AT504217B1 - Gleitbelag für skier - Google Patents

Description

österreichisches Patentamt AT504 217 B1 2009-10-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Gleitbelag für Ski.

[0002] Das Gleitverhalten von Skiern ist schneeseitig unter anderem abhängig von Schneetemperatur und Schneestruktur, skiseitig beispielsweise vom Flächendruck des Skis, seiner Flexibilität, der Struktur der Skilaufsohle, ihren hydrophoben Eigenschaften und ihrer Wärmeleitfähigkeit.

[0003] Die ursprünglich angewandte Methode, Skilaufsohlen zu lackieren und zusätzlich Gleitwachs aufzutragen, stieß bei weiter steigenden Anforderungen an Skier, insbesondere in Richtung gezielt einstellbarer Eigenschaften für beispielsweise Langlaufskis, Tourenskis oder Sprungskis, bald an ihre Grenzen.

[0004] Neben dem Übergang vom einfachen Holzski zu Skiern aus einem Verbund aus verschiedenen Holzschichten oder Verbunden aus Holz- und Kunststoffschichten wurde schließlich die Lackierung der Laufflächen durch eine Schicht aus einer ultrahochmolekularem Polyethylenfolie (UHMW-PE) ersetzt, weiterhin unter Einbeziehung von Wachsen, die den unterschiedlichen Schneebedingungen und Schneetemperaturen Rechnung tragen sollen.

[0005] Beispielsweise beschreibt die AT 394951 B einen Skilaufsohlenbelag aus einem mit Polytetrafluorethylen (PTFE) beschichteten Stahlband. PTFE-Beläge weisen zwar eine niedrige Oberflächenspannung auf, erfüllen jedoch die Anforderungen an einen Belag, insbesondere was das Gleitverhalten bei verschiedenen Schneesorten angeht, und die notwendige Abriebbeständigkeit nicht.

[0006] Die CH 601394 offenbart, einen Skilaufsohlenbelag aus Niederdruck-Polyethylen (PE) zu extrudieren, dieser wird dann durch Gamma- oder Elektronenstrahlen vernetzt.

[0007] Die DE 102005062711 beschreibt eine Skilaufspur für den Sommerbetrieb künstlicher Skianlagen, wobei die Kontaktflächen der Skilaufspur zum Ski aus verschiedenen Fluorpolymeren, unter anderem von Polytetrafluorethylen (PTFE), Copolymerisate von Tetrafluorethylen (PFA), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Vinylidenfluorid-Copolymer (THV) oder Polyfluorethylenpropylen (FEP), ausgeführt sind, wodurch das Gleitverhalten des Skis auf der Skilaufspur günstig beeinflusst wird.

[0008] Trotz der aufgeführten und weiterer vielfältiger Versuche, die Eigenschaften des herkömmlichen Skilaufsohlenbelages zu verbessern, hat sich bis heute der Aufbau mit einer UHMW-PE-Schicht und - gegebenenfalls - nachträglicher Wachsaufbringung behauptet.

[0009] Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass aus Gründen des hohen Molekulargewichtes des UHMW-PE dieser Skilaufsohlenbelag nicht extrudiert werden kann. Vielmehr wird das UHMW-PE zunächst zu Blöcken oder Rollen gesintert oder gepresst, daraus dann die UHMW-PE-Folie durch einen Schälprozess abgenommen. Diese wird schließlich in der Regel an der dem Schnee zugewandten Oberfläche strukturiert und schließlich auf den Ski auflaminiert.

[0010] Diese herkömmliche Skilaufsohlenbelag ist teuer und weder von der Verfahrenstechnik, noch von den Eigenschaften her, entscheidend zu verbessern.

[0011] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gleitbelag für Skilaufsohlen bereitzustellen, der sich auf den herkömmlichen Ski-Laminieranlagen problemlos verarbeiten lässt, eine gute Strukturierbarkeit und gleichzeitig eine hohe Abriebfestigkeit aufweist und der gegenüber den bisherigen Systemen ein deutlich verbessertes Gleitverhalten auf Schnee zeigt, sowie um die Bereitstellung des damit ausgerüsteten Skis.

[0012] Die Lösung der Aufgabe besteht darin, dass anstelle der UHMW-PE-Skilaufsohlenbeläge solche aus Fluorkunststoffen eingeführt werden, welche nicht fluorierte Polyethylen-Segmente im Makromolekül aufweisen und damit extrudierbar sind, die eine Oberflächenenergie im Bereich zwischen 20 und 50 mN/m besitzen und die erhöht abriebbeständig 1/8 österreichisches Patentamt AT504 217 B1 2009-10-15 sind gemäß „Ritzhärteprüfung nach Clemen".

[0013] Besondere Ausführungsformen und Weiterentwicklungen finden sich in den Unteransprüchen.

[0014] Die Aufgabe hinsichtlich des Skis ist gemäß Anspruch 16 gelöst.

NÄHERE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0015] Erfindungsgemäß werden als Fluorpolymere mit nicht fluorierten Polyethylen-Segmenten [0016] - FEP (Polyfluorethylenpropylen) oder [0017] - ETFE (Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer) oder [0018] - THV (Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Vinylidenfluorid-Copolymer) [0019] in Abmischung mit PTFE (Polytetrafluorethylen) für Skilaufsohlenbeläge eingesetzt.

[0020] Es hat sich dabei als erfindungswesentlich erwiesen, wenn der Anteil an Fluorpolymer mit nicht fluorierten Polyethylen-Segmenten 99 bis 50 Gew. -% in der Abmischung mit PTFE beträgt. Demzufolge ist der Anteil an PTFE am Gesamtpolymergehalt des Skilaufsohlenbelages 1 bis 50 Gew. -%.

[0021] Diese Abmischungen lassen sich vorteilhafterweise im Extrusionsverfahren zu Skilaufsohlenbelägen verarbeiten.

[0022] Die Beläge können auch mechanisch oder thermisch mit einer Oberflächenstruktur von hoher Abriebbeständigkeit auf der dem Schnee zugewandten Seite versehen werden.

[0023] Da die Fluorpolymere insbesondere über eine niedrige Oberflächenspannung verfügen, weisen die erfindungsgemäßen Skilaufsohlenbeläge nicht nur die gewünschte geringe Haftung gegenüber Eis oder Schnee auf, sondern sind zusätzlich für den Einsatz bei unterschiedlichen Temperaturen bzw. Luftfeuchtigkeiten besonders gut geeignet.

[0024] Alternativ können die Skilaufsohlenbeläge auch im Schälverfahren von einem Block der vorstehend genannten Polymerzusammensetzung hergestellt werden.

[0025] Da die Fluorpolymere thermoplastisch verarbeitbar sind, lassen sich zur Erhöhung der Festigkeit oder der Wärmeleitfähigkeit des jeweiligen erfindungsgemäßen Skilaufsohlenbelags auch Füllstoffe - insbesondere anorganische -, wie Pulver oder Fasern auf Kohlenstoff-Basis oder Siliciumdioxid(Si02)-Basis, einsetzen.

[0026] So kann beispielsweise Ruß oder Graphit den Polymermaterialien zugegeben werden.

[0027] Auch lassen sich Nanofüllstoffe oder Nanofasern, insbesondere sogenannte Nanotubes zusetzen.

[0028] Die Nanotubes sind vom Single-Wall-Typ oder vom Multi-Wall-Typ, sie basieren auf Kohlenstoffsystemen.

[0029] Es können aber auch Nanotubes aus Wolframcarbid eingesetzt werden.

[0030] Von Vorteil ist auch der Einsatz von Füllstoffe, ausgewählt aus Metalloxiden, Metallnitri-den, Metallcarbiden, Metalloxinitriden, Metalloxicarbiden, Metallcarbonitriden, oder deren Mischungen.

[0031] Für besondere Fälle ist auch das Einarbeiten von verstärkenden Flächengebilden auf organischer oder anorganischer Basis, wie beispielsweise Gewebe oder Matten aus Glas-, Kohlenstoff- oder Textilfasern möglich.

[0032] Den Fluorpolymeren können darüber hinaus Stabilisatoren, Farbmittel, Gleitmittel (Wachse) zugesetzt sein.

[0033] Das Fluorpolymer kann insbesondere auch mittels Elektronenstrahlen vernetzt sein. 2/8 österreichisches Patentamt AT504 217 B1 2009-10-15 [0034] Die erfindungsgemäßen Skisohlenbeläge können mit den bekannten Wachsen zur Feinabstimmung bei Temperaturen oberhalb von - 2 °C bzw. unterhalb von - 8 °C versehen werden.

[0035] Die nachfolgenden Tabellen 1 und 2 zeigen das Ritzverhalten (als Maß für die Abriebfestigkeit) verschiedener Skilaufsohlenbeläge.

[0036] Dabei zeigt Tabelle 1 die Ergebnisse der erfindungsgemäßen Beläge, Tabelle 2 die Ergebnisse von Belägen nach dem Stand der Technik.

[0037] Die Ritztests mit dem Ritzhärteprüfgerät nach Clemen mit einem Stahlrad, einer Stahlkugel, bzw. einem Stahlstichel als Ritzwerkzeuge werden wie folgt vorgenommen: Die Probe wird mit Hilfe von Spannleisten auf einen beweglichen Schlitten montiert. Über diesen Schlitten befindet sich ein auf zwei Metallsäulen montierter Pendelbalken mit dem entsprechenden Ritzwerkzeug sowie dem entsprechenden Gewichtsblock.

[0038] Die gewünschte Ritzkraft (1 bis 20 N) wird durch Verschieben des Gewichtsblockes auf der Skala des Pendelbalkens eingestellt. Zu Beginn der Prüfung wird das Prüfwerkzeug im Vorlauf auf die Probe abgesenkt und ritzt diese mit einer definierten Geschwindigkeit von 2 bis 3 cm/s über einen Ritzweg von 22, 5 mm; der Rücklauf erfolgt mit angehobenem Prüfwerkzeug. Die Auswertung der Ritzbreite erfolgt mit Hilfe eines Lichtmikroskops.

[0039] Die erfindungsgemäßen Beläge weisen folgende Eigenschaften gemäß Tabelle 1 bezüglich Ritzbarkeit ihrer Oberfläche auf: [0040] Folgende Zusammensetzungen wurden hierbei untersucht:

[0041] A 99 Gew. -% FEP + 1 Gew. -% PTFE

[0042] B 99 Gew. -% ETFE + 1 Gew. -% PTFE

[0043] C 99 Gew. -% THV + 1 Gew. -% PTFE

[0044] D 85 Gew. -% FEP + 15 Gew. -% PTFE. 3/8 österreichisches Patentamt AT504 217 B1 2009-10-15 TABELLE 1

Eigenschaft Einheit A B C D Ritzen mit Stahlrad F = 2 N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0.10 0 0.11 0.09 Ritzen mit Stahlrad F = 5N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0.16 0.14 0.17 0.15 Ritzen mit Stahlrad F= 10N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0.24 0.16 0.25 0.24 Ritzen mit Stahlrad F= 15 N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0.29 0.20 0.31 0.28 Ritzen mit Stahlrad F = 20 N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0.35 0.27 0.35 0.36 Ritzen mit Stahlkugel F = 2N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0.13 0 0.22 0.11 Ritzen mit Stahlkugel F = 5 N [mm] Ritzbreite per Licht-mikro-skop 0.37 0.29 0.39 0.34 Ritzen mit Stahlkugel F = 10 N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0.49 0.49 0.50 0.46 Ritzen mit Stahlkugel F = 15 N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0. 60 0. 57 0. 65 0. 57 0. 61 Ritzen mit Stahlkugel F = 20N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0. 69 0. 77 0. 57 0. 64 0. 75 0. 68 Ritzen mit Stahlstichel F = 2 N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0.22 0. 26 0.25 0. 20 Ritzen mit Stahlstichel F = 5 N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0. 36 0. 27 0. 36 0. 35 Ritzen mit Stahlstichel F = 10N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0. 34 0. 25 0.43 0. 34 Ritzen mit Stahlstichel F = 15 N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0. 35 0. 24 0.41 0. 34 Ritzen mit Stahlstichel F = 20 N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0. 34 0. 34 0. 55 0. 35 [0045] Demgegenüber zeigen die Vergleichsbeispiele Eigenschaften gemäß Tabelle 2: 4/8 österreichisches Patentamt AT504 217 B1 2009-10-15 TABELLE 2

Eigenschaft Einheit UHMWPE UHMWPE strukturiert PTFE Ritzen mit Stahlrad F = 2N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0. 12 0. 14 Ritzen mit Stahlrad F = 5N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0. 16 0. 19 Ritzen mit Stahlrad F= 10 N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0. 28 0. 29 Ritzen mit Stahlrad F = 15 N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0. 29 0. 36 Ritzen mit Stahlrad F = 20N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0. 31 0. 40 Ritzen mit Stahlkugel F = 2N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0. 15 0. 24 Ritzen mit Stahlkugel F = 5N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0. 29 0. 41 Ritzen mit Stahlkugel F = 10 N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0. 40 0. 48 0. 55 Ritzen mit Stahlkugel F= 15N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0. 50 0. 50 0. 66 Ritzen mit Stahlkugel F = 20N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0. 58 0. 62 0. 75 Ritzen mit Stahlstichel F = 2 N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0. 17 0. 27 Ritzen mit Stahlstichel F = 5N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0. 21/0.16 0. 36 Ritzen mit Stahlstichel F= 10N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0. 35 0. 46 Ritzen mit Stahlstichel F= 15 N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0. 57 0. 38 0. 48 Ritzen mit Stahlstichel F = 20 N [mm] Ritzbreite per Lichtmikroskop 0. 66/0.48 0. 53 0. 56 5/8 österreichisches Patentamt AT504 217 B1 2009-10-15 [0046] Wie aus Tabelle 1 und 2 deutlich wird, zeigen die erfindungsgemäßen Beläge eine Verbesserung der mechanischen Widerstandsfähigkeit - was die Verkratzbarkeit angeht - gegenüber dem Vergleichsbeispiel PTFE und UHMWPE.

[0047] Was das Gleitverhalten der erfindungsgemäßen Beläge betrifft, wurden als zwei wichtige Parameter die Oberflächenenergien und Kontaktwinkel der verschiedenen Beläge geprüft. Diese Messungen dienen als Maß für die Benetzbarkeit, wobei eine niedrige Oberflächenspannung bzw. ein hoher Kontaktwinkel geringe Benetzbarkeit bedeutet, und umgekehrt.

[0048] Die Ergebnisse der erfindungsgemäßen Beläge zeigt Tabelle 3: TABELLE 3

Oberflächenenergie von A [mN/m] Methode von Owens Wendt 40. 5 Kontaktwinkel FEP - Wasser Π 71.2 Kontaktwinkel FEP - CH2J2 Π 56. 2 Oberflächenenergie von B [mN/m] Methode von Owens Wendt 46.0 Kontaktwinkel ETFE - Wasser Π 64. 4 Kontaktwinkel ETFE - CH2J2 Π 51. 0 Oberflächenenergie von C [mN/m] Methode von Owens Wendt 40.2 Kontaktwinkel THV-Wasser Π 70. 6 Kontaktwinkel THV-CH2J2 Π 57. 8 Oberflächenenergie von D [mN/m] Methode von Owens Wendt 40. 7 Kontaktwinkel TFIV - Wasser οι 72. 6 Kontaktwinkel THV-CH2J2 «5 57. 6 [0049] Demgegenüber zeigen die Vergleichsbeispiele Eigenschaften gemäß Tabelle 4: 6/8 österreichisches Patentamt AT504 217B1 2009-10-15 TABELLE 4

Oberflächenenergie UHMWPE [mN/m] Methode von Owens Wendt 42. 0 Kontaktwinkel UHMWPE - Wasser Π 70. 4 Kontaktwinkel UHMWPE - CH2J2 [°] 53. 0 Oberflächenenergie UHMWPE strukturiert [mN/m] Methode von Owens Wendt 45.9 Kontaktwinkel UHMWPE - Wasser Π 72. 0 Kontaktwinkel UHMWPE - CH2J2 Π 40. 8 Oberflächenenergie PTFE [mN/m] Methode von Owens Wendt 19.1 Kontaktwinkel UHMWPE - Wasser Π 95. 0 Kontaktwinkel UHMWPE - CH2J2 Π nb [0050] Wie aus dem Vergleich der Kontaktwinkel und Oberflächenenergien deutlich wird, zeigen die erfindungsgemäßen Beläge eine zum UHMWPE vergleichbare Benetzbarkeit, die sich im Praxistest als besonders schnell herauskristallisiert hat.

PRAXISVERSUCHE

[0051] Die Skibeläge wurden unter seriennahen Bedingungen auf konventionelle Skier appliziert und eine Oberflächenstruktur eingeschliffen.

[0052] Mit den so hergestellten Skiern wurden Testfahrten durchgeführt und die maximal erzielbaren Höchstgeschwindigkeiten und Zeiten gemessen.

[0053] Die Ergebnisse der erfindungsgemäßen Skilaufsohlenbeläge zeigt Tabelle 5, die der Skilaufsohlenbeläge nach dem Stand der Technik zeigt Tabelle 6: TABELLE 5

Endgeschwindigkeit [km/h] Fahrtdauer [s] A 115 20, 89 B 118 20, 40 C 116 20, 55 D 117 20, 50 TABELLE 6

Endgeschwindigkeit [km/h] Fahrtdauer [s] UHMWPE 114 21,00 PTFE 110 21,36 [0054] Wie aus den Tabellen 5 und 6 ersichtlich ist, zeigen die erfindungsgemäßen Beläge eine erhöhte Endgeschwindigkeit am Messstand der Teststrecke.

[0055] Es werden 11 (A), 60 (B), 45 (C) und 50 (D) Hundertstel Sekunden Vorsprung zum Material aus dem Stand der Technik erreicht.

[0056] Der Gleitbelag für Skier gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorteilhaft auch für Snowboards, Schlitten, Bobs, Gleitschuhe, allgemein für Wintersportgeräte mit Gleitflächen, eingesetzt werden. 7/8

Claims (16)

1. österreichisches Patentamt AT504 217 B1 2009-10-15 [0057] Es erschließen sich dem Fachmann in nicht erfinderischer Weise ohne weiteres diverse weitere Gestaltungsmöglichkeiten, die vom Erfindungsgedanken umfasst sind. Patentansprüche 1. Skilaufsohlenbelag, dadurch gekennzeichnet, dass dieser aus einer Mischung aus einem Fluorpolymer besteht, welches im Makromolekül nicht fluorierte Polyethylen-Segmente aufweist, und Polytetrafluorethylen.
2. 2. Skilaufsohlenbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluorpolymer ausgewählt ist aus der Gruppe FEP (Polyfluorethylenpropylen), ETFE (Ethylen-T etrafluorethylen-Copolymer), THV (Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Vinylidenfluorid-Copolymer).
3. 3. Skilaufsohlenbelag nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abmischung der genannten Fluorpolymere eingesetzt ist.
4. 4. Skilaufsohlenbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluorpolymer 99 bis 50 Gew. -% des Polymeranteils des Skilaufsohlenbelags ausmacht.
5. 5. Skilaufsohlenbelag nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fluorpolymer anorganische Füllstoffe, wie Pulver oder Fasern auf Kohlenstoff-Basis oder Siliciumdioxid-Basis oder Metall-Basis zugesetzt sind.
6. 6. Skilaufsohlenbelag nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstoffe Nano-füllstoffen oder Nanofasern sind.
7. 7. Skilaufsohlenbelag nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstoffe Nanofasern vom Single-Wall-Typ und / oder vom Multi-Wall-Typ sind.
8. 8. Skilaufsohlenbelag nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanofasern aus Kohlenstoff oder aus Wolframcarbid bestehen.
9. 9. Skilaufsohlenbelag nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Füllstoffe, ausgewählt aus Metalloxiden, Metallnitriden, Metallcarbiden, Metalloxinitriden, Metalloxicarbiden, Metallcarbonitriden, oder deren Mischungen, enthalten sind.
10. 10. Skilaufsohlenbelag nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluorpolymere Stabilisatoren, Farbmittel, Gleitmittel (Wachse) enthalten.
11. 11. Skilaufsohlenbelag nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass verstärkende Flächengebilde auf organischer oder anorganischer Basis, wie beispielsweise Gewebe oder Matten aus Glas-, Kohlenstoff- oder Textilfasern im Polymermaterial des Belages angeordnet sind.
12. 12. Skilaufsohlenbelag nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluorpolymer mittels Elektronenstrahlen vernetzt ist.
13. 13. Skilaufsohlenbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass diese in einem Extrusionsverfahren hergestellt sind.
14. 14. Skilaufsohlenbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass diese in einem Schälverfahren hergestellt sind.
15. 15. Skilaufsohlenbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strukturierung auf der dem Schnee zugewandten Seite vorliegt.
16. 16. Skier mit einem Skilaufsohlenbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 15. Hierzu keine Zeichnungen 8/8