwindigkeiten kann aber durch eine erhöhte thermische Leitfähigkeit des Belags zu viel Reibungswärme durch den Belag abgeleitet werden, die Temperatur der Lauffläche bleibt niedrig und es schmelzen nur eine ungenügende Anzahl von Schneekristallen.

In der EP 538 185 ist ein Skibelag aus gesintertem PE beschrieben, der zur Verbesserung der Gleiteigenschaften Additive mit erhöhter thermischer Leitfähigkeit und zusätzlich Zuschlagstoffe enthält, die eine Schmelztemperatur im Bereich zwischen -20 °C und +10 °C aufweisen. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass die Zuschlagstoffe an der Laufflächenoberfläche anhaften und durch die Reibung auf den Schneekristallen während des Gebrauchs abgetragen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Temperatur der Laufoberfläche so zu regulieren, dass einerseits bei höheren Schneetemperaturen (z.B. von 0 bis -8 °C) eine gute thermische Leitfähigkeit erreicht und dementsprechend der "Saugeffekt" vermieden wird, und andererseits insbesondere in der Startphase und bei mittelkalten Schneebedingungen (etwa -8 °C bis -20 °C) die in diesem Bereich gewünschte Erzeugung eines Wasserfilms gewährleistet wird. Auch soll bei hohen Temperaturen an der Laufoberfläche und an den Kanten, die durch die Reibung auf den Schneekristallen entsteht, ein Großteil dieser Wärme weggeführt und insbesondere an den Kanten eine Schädigung des Materials verhindert werden. Zudem soll diese Wirkung auch nach längerer Gebrauchszeit noch gewährleistet sein. Additive müssen so eingebracht sein, dass weiterhin die mechanische Funktion des Skis gegeben ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in erster Linie gemäß dem Kennzeichen der Patentansprüche gelöst.

Genutzt wird die Tatsache, dass moderne Gleitbretter eine Verbundstruktur aufweisen und aus mehreren Schichten bestehen. Dabei umfasst die Verbundstruktur im Sinne dieser Erfindung eine oder mehrere obere Schichten (1), die Wärmeregulierungsschicht (2) enthaltend Phasenwechselmaterialien und Wärmeleitfähigkeitsadditive und den Belag, d.h. die Laufoberfläche (3). Die Wärmeregulierungsschicht (2) befindet sich zwischen Belag (3) und der oder den oberen Schichten (1). Es handelt sich bei der Wärmeregulierungsschicht also um eine laufflächennahe Schicht. Bevorzugt zeichnet sich auch die Belagsschicht (3) durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aus. Dies wird erreicht durch den Zusatz von Additiven mit hoher Wärmeleitfähigkeit oder die Verwendung von Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Da auch ie Wärmeregulierungsschicht über eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit verfügt, wird erfindungsgemäß generell die Leitung von Reibungswärme an die Oberfläche beziehungsweise von der Laufoberfläche in die Wärmeregulierungsschicht (3) verbessert. Zusätzlich wird jedoch durch die Beimengung eines Additivs, das bei einem oder mehreren vorbekannten Punkten aus der festen in die flüssige Phase übergeht und dabei Wärmeenergie aufnimmt bzw. bei Erstarrung Wärme abgibt, gewährleistet, dass die derart gespeicherte Phasenumwandlungsenergie an der Laufoberfläche abgegeben wird, sobald die Oberflächentemperatur der Lauffläche unter den Schmelzpunkt des Additivs absinkt. Umgekehrt wird durch diese Phasenwechselmaterialien (PCM) überschüssige Wärme von der Laufoberfläche oder den Kanten aufgenommen und über die Wärmeleitfähigkeitsadditive in diese Richtung transportiert. Auf diese Weise werden die thermischen Eigenschaften der Laufoberfläche derart beeinflussbar, dass sie sich praktisch beliebig an die gewünschten Eigenschaften eines Gleitbretts anpassen lassen. Das thermische Verhalten eines Gleitbretts kann im Sinne dieser Erfindung durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden.

Die Wärmeregulierungsschicht in der Verbundstruktur nahe der Laufoberfläche wird mit PCM und Wärmeleitfähigkeitsadditiven angereichert. Phasenwechselmaterialien im Sinne dieser Erfindung sind bevorzugt Compounds aus Phasenwechselmaterial in einer Kunststoffmatrix. Prinzipiell eignen sich auch gekapselte oder geträgerte Phasenwechselmaterialien oder auch reine Phasenwechselmaterialien in Rohform oder in reiner Form.

Für die Aufnahme von "Überschusswärme" u.a. im Kantenbereich ist der Einsatz von PCM vorteilhaft, die einen Phasenwechsel im Bereich von +20 bis +85 °C aufweisen.

Für die "Beheizung" der Laufoberfläche sind PCM vorteilhaft, die einen Phasenwechsel im Bereich von 0 bis +60 °C aufweisen.

Die PCM-Anteile in der Matrix der PCM-haltigen Wärmeregulierungsschicht liegen zwischen 30 und 85 Gew. %, bezogen auf das Gewicht dieser Schicht.

Der Anteil der Wärmeleitfähigkeitsadditive kann sich in einem Bereich von 10 bis 40 Gew.-% bewegen, bezogen auf das Gewicht der Schicht. Sie sind nicht nur in der PCM-haltigen Wärmeregulierungsschicht (3) enthalten sondern auch in der Laufoberfläche oder gegebenenfalls auch in Schichten zwischen der Laufoberfläche und der Wärmeregulierungsschicht (3), die sich aber in jedem Fall in der Nähe der Laufoberfläche befindet.

Als Phasenwechselmaterialien mit tieferem Schmelzpunkt sind geeignet:

• Kohlenwasserstoffverbindungen mit 12 bis 28 C-Atomen und Schmelzpunkten zwischen 0 und 60 °C; noch mehr C-Atome führen zu noch höheren Schmelzpunkten bis zu 100 °C;
• Es können verschiedene Phasenwechselmaterialien eingesetzt werden, die unterschiedliche Schmelzpunkte aufweisen. In einer Ausführungsform werden diese Phasenwechselmaterialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten nicht gemischt, sondern vorteilhaft über die Lauffläche und Randzonen verteilt. So ist es günstig, im mittleren Bereich der Laufoberfläche Phasenwechselmaterialien konzentriert zu haben, die insbesondere beim Start oder auch nach einer Ruhephase, wie zum Beispiel dem Schießen beim Biathlon oder beim Start auf der Sprungschanze oder beim Start zum Abfahrtslauf Wärme abgeben, also einen niedrigen Schmelzpunkt haben (z.B. 0 °C bis + 20 °C). In einer besonderen, bevorzugten Ausführungsform sind an den kantennahen Zonen Phasenwechselmaterialien mit hohem Schmelzpunkt konzentriert. Diese Phasenwechselmaterialien haben einen Schmelzpunkt im Bereich von 20 bis 85 °C und leiten die überschüssige Wärme an den Kanten ab, so dass das Material an den Kanten nicht geschädigt wird. Da die Kanten meist aus Metall sind, ist es hier nicht notwendig, zusätzliche Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit einzusetzen. Solche Materialien sind notwendig in den Schichten, die die Phasenwechselmaterialien enthalten und in der Laufoberfläche (Belag) beziehungsweise in Schichten oder Bereichen zwischen Laufoberfläche oder Kanten und den Phasenwechselmaterial-haltigen Schichten. Als Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit kann Kohlenstoff in Form von Ruß, Grafit, Carbon Nanotubes oder Carbonfasern oder auch Metalle in Form von Metallfasern, Metallpulver oder Metallfolien eingesetzt werden. Es können auch verschiedene Leitfähigkeitsadditive, auch in unterschiedlichen Konzentrationen und/oder Verteilungsdichten gleichzeitig eingesetzt werden und/oder die Additive sind unterschiedlich über die Schichten verteilt.

Die Phasenwechselmaterialien können verkapselt sein, bevorzugt werden sie in nicht verkapselter Form als Pulver, Granulate, Körner, Folien/Platten oder Gussmasse eingebracht. Sie können direkt während der Herstellung der Laufoberflächen-nahen Schicht eingebunden werden oder nachträglich in Poren oder Kanäle in die Schichten eingebracht werden, oder sie werden auf die Oberfläche der Laufflächen- oder Kanten-nahen Schicht aufgestreut und während des Laminierens oder Verpressens in die Konstruktion eingebunden.

Bild 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Verbundstruktur eines Gleitbretts, unterteilt in eine obere Schicht (1), die aus mehreren einzelnen Schichten bestehen kann, eine Schicht (2), die die Phasenwechselmaterialien (PCM) enthält, sowie eine untere Schicht (3), die im Allgemeinen als Belag ausgebildet ist und durch die Gleitoberfläche abgeschlossen ist. Die PCM-haltige Schicht (2) befindet sich zwischen oberer Schicht (1) und unterer Schicht (3) und wird hier auch als Wärmeregulierungsschicht (2) bezeichnet.

Die PCM-haltige Schicht(2) kann auch mit zusätzlichen Ankerelementen versehen sein, die zur Stärkung der Verbundstruktur eingesetzt werden und für eine besonders feste Verbindung zwischen PCM-haltiger Schicht (2) und oberer (1) und unterer (3) Schicht sorgen.

In einer Ausführungsform können die Phasenwechselmaterialien in Form von PCM-Folieneinlagen (9) eingesetzt werden. Diese PCM-Folieneinlagen (9) weisen Dicken von 1 bis 5 mm auf. Die PCM-Folieneinlagen (9) können über ein thermoplastisches Verarbeitungsverfahren wie kontinuierliche Plattenextrusion, über eine Mehrkomponentenfolienanlage oder über eine Plattenpressanlage hergestellt werden. Die PCM-Folieneinlagen umfassen PCM-Materialien, eingebettet in eine Kunststoffmatrix. Es können auch Verbundfolien sein, bestehend aus einem stoffschlüssigen Schichtenaufbau aus oberer (4) und unterer (6) Verbundfolie aus Polyethylen, Polyamid oder Polypropylen oder aus einem Compound zweier oder aller dieser Polymermaterialien oder aus Aluminium und dazwischen das Phasenwechselmaterial (5) in Form eines PCM-Compounds, das mit Wärmeleitfähigkeitsadditiven angereichert sein kann. Bild 2 zeigt den Aufbau einer solchen Verbundfolie, umfassend eine obere und untere Verbundfolie (4, 6), die auch aus unterschiedlichen Materialien bestehen können und der PCM-Schicht (5) dazwischen, die noch mit Wärmeleitfähigkeitsadditiven angereichert sein kann.

Die PCM-Folieneinlage (9) kann aus einem Stück bestehen, welches sich über einen längeren Bereich längs des Gleitbretts erstreckt (Bild 3). Bild 3 zeigt den Aufbau einer Wärmeregulierungsschicht (2) mit PCM-Folieneinlagen (9) in der Draufsicht. Wie in Bild 3 dargestellt, ist die die PCM-Folieneinlage (9) immer von einem Übergangsbereich (8) umgeben, der bevorzugt eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit aufzeigt und für einen festen Stoffschluss zwischen oberer (1) und unterer Schicht (3) und dazwischen liegender PCM-haltiger Schicht (2) sorgt. Der Übergangsbereich (8) sorgt dafür, dass es keinen direkten Kontakt zwischen PCM-Folieneinlage (9) und den Kanten (7) bzw. dem Bereich an der Spitze bzw. am Ende des Gleitbretts gibt.

Die PCM-Folieneinlage (9) kann aus einem Stück (Bild 3) oder aus mehreren einzelnen PCM-Folieneinlagestücken (9A, 9B, 9C) unterschiedlicher Geometrie bestehen, die in Längs- (Bild 4) oder Querrichtung (Bild 5) zum Gleitbrett angeordnet sind. Dabei können die einzelnen PCM-Folieneinlagestücken (9A, 9B, 9C) Phasenwechselmaterialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten A, B oder C umfassen und/oder unterschiedliche Wärmeleitfähigkeitsadditive in unterschiedlichen Konzentrationen enthalten.

Im Hinblick auf gute thermische Ableitung ist es vorteilhaft, wenn der Anteil des thermisch gut leitfähigen Materials, insbesondere des Aluminiumpulvers oder des Kohlenstoffs, etwa 10 Gew.-% bis 40 Gew.-% beträgt, sowohl in der Belagsschicht (3) als auch in der Phasenwechselmaterial enthaltenden Schicht (2) und dort insbesondere in Bereichen, die zwischen Belagsschicht oder Kante und den Phasenwechselmaterial enthaltenden Bereichen liegen.

In einer anderen Ausführungsform ist die PCM-haltige Schicht (2) als eine Wabenstruktur ausgebildet, bei der das PCM in den Hohlräumen zwischen den Wabenwänden verteilt ist. Dabei können unterschiedliche Phasenwechselmaterialien kontrolliert über die Hohlräume verteilt werden, zum Beispiel können Phasenwechselmaterialien mit höherer Schmelztemperatur, z.B. 42 °C oder höher, in Kantennähe eingebracht werden, während in den anderen Bereichen PCM mit niedrigerem Schmelzpunkt, z.B. 5 bis 17 °C, enthalten sind. Das PCM-Material kann in Pulver- oder Granulatform in die Waben eingestreut oder eingegossen werden. Das Phasenwechselmaterial kann mit Wärmeleitfähigkeitsadditiven versetzt sein. Die Wabenwände haben die Aufgabe, die mechanische Festigkeit der PCM-haltigen Schicht (2) zu gewährleisten und für einen festen Verbund zu der oberen (1) und unteren (3) Schicht zu sorgen und so die Funktionsfähigkeit der gesamten Verbundstruktur aus oberer Schicht (1), PCM-haltiger Schicht (2) und unterer oder Belagsschicht (3) zu gewährleisten. Vorzugsweise sind die Wabenwände mit Wärmeleitfähigkeitsmaterialien versetzt, die auch gleichzeitig als Verstärkungsmaterialien dienen können, z.B. Carbon Nanotubes, Kohlenstofffasern oder Metallfasern oder sie besitzen selbst eine gute Wärmeleitfähigkeit.

In einer weiteren Ausführungsform fungiert die PCM-haltige Schicht (2) als textile Verstärkungsschicht, z.B. ein Vliesstoff oder 3D-Gewirk oder Schaumstoff, wobei die Poren oder Hohlräume in der gleichen Art und Weise wie bei der Wabenstruktur mit Phasenwechselmaterial gefüllt sind. Das textile Verstärkungsmaterial kann allein oder eingebettet in eine Kunststoffmatrix, bevorzugt aus thermoplastischen Polymeren, oder zwischen oberer und unterer Polymerdeckschicht einlaminiert verwendet werden.

Bei Verwendung von organischen Verbindungen als Phasenwechselmaterial lässt sich die Erfindung vorteilhaft mit einer Beimengung von 30 Gew.-% bis 85 Gew.-%, vorzugsweise von 45 Gew.-% bis 70 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der PCM-haltigen Wärmeregulierungsschicht (3), verwirklichen.

In einer besonderen Ausführungsform sind die Mengen an Phasenwechselmaterialien und die Art der Phasenwechselmaterialien nicht gleichmäßig über die Schicht verteilt. So kann es besonders vorteilhaft sein, wenn in Kantennähe Phasenwechselmaterialien konzentriert sind, die einen höheren Schmelzbereich aufweisen, bevorzugt zwischen 40 und 85 °C. Damit soll vermieden werden, dass das Kantenmaterial, das besonders durch Reibung beansprucht wird und sich dadurch besonders erhitzt, geschädigt wird. Das kann bis zu Verbrennungen führen.

Als Phasenwechselmaterialien mit höherem Schmelzpunkt eignen sich Kohlenwasserstoffverbindungen mit 16 bis 32 C-Atomen und Schmelzpunkten zwischen 20 und 85 °C; noch mehr C-Atome führen zu noch höheren Schmelzpunkten bis zu 100 °C. Bevorzugt werden Di-n-alkyl Ether, Fettsäuren, Fettalkohole oder Alkane als Phasenwechselmaterialien eingesetzt. Als Beispiele seien genannt: 1,1'-Oxy-bisdodecane, Schmelzpunkt T_m = 31 °C; Myristinsäure T_m = 54 °C, Behensäure T_m = 80 °C; 1-Hexadecanol T_m = 49 °C; Tetradecan T_m = 5 °C; n-Tetracosan T_m = 52 °C. Die Auswahl ist nicht auf diese Materialien beschränkt und es sind auch andere Phasenwechselmaterialien mit Schmelzpunkten im Bereich von 0 bis 85 °C möglich, zum Beispiel Salzhydrate oder Legierungen. Bevorzugt handelt es sich bei den Phasenwechselmaterialien um PCM-Compounds, bei denen das Phasenwechselmaterial eingebettet ist in eine Kunststoffmatrix.

Wie dem Fachmann bekannt ist, lässt sich die Liste durch beliebige andere Phasenwechselmaterialien weiterführen. Welche Phasenwechselmaterialien eingesetzt werden, hängt immer auch von der Art der Einbringung und von den Trägermaterialien für diese Phasenwechselmaterialien ab, also vom Aufbau der Schicht, in die die Phasenwechselmaterialien eingebunden sind.

1

obere Schicht

2

PCM-haltige Wärmeregulierungsschicht

3

Untere Schicht / Belag

4

Verbundfolie aus Al oder PE / PA / PP

5

Phasenwechselmaterial (PCM) bzw. PCM-Compound

6

Verbundfolie aus Al oder PE / PA / PP

7

Kantenbereich

8

Übergangsbereich

9

PCM-Folieneinlage

9A

PCM-Folieneinlage mit Schmelzpunkt A

9B

PCM-Folieneinlage mit Schmelzpunkt B

9C

PCM-Folieneinlage mit Schmelzpunkt C