AT501171B1

AT501171B1 - Gleitkantenprofil für wintersportgeräte

Info

Publication number: AT501171B1
Application number: AT0074302A
Authority: AT
Original assignee: Stahlwerk Ergste Westig Gmbh
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2007-01-15
Also published as: DE10123674B4; DE10214735A1; DE10123674A1; AT501171A1; US20030006583A1; FR2824745A1; FR2824745B1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Gleitkantenprofil für Wintersportgeräte, beispielsweise Skier, Snowboards und Schlitten.

Derartige Profile bestehen üblicherweise aus Stahl und besitzen einen etwa L-förmigen Quer-5 schnitt. Von den beiden Schenkeln eines solchen Profils weist der querschnittsgrößere die Gleitkante auf und schließt bei einem Ski bündig mit dessen Laufsohle ab, während der querschnittskleinere Schenkel der Verankerung des Gleitprofils zwischen der Laufsohle und einer Laufsohlenunterschicht dient. io Aus dieser Situation ergeben sich unterschiedliche Beanspruchungsverhältnisse. So verlangt die besondere Beanspruchung des als Gleitkante fungierenden Schenkels ein hohes Maß an Verschleißfestigkeit, Härte und Oberflächengüte. Eine wesentliche Rolle spielt auch die Wartungsfreiheit, weil das übliche Nachschleifen zum Entfernen von Rost bzw. Nachschärfen zum Wiederherstellen guter Führungseigenschaften auf Kosten der Lebensdauer geht. Trotz hoher 15 Verschleißfestigkeit sollte es möglich sein, den Gleitkantenschenkel mühelos durch Schleifen auf dasselbe Niveau wie die Laufsohlenoberfläche zu bringen, um so eine völlig ebene Lauffläche zu erreichen.

Weitaus geringer sind die Anforderungen an den Verankerungsschenkel, weil sich dieser im 20 Innern des Skis befindet und daher weder mit der Atmosphäre noch mit Schnee und Eis oder auch Streumitteln und partiell schneefreiem Untergrund in Berührung kommt.

Angesichts ihres besonderen Beanspruchungsprofils eignen sich als Werkstoff für Gleitkanten insbesondere Chromstähle wegen ihrer hohen Korrosions- und Verschleißfestigkeit sowie ho-25 hen Härte. Dem steht jedoch ihre verhältnismäßig geringe Verformbarkeit entgegen. Um ein Herstellen der Gleitkantenprofile durch Walzen oder Ziehen zu ermöglichen, verwendet die Praxis daher üblicherweise vergütbare Kohlenstoffstähle, die ihre Verschleißfestigkeit und Härte durch eine abschließende Wärmebehandlung erhalten. So beschreibt die DE 40 00 744 C2 ein Verfahren zur Wärmebehandlung des Gleitkantenschenkels in situ, bei dem der Bereich um die 30 Gleitkante mittels Laserstrahl lokal auf die Härtetemperatur erwärmt und anschließend unmittelbar lokal abgeschreckt wird, um so ein martensitisches Gefüge einzustellen. Dieses Verfahren erfordert einen hohen apparativen Aufwand, gewährleistet aber nicht immer auch reproduzierbare Eigenschaften der Gleitkante. 35 Um die notwendige Härtetemperatur zu erreichen, gleichzeitig aber das Wärmeinbringen in die Tiefe der Gleitkante zu verhindern, sind neben dem lokalen Abschrecken besondere Maßnahmen zum Abführen der Schweißwärme erforderlich. Bei diesem Verfahren ergibt sich zwar eine Gleitkante mit hoher Härte und Verschleißfestigkeit im Bereich der eigentlichen Gleitkante einerseits und verhältnismäßig hoher Zähigkeit im übrigen insbesondere des Verankerungs-40 Schenkels. Hinzu kommt jedoch, daß sich bei der Wärmebehandlung wegen der notwendigen Zwangskühlung im kantennahen Bereich innere Spannungen ergeben, die zu einem sogenannten Säbelverzug, d.h. einer sehr nachteiligen Durchbiegung des Gleitkantenprofils führen können. 45 Um dieser Gefahr zu begegnen, verlangt die DE 42 18 099 A1 eine Begrenzung des Härtegradienten über den Querschnitt und die Länge des Gleitkantenprofils auf unter 2 HRC. Bei dem bekannten Verfahren findet daher eine zweistufige Wärmebehandlung, und zwar ein Vergüten des gesamten Gleitkantenprofils zum Einstellen eines martensitischen Gefüges sowie ein anschließendes partielles Perlitisieren bei möglichst konstanter Temperatur über die Länge des 50 Profils statt. Der im Anschluß an das partielle Perlitisieren noch verbleibende Säbelverzug wird durch eine abschließende Biegeverformung mit konstantem Biegereckgrad beseitigt. Auch dieses Verfahren ist außerordentlich aufwendig und verleiht dem Gleitkantenprofil ebenso wie das Verfahren nach der DE 40 00 744 C2 nicht die notwendige Korrosionsbeständigkeit, um ein häufiges Nachschleifen bzw. -schärfen zu vermeiden. 55 3 AT 501 171 B1

Den hohen apparativen Aufwand für eine spezielle Wärmebehandlung und ein häufigeres Nachschleifen vermeidet ein aus der DE 198 08 276 A1 bekannter Gleitkantenwerkstoff aus einer Chromstahllegierung, dessen hohe Härte und Verschleißfestigkeit sowie ausgezeichnetes Schwingverhalten in Kombination mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit im vergüteten Zustand insbesondere gegenüber Chloriden und Nitraten auf einer sorgfältigen Abstimmung seiner Gehalte an Kohlenstoff, Stickstoff, Molybdän und Chrom beruht. So sehr sich dieser Werkstoff auch in der Praxis bewährt hat, ist er doch mit dem konstruktiv bedingten Nachteil verbunden, daß er für den Bereich des Verankerungsschenkels überqualifiziert ist.

Weiterhin wird in der FR 2 342 459 A1 ein aus zwei an ihren Längskanten miteinander verschweißten Teilen bestehendes Gleitkantenprofil beschrieben. Die beiden Teilprofile können auch aus unterschiedlichen Werkstoffen, beispielsweise aus einem rostfreien und einem Kohlenstoffstahl, bestehen.

Die französische Offenlegungsschrift enthält jedoch keinen Hinweis darauf, welcher rostfreie Stahl konkret für das bekannte Gleitkantenprofil in Frage kommt. Angesichts der überaus großen Zahl bekannter rostfreier Stähle kann es ohne einen richtungweisenden Ansatz nicht naheliegen, einen bestimmten rostfreien Stahl für das Gleitkantenprofil zu verwenden.

Dies gilt insbesondere angesichts der Tatsache, daß rostfreie Stähle angesichts ihrer hohen Gehalte an Chrom und Kohlenstoff Probleme beim Schweißen mit sich bringen, weil sich unter dem Einfluß der beim Schweißen in den Werkstoff eingebrachten Wärme Chrom und Kohlenstoff miteinander verbinden und chromreiche Karbide bilden. Diese Karbide scheiden sich im Gefüge aus und entziehen dem Mischkristall auf diese Weise korrosionshemmendes Chrom, was zu einer lokalen Chromverarmung und demzufolge zu einer Beeinträchtigung der von dem Chrom getragenen Korrosionsbeständigkeit führt.

Hinzu kommt, daß die Chromkarbide zu einer Versprödung und demzufolge zum Entstehen von Rissen im Bereich der Schweißverbindung führen können.

Infolge des Wärmeeinbringens kommt es je nach Zusammensetzung des Chromstahls zu unerwünschten Gefügeumwandlungen.

Die Erfindung besteht demgegenüber darin, für den als Gleitkante fungierenden Schenkel des L-förmigen Gleitkantenprofils einen Chromstahl bestimmter Zusammensetzung vorzuschlagen, der sowohl schweißbar als auch im geschweißten Zustand hinreichend korrosionsbeständig ist, mit anderen Worten, ein Gleitkantenprofil zu schaffen, das sowohl von der Werkstoffseite her als auch hinsichtlich seines apparativen Aufwandes äußerst vorteilhaft ist.

Die Lösung dieses Problems erfolgt erfindungsgemäß mit einem Gleitkantenprofil für Wintersportgeräte mit etwa L-förmigem Querschnitt aus einem Verankerungs- und einem damit verschweißten Gleitkantenschenkel, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Verankerungsschenkel aus einem Kohlenstoffstahl besteht und an seiner Längskante mit dem Gleitkantenschenkel aus einem Chromstahl mit 0,1 bis 1,1% 4 bis 18% 0,1 bis 4% 0,1 bis 2,4% bis 3,0% bis 2% bis 2% Rest

Kohlenstoff

Chrom

Molybdän und/oder Vanadium und/oder Wolfram Mangan Silizium,

Eisen, verschweißt ist. Dies erlaubt es, die beiden Schenkel eines beispielsweise L-förmigen 4 AT 501 171 B1

Gleitkantenprofils aus unterschiedlichen Werkstoffen zu fertigen. Für den Gleitkantenschenkel kommt dabei ein rostfreier und verschleißfester Chromstahl und für den Verankerungsschenkel ein einfacher Kohlenstoffstahl zur Anwendung.

Der für den Gleitkantenschenkel verwendete Chromstahl enthält vorzugsweise jeweils mindestens 0,1% Wolfram, 0,4% Mangan und 0,4% Silizium.

Besonders geeignet ist ein Chromstahl mit 0,3 bis 1,0% oder auch höchstens 0,8% Kohlenstoff, 5,0 bis 16,5% oder auch 13% Chrom, 1,0 bis 2,0% Molybdän, 0,4 bis 2,0% Vanadium, 0,6 bis 1,1% Silizium sowie fakultativ 1,2 bis 2,5% Wolfram.

Eine besonders hohe Verschleißfestigkeit ergibt sich, wenn die Gehalte an Kohlenstoff, Chrom und Molybdän sowie gegebenenfalls auch die Gehalte an Molybdän, Vanadium und Wolfram wie folgt aufeinander abgestimmt sind: (%C) / (%Cr) + (%Mo) = 0,02 bis 0,07 und/oder (%C) / (%Cr) + (%Mn) + (%Mo) + (%V) + (%W) = 0,65 bis 0,98.

Das Herstellen des Gleitkantenprofils aus zwei einfachen Teilprofilen durch Kaltwalzen, Ziehen oder Rollen überwindet zudem die Grenzen, die sich beim Herstellen eines L-förmigen Profils hinsichtlich des jeweiligen Querschnitts der Profilschenkel ergeben. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, dem Verankerungsschenkel im Hinblick auf eine bessere Verankerung im Korpus des Skis eine beispielsweise um 50% geringere Dicke und eine größere Breite im Vergleich zu herkömmlichen Gleitkantenprofilen zu geben.

Darüber hinaus ist es ohne weiteres möglich, die Teilprofile durch bloßes Ablängen entsprechend bemessener Bänder oder durch Abtrennen entsprechender Streifen von einem Blech herzustellen.

Das Verbinden der Teilprofile bzw. Profilschenkel geschieht vorzugsweise durch Laserstrahl-, Elektronenstrahl- oder Plasmaschweißen mit dem Vorteil eines lokal eng begrenzten Wärmeeinbringens und entsprechend begrenzter Wärmeeinflußzone. Dem Schweißen kann sich zudem eine Anlaßbehandlung anschließen, um die mit dem Schweißen in der Wärmeeinflußzone verbundenen Gefügeänderungen und auch Schweißspannung zu beseitigen.

Vorzugsweise beträgt die Breite der Schweißnaht höchstens 0,5 mm, um ein rasches Abkühlen beispielsweise noch im Bereich einer Profilführung für die beiden Teilprofile beim Schweißen und damit ein Verziehen und unerwünschte Gefügeänderungen im Bereich der Gleitkante zu vermeiden.

Das Gleitkantenprofil kann abschließend einer üblichen Vergütungsbehandlung unterworfen werden. Eine andere Möglichkeit besteht jedoch darin, den Gleitkantenschenkel aus einem bereits gehärteten Teilprofil, beispielsweise einem Vierkantdraht herzustellen, um das komplette Gleitkantenprofil sodann nach dem Schweißen nur noch vergüten zu müssen.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Schweißnaht zur Verbesserung der Biegefähigkeit des Gleitkantenprofils Unterbrechungen aufweist. Solche Unterbrechungen lassen sich sehr einfach durch bloßes Abschalten des Schweißstroms erreichen. Eine weitere Verbesserung der Biegefähigkeit ergibt sich, wenn der Verankerungsschenkel mit Öffnungen versehen ist. Diese Ausnehmungen können auch zur Schweißkante bzw. Schweißnaht offen sein.

Als Werkstoff für den Gleitkantenschenkel eignen sich die aus der nachfolgenden Tabelle ersichtlichen Chromstahllegierungen K1 bis K6, die darüber hinaus auch als Werkstoff für den Verankerungsschenkel geeignete Stähle F1 bis F5 angibt. 5 AT 501 171 B1

Legie rung Chemische Zusammensetzung [Gew.-% C (%) Si (%) Mn (%) Cr (%) Mo (%) Ni (%) V (%) w (%) K1 0,36 1,10 0,40 5,00 1,30 . 0,40 . Gleitkantenschenkel1 K2 0,38 0,40 0,60 16,0 1,00 0,80 • . Gleitkantenschenkel1 K3 0,46 0,40 0,40 13,0 - _ . . Gleitkantenschenkel1 K4 0,53 0,90 0,50 8,30 1,20 - . 1,20 Gleitkantenschenkel1 K5 0,90 0,50 0,40 17,5 1,10 . 0,10 - Gleitkantenschenkel1 K5 1,00 0,40 0,40 4,00 2,70 . 2,40 2,90 Gleitkantenschenkel1 F1 0,04 0,50 1,40 18,5 . 9,50 _ _ Verankerungsschenkel2 F2 0,05 0,40 0,40 16,5 . • _ Verankerungsschenkel2 F3 0,15 0,20 0,50 - . _ _ - Verankerungsschenkel2 F4 0,38 0,40 0,60 16,0 1,00 0,80 . _ Verankerungsschenkel2 F5 0,69 0,30 0,70 - - - - . Verankerungsschenkel2 25 1 = kaltverformt oder vergütet 2 = nur kaltverformt

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen: 30

Fig. 1 bis 3: Querschnitte durch mehrere Gleitkantenprofile mit unterschiedlichem Gleitkan tenschenkel sowie

Fig. 4 und 5: perspektivische Darstellungen zweier Gleitkantenprofile mit Öffnungen im Verankerungsschenkel. 35

Das erfindungsgemäße Gleitkantenprofil besteht aus einem Verankerungsschenkel 1 und einem Gleitkantenschenkel 2 mit rechteckigem Querschnitt und der Gleitkante 3. Die beiden Schenkel 1, 2 sind über eine Schweißnaht 4 miteinander verbunden. Anstelle eines Profils mit rechteckigem Querschnitt läßt sich für den Gleitkantenschenkel auch ein Profil mit einer nach 40 innen geneigten Fläche 5 (Fig. 2) oder auch mit einer nach außen geneigten Fläche 6 (Fig. 3) verwenden, die an der Gleitkante 3 einen geringeren Einschlußwinkel ergibt.

Der Verankerungsschenkel 1 kann Öffnungen 8 mit geschlossenem Rand 9 oder zur freien Schenkelkante 10 offenen Öffnung 11 besitzen. Eine zusätzliche oder andere Möglichkeit be-45 steht darin, im Verankerungsschenkel Öffnungen 12 anzuordnen, die zur Schweißnahtseite 4 bzw. zum Gleitkantenschenkel 2 hin offen sind. Des weiteren kann, wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5, die Schweißnaht aus mehreren Teilstücken 13 mit Unterbrechungen 14, 15 bestehen, die auch, wie die Unterbrechung 15, mit der Randunterbrechung einer Öffnung 12 im Verankerungsschenkel 1 zusammenfallen können. 50

Die Öffnungen im Verankerungsschenkel und die Unterbrechungen der Schweißnaht verleihen dem erfindungsgemäßen Gleitkantenprofil ein hohes Biegevermögen und dem Ski damit eine hohe Elastizität. 55

Claims

6 AT 501 171 B1 Patentansprüche: 4 bis 18% 0,1 bis 4% io 0,1 bis 2,4% bis 3,0% bis 2% bis 2% Rest 15 verschweißt ist. 1. Gleitkantenprofil für Wintersportgeräte mit etwa L-förmigem Querschnitt aus einem Veran-kerungs- und einem damit verschweißten Gleitkantenschenkel, dadurch gekennzeichnet, daß der Verankerungsschenkel (1) aus einem Kohlenstoffstahl besteht und an seiner Längskante mit dem Gleitkantenschenkel (2) aus einem Chromstahl mit 0,1 bis 1,1% Kohlenstoff Chrom Molybdän und/oder Vanadium und/oder Wolfram Mangan Silizium, Eisen,
2. Gleitkantenprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (1,2) durch Laserstrahl-, Elektronenstrahl- oder Plasmaschweißen miteinander verbunden sind.
3. Gleitkantenprofil nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Schweißnaht mit einer maximalen Breite von 0,5 mm.
4. Gleitkantenprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Schweißnahtbereich angelassen ist. 25
5. Gleitkantenprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verankerungsschenkel (1) mit Öffnungen (8,11,12) versehen ist.
6. Gleitkantenprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch zumindest an 30 einer Kante (10) des Verankerungsschenkels (1) randlose Öffnungen (11,12).
7. Gleitkantenprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verankerungs- und der Gleitkantenschenkel (1, 2) durch eine Schweißnaht (4) aus Teilstücken (13) mit Unterbrechungen (14) verbunden sind. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 40 45 50 55