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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Gleitkörper nach dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Es
sind verschiedene Gleitkörper mit Gleitflächen
bekannt, die beispielsweise im Zusammenhang mit Schlitten oder Skiern
anwendbar sind. Zumeist wurden diese bekannten Gleitflächen
in Querrichtung gesehen geradlinig ausgestaltet. Es sind auch in
der Gleitfläche in der Gleitrichtung verlaufende Führungsrillen,
z. B. im Zusammenhang mit Skiern bekannt. Aus der
DE 25 28 842 A1 ist es bekannt zur
Richtungsstabilisierung, zum Lenken und und zum Bremsen in der Gleitrichtung
verlaufende Erhöhungen in der Form von Schienen vorzusehen.
Aus der
DE 10
2004 046 988 A1 ist zum Beispiel ein Gleitkörper
in der Form eines Brettschlittens bekannt, bei dem in der Gleitrichtung
verlaufende Stahlkanten in einer Ebene so angeordnet sind, dass
sie sich etwas oberhalb einer Schneeoberfläche befinden,
wenn der Brettschlitten auf dieser gleitet. Um dies zu erreichen, befindet
sich zwischen den Stahlkanten quer zur Gleitrichtung gesehen im
mittleren Bereich eine über die Ebene der Stahlkanten in
Richtung auf die Schneeoberfläche vorstehende Gleitfläche.
Auf diese Weise soll es ermöglicht werden, den Brettschlitten
durch Schrägstellen manuell zu steuern.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Gleitkörper
so auszugestalten, dass er beim Gleiten auf variablem Untergrund
eine möglichst hohe Geschwindigkeit bei einer großen Kippstabilität
quer zur Gleitrichtung erreicht.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Gleitkörper mit den Merkmalen
des Patentanspruches 1 erreicht.
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Der
wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
der vorliegende Gleitkörper durch eine spezielle druck-
und strömungsspezifische Gestaltung quer zur Gleitrichtung
eine maximale Kippstabilität und gleichzeitig eine maximale Gleitgeschwindigkeit
ermöglicht. Auf einem vergleichsweise „leichten"
Untergrund, beispielsweise auf Pulverschnee, kann der vorliegende
Gleitkörper vorteilhafter Weise mit einer hohen Geschwindigkeit gleiten,
weil sich im Bereich der Gleitfläche ansammelnder Schnee
automatisch fortlaufend durch einen speziellen Ableitungsbereich
aus dem Bereich der Gleitfläche abgeführt wird.
Im Ableitungsbereich herrschen wegen des großen Abstandes
zwischen der Gleitfläche und dem Untergrund der geringste Pressdruck
und daher der geringste Auftrieb. Dadurch wird der Gleitkörper
in Bezug auf die Gleitachse kippstabil. Gleichzeitig ist die Gleitfläche
auch so gestaltet, dass bremsend wirkende Schneeansammelungen im
Bereich der Gleitfläche vermieden werden. Durch den zuvor
genannten, im mittleren Bereich der Gleitfläche angeordneten
Ableitungsbereich, der vom Untergrund am weitesten entfernt ist und
in dem eine relativ große Schneemenge eintreten kann, wird
beim Gleiten des Gleitkörpers zudem eine hohe Stabilität
und Führung in Bezug auf den Untergrund erreicht. Durch
einen speziellen Übergangsbereich zwischen jeweils einer
Lauffläche und dem Ableitungsbereich wird erreicht, dass
Schneemengen von den Laufflächen in Richtung auf den Ableitungsbereich
ohne unerwünschte und bremsend wirkende Pressungen befördert
werden. Ebenso verhindert der spezielle Übergangsbereich
bei wechselnden Dichten des Untergrundes ein plötzliches Einbrechen
des Gleitkörpers und damit einen Kontroll- und Geschwindigkeitsverlust,
da er kontrolliert den Druck von der Lauffläche in Richtung
auf den Ableitungsbereich ableitet.
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Besonders
vorteilhaft ist die Anordnung des erfindungsgemäßen
Gleitkörpers bei einem Schlitten, der dann die geschilderten
Vorteile beim Fahren im Schnee erreicht. Der vorliegende Gleitkörper
ist auch als Anbauteil für bekannte Schlitten denkbar. Dadurch
werden die Schlitten vorteilhafte Weise tiefschneetauglich. Es ist
jedoch auch denkbar, den vorliegenden Gleitkörper zum Beispiel
in Verbindung mit der Gestaltung einer Lauffläche eines
Skis vorteilhaft anzuwenden. Andere Anwendungen sind überall
dort möglich, wo ein schnelles und stabiles Gleiten bei
einer guten Führung auf einem Untergrund gewünscht wird.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
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Im
folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit den Figuren näher
erläutert. Es zeigen:
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1 und 2 in
schematischen Darstellungen beispielhaft einen Schlitten mit dem
vorliegenden Gleitkörper;
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3 zur
Erläuterung der Funktion der Erfindung einen Querschnitt
quer zur Gleitrichtung durch die Gleitfläche des vorliegenden
Gleitkörpers;
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4 eine
Anwendung des erfindungsgemäßen Gleitkörpers
als Ski; und
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5 und 6 Weiterbildungen
der Erfindung.
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Zu
der Erfindung führten die folgenden Überlegungen.
Bei den bekannten Anordnungen wurde stets von einem homogenen, harten
Gleituntergrund ausgegangen. Demgemäß dienen alle
bekannten Ausgestaltungen von Gleitflächen der Spurführung sowie
dem Lenken und Bremsen. Um eine hohe Geschwindigkeit zu erreichen
wurden nur die Reibung beim Gleiten auf dem Untergrund, abhängig
von dem Reibungskoeffizienten der Gleitfläche beachtet.
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Diese
eingeschränkte Betrachtungsweise ist für viele
Aufgabenbereiche (z. B. im Zusammenhang mit Schlittschuhkufen) völlig
ausreichend, stößt jedoch, wie dies im Rahmen
der vorliegenden Erfindung erkannt wurde, bei komplexeren Untergrundarten
an ihre Grenze, wie dies nachfolgend im Zusammenhang mit Schnee
als Untergrund näher erläutert wird. Schnee weist
die höchste Varianz der Dichte, von extrem „leichten
Schnee" (Pulverschnee) bis hin zu extrem „schweren Schnee"
und Eis, auf und stellt somit die höchsten Anforderungen
an eine Gleitfläche, weil diese so ausgestaltet sein soll,
dass sie auf völlig unterschiedlichen Schneearten schnell
gleitet.
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Eine
entsprechende Betrachtung gilt natürlich auch für
einen Untergrund aus Sand, Erde, Matsch und Wasser.
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Beim
Gleiten in „leichtem" Schnee (Pulverschnee) sinkt der Gleitkörper
ein und wird er vom Schnee umgeben. Der Vortrieb wird hier hauptsächlich
vom Strömungswiderstand (vergleichbar mit dem Luftwiderstand
beim Auto, nur sehr viel stärker) behindert.
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Diese
Tatsache wurde bei Gleitkörpern bis jetzt nur an den Stirnflächen
und längs der Gleitachse beachtet. So sind Skier vorne
aufgebogen. Die Gleitfläche wurde bislang aber quer zur
Gleitrichtung stets gerade ausgebildet. Dies hat bei schmalen Körpern auch
keine Nachteile, besonders wenn keine Kippstabilität verlangt
wird, wie dies beispielsweise beim Gleiten auf zwei Skiern der Fall
ist.
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Eine
hohe Gleitgeschwindigkeit wird durch geringe Reibung des Gleitkörpers
auf dem Untergrund erreicht. Die Reibung ist dabei abhängig
vom Reibungskoeffizienten zwischen dem Untergrund und der Gleitfläche
sowie vom Anpressdruck. Obwohl bei der klassischen Physik die Größe
des Gleitkörpers keinen Einfluss auf die Reibkraft hat
(Amontonssche Gesetze) sieht man in der Praxis, dass dies sehr wohl
der Fall ist. Beispielsweise laufen lange Skier besser als kurze.
Die Erklärung dafür ist, dass weniger Verformungsarbeit
geleistet wird. So ist der Rollwiderstand bei gleichem Luftdruck
bei dicken Luftreifen geringer als bei dünnen. Die Kontaktfläche zum
Untergrund ist bei dicken Reifen größer, der Reifen
muss sich also nicht so weit verformen, wie dies bei dünnen
Reifen der Fall ist. Die Walkarbeit ist also geringer. Dadurch steht
mehr Energie für den Vortrieb zur Verfügung, der
Rollwiderstand ist kleiner.
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Je
kleiner die Kontaktfläche, desto höher der Druck
und desto größer die Verformung des Untergrundes.
Die Gleitgeschwindigkeit wird umso langsamer.
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Der
weitaus größere Geschwindigkeitsverlust tritt
durch das Einsinken bei „leichtem" Untergrund ein. Das
verdrängte Material (Schnee) muss in jeder Einsinktiefe
ungehindert abfließen können, sonst entsteht ein
Staudruck an der Stirnfläche. Beim „Durchpflügen"
des Schnees entsteht ein Strömungswiderstand, der durch
eine geeignete Formgebung zu minimieren ist.
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Gleitet
ein Körper durch den Schnee, so verschiebt sich der Schnee
nicht nur längs der Gleitachse, sondern auch quer zu dieser.
Gut sichtbar ist dies an einer Schneeerhöhung neben der
Gleitspur. Für ein kontrollierbares Gleitverhalten ist
daher wichtig, dass der Gleitkörper bei einer Veränderung
der Untergrunddichte nicht ruckartig auf diese reagiert. Dies wird
durch kontinuierliches Vergrößern der Gleitfläche
von unten her erreicht.
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All
diese Eigenschaften würde ein Schiffsrumpf erfüllen.
Dieser ist aber nicht quer zur Gleitachse kippstabil. Ebenso ist
ein Gleitkörper mit gerade verlaufender Gleitfläche
quer zur Gleitachse nicht genügend kippstabil. Hier ist
zwar der Druck auf „schwerem" Untergrund gleichmäßig über
die Breite verteilt. Kommt dieser Gleitkörper jedoch in
einen „leichten" Untergrund, wird der Schnee mittig gepresst.
An den äußeren Rändern der Gleitfläche
kann der Schnee aber ausweichen. Neben der „Spur" verdichtet
sich der Schnee. Der Auftrieb und der Druck sind also mittig am
größten.
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Soll
ein Gleitkörper quer zur Gleitachse sehr kippstabil sein,
so muss der höchste Druck erfindungsgemäß immer beidseitig,
d. h. also beidseitig der Gleitachse, möglichst weit außen
vorliegen. Dies ist zum Beispiel bei einem Schlitten gegeben. Dieser sinkt
aber bei „leichtem" Untergrund sehr weit ein, da er an
den Kufen einen sehr hohen Druck erzeugt. Auch bei der strömungsgünstigeren
Form eines umgedrehten U-Pofils kann der Schnee zwischen den Schenkeln
nicht abfließen und wird komprimiert. Dies erhöht
extrem die Reibung und macht ihn für „leichten"
Untergrund unbrauchbar.
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Zusammenfassend
kann gesagt werden, dass jede Arbeit, die in die Verformung von
Schnee gesteckt wird, den Vortrieb und die Gleitgeschwindigkeit
behindert.
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Im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wurde daher erkannt,
dass eine Gleitfläche so gestaltet sein muss, dass sie
bei jeder Einsinktiefe eine minimale Verformungsarbeit leistet.
Dies gilt sowohl in Längs- als auch in Querrichtung. Da
sich die Anforderungen an die Geschwindigkeit und an die Kippstabilität
widersprechen, muss versucht werden, diesen Widerspruch durch eine
spezielle Gestaltung der Gleitfläche quer zur Gleitrichtung
so weit wie möglich zu beseitigen.
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Im
folgenden wird der erfindungsgemäße Gleitkörper
zunächst beispielhaft im Zusammenhang mit einem Schlitten
erläutert, wie er aus der
DE 198 05 505 B4 bekannt ist. Dieser Schlitten
1 umfasst
gemäß
1 im Wesentlichen ein Unterteil
2 in
der Form eines wannenförmigen Hartschalenteiles, ein Oberteil
3 und
ein Tragegestell
4 mit Tragegurten
5, das lösbar
mit dem Schlitten
1 verbindbar ist. Das Unterteil
2 und
das Oberteil
3 umschließen dabei einen Packraum
des Schlittens
1, in dem verschiedene Gegenstände,
wie beispielsweise Kleidungsstücke und Nahrungsmittel,
mitgeführt werden können. Das Unterteil
2 weist
an seiner Unterseite in der Querrichtung des Schlittens
1 gesehen
voneinander beabstandete Kufenteile bzw. Laufflächen
6 auf.
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Erfindungsgemäß weist
dann, wenn ein derartiger Schlitten 1 im Zusammenhang mit
der vorliegenden Erfindung verwendet werden soll, das Unterteil 2 die
Form des erfindungsgemäßen Gleitkörpers 10 auf.
Die 3 zeigt einen quer zur Gleitrichtung durch das
Unterteil 2 verlaufenden Schnitt. Dabei umfasst die dem
Untergrund, vorzugsweise einer Schneelage 12 zugewandte
Seite bzw. Gleitfläche des Gleitkörpers 10 im
Wesentlichen die beiden in Querrichtung voneinander beabstandeten
und jeweils in Längsrichtung des Gleitkörpers 10 verlaufenden
Laufflächen 11, die beim Gleiten des Gleitkörpers 10 auf
der Schneelage 12 aufliegen. Etwa in der Mitte zwischen
den Laufflächen 11 befindet sich ein von der Schneelage 12 beabstandeter
mittlerer konkaver Ableitungsbereich 13, der etwa bogenförmig, beispielsweise
kreisförmig, verläuft und in der Mitte des Abstandes
zwischen den Laufflächen 11 von der Schneelage 12 die
größte Entfernung d1 von der Schneelage 12 besitzt.
Zwischen jeder Lauffläche 11 und dem Ableitungsbereich 13 befindet
sich ein Übergangsbereich 14, der jeweils ausgehend
von einer inneren Kante der Lauffläche 11 von
der Schneelage 12 weg geradlinig schräg (gepunktete
Linie) oder bogenförmig (durchgezogene Linie) zum Ableitungsbereich 13 verläuft.
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Von
entscheidender Bedeutung ist es, dass der vorliegende Gleitkörper 10 die
drei zuvor geschilderten Bereiche, nämlich die Laufflächen 11,
die Übergangsbereiche 14 und den Ableitungsbereich 13 in
der beschriebenen Form aufweist. Dadurch wird sichergestellt, dass
in dem zwischen den Laufflächen 11 angeordneten
konkaven Bereich 15 eindringender Schnee der Schneelage 12 fortlaufend
in den Ableitungsbereich 13 befördert und aus
diesem in der Bewegungsrichtung des Gleitkörpers 10 gesehen
nach hinten abgeführt wird. Durch den in den Raum 15 eindringenden
Schnee wird im Ableitungsbereich 13 zudem eine besonders
effektive und gute Führung des Gleitkörpers 10 erreicht.
Durch die Auflage der Laufflächen 11 auf der Schneelage 12 wird
eine große Stabilität des Gleitkörpers 10 beim
Gleiten auf der Schneelage 12 erreicht. Der in den Raum 15 eindringende
Schnee wird fortlaufend aus den Übergangsbereichen 14 in
der Richtung des Pfeils P in den Raum des Ableitungsbereiches 13 geführt,
ohne dass es zu irgendwelchen Zusammenballungen oder Pressungen
von Schneemassen kommen könnte, die eine nicht erwünschte
Bremswirkung zur Folge haben könnten. Aus diesem Grunde
sind die Übergänge zwischen den Übergangsbereichen 14 und den
Außenkanten des Ableitungsbereiches 13 vorzugsweise
jeweils durch konvexe Abrundungen gebildet.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die Laufflächen 11 entweder
ganz (siehe linke Seite der 3) oder
teilweise (siehe rechte Seite der 3) mit Metallkanten
oder Metallbändern 16, die vorzugsweise aus Stahl
bestehen, belegt sein können. Die Laufflächen 11 und/oder
die Metallbänder 16 können in Querrichtung
gesehen schräg nach außen oder innen gestellt
sein.
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Neben
der geschilderten Verwendung des vorliegenden Gleitkörpers 10 im
Zusammenhang mit einem Schlitten 1 ist es gemäß 4 auch
denkbar, die Unterseite eines Skis 17 durch den vorliegenden Gleitkörper
zu bilden. Ein mit der einem derartigen Gleitkörper 10 anstelle
der derzeit üblichen Skilaufflächen ausgerüsteter
Ski 17 weist ebenfalls die oben geschilderten Vorteile
einer hohen Geschwindigkeit bei einer großen Stabilität
auf. Andere Anwendungen des vorliegenden Gleitkörpers 10,
zum Beispiel als skiartiger Gleit-, Führungs- und Lenkkörper
bei Schneefahrzeugen, sind denkbar.
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Die 5 zeigt
eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der in Querrichtung nebeneinander
mehrere, beispielsweise zwei Gleitflächen vorgesehen sind,
die jeweils zwei in Querrichtung voneinander beabstandete, in Längsrichtung
verlaufende und auf dem Untergrund gleitbar aufliegende Laufflächen 11, 11 besitzt,
wobei sich zwei benachbarte Gleitflächen eine Lauffläche 11 teilen.
Jede Lauffläche 11 kann eine Metallkante 16 besitzen.
Es ist auch denkbar, dass die zwischen den äußeren
Laufflächen 11, 11 liegenden Laufflächen
zum Untergrund 12 Kontakt haben oder zum Untergrund 12 keinen
Kontakt haben und vorzugsweise geradlinig, rund oder spitz ausgebildet
sind.
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Gemäß 6 ist
es auch denkbar, den zwischen zwei Laufflächen 11, 11 angeordneten,
konkaven Ableitungsbereich 13 durch eine flexible, in Längsrichtung
verlaufende Metallbahn 13 zu bilden, die an den inneren
Kantenbereichen der Laufflächen 11, 11 befestigt
ist und beim Gebrauch des Gleitkörpers konkav auswölbt
ist, um den Ableitungsbereich 13 und auch die Übergangsbereiche 14, 14 zu
bilden. Auch hierbei können die Laufflächen 11 Metallkanten 16 besitzen.
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Es
ist auch denkbar, den erläuterten Gleitkörper
an einem Schlitten zu montierten, wobei die Kufen des Schlittens
die Laufflächen 11, 11 bilden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 2528842
A1 [0002]
- - DE 102004046988 A1 [0002]
- - DE 19805505 B4 [0026]