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Die Erfindung betrifft ein Schneegleitbrett, insbesondere einen Alpinski, mit einem Körper aus Kunststoff und zwei seitlichen Stahlkanten, die mit dem Körper formschlüssig verbunden sind, wobei der Körper als ein Spritzgusskörper aus einem Polymer ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Schneegleitbretts.
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Schneegleitbretter der genannten Art sind beispielsweise als Ski in verschiedenen Ausführungen, z.B. Alpinski, Langlaufski, Tourenski oder Monoski, sowie als Snowboards bekannt.
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Ein typisches Schneegleitbrett umfasst eine dreidimensionale tragende Schale und eine Lauffläche. Zwischen Lauffläche und Schale ist ein Kern aufgenommen, der durch einen geeigneten Kunststoffschaum, z.B. PU-Schaum, gebildet wird und zusätzlich mit Einlagen aus Holz oder anderen Materialien versehen sein kann. Die Schale wird durch Formpressen einer Trägerschicht zusammen mit einer Oberflächenschicht aus entsprechenden Flachmaterialien hergestellt. Die Schale sowie die Lauffläche sind zusätzlich durch Obergurte bzw. Untergurte verstärkt. Derartige Schneegleitbrettkonstruktionen erfordern jedoch einen relativ aufwändigen Herstellungsprozess mit einer Vielzahl von zu verbindenden Einzelkomponenten.
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Es ist deshalb bereits seit langer Zeit und mit unterschiedlichen Ansätzen versucht worden, Schneegleitbretter durch ein relativ einfaches Spritzgießen herzustellen, wie dies beispielsweise aus
US 4118051 und
US 2005/0161909 A1 bekannt ist.
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Die durch einfache Spritzgießverfahren hergestellten Schneegleitbretter haben bislang noch nicht hinreichend befriedigende Eigenschaften erreicht, insbesondere was die Stabilität hinsichtlich der beim Einsatz eines Schneegleitbretts typischerweise auftretenden Biege- und Torsionsbelastungen sowie das Rückstellvermögen nach einer Biegebeanspruchung betrifft. Zugleich soll das Schneegleitbrett ein geringes Gewicht besitzen.
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Aus
DE 10 2007 031 873 A1 ist ein Schneegleitbrett gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Dieses Schneegleitbrett besitzt einen Kern aus Kunststoff, der durch Gasinnendruck-Spritzgießen hergestellt wird und der einen oder mehrere Hohlräume aufweist, der/die in Längsrichtung des Schneegleitbretts verläuft/verlaufen, um das Gewicht des Schneegleitbretts zu verringern. Ferner sind zwei seitliche Stahlkanten mit dem Kern formschlüssig verbunden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schneegleitbrett zu schaffen, das bei geringem Gewicht hinsichtlich der genannten Biegebelastungen hinreichend stabil ist und das einfach und kostengünstig herzustellen ist. Ferner soll ein entsprechendes Herstellungsverfahren angegeben werden.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Schneegleitbrett mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch, dass das Schneegleitbrett einen Körper aus Kunststoff und zwei seitlichen Stahlkanten aufweist, die mit dem Körper formschlüssig verbunden sind, wobei der Körper als ein Spritzgusskörper aus einem Polymer ausgebildet ist, in dem eine Vielzahl von zumindest im Wesentlichen homogen verteilten Mikrohohlräumen enthalten ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Schneegleitbrett bildet der Körper eine Mikrozellenstruktur mit einem Kern, der eine Vielzahl von Mikrohohlräumen aufweist, die auch als Mikroporen oder Mikrozellen bezeichnet werden können. Im Vergleich zu einzelnen (wenigen) makroskopischen Hohlräumen, die bei herkömmlichen Schneegleitbrettern gezielt an bestimmten Positionen entlang des Schneegleitbretts mit einer Ausdehnung im Bereich von Zentimetern erzeugt werden, ist eine sehr große Anzahl von Mikrohohlräumen vorgesehen, beispielsweise mit einer Verteilungsdichte in einem Bereich von Milliarden pro Kubikzentimeter. Dies schließt nicht aus, dass der Polymerkörper-je nach Ausgestaltung des Herstellungsverfahrens - eine dünne Hülle mit einer relativ zu dem Kern höheren Massedichte bzw. einer relativ zu dem Kern geringeren Verteilungsdichte der Mikrohohlräume bildet. Der jeweilige Mikrohohlraum ist relativ klein, mit einer Größe im Mikrometerbereich.
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Dadurch, dass die Vielzahl von Mikrohohlräumen eine Mikrozellenstruktur bildet, besitzt das Schneegleitbrett ein geringes Gewicht und dennoch die erwünschte Stabilität. Eine gezielte (zusätzliche) Ausbildung von makroskopischen Hohlräumen ist nicht erforderlich. Eine derartige Mikrozellenstruktur kann auf eine einfache Weise durch ein Verfahren des physikalischen Schäumens unter Verwendung eines gasförmigen Treibmittels hergestellt werden, wie nachfolgend noch erläutert wird. Die Stahlkanten des Schneegleitbretts können hierbei im Rahmen der Herstellung des Polymerkörpers an diesem befestigt werden (durch formschlüssige Verbindung), ohne dass hierfür separate Befestigungsmittel bzw. entsprechende Verfahrensschritte erforderlich sind.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Mikrohohlräume in dem Polymer - wie erläutert zumindest innerhalb eines Kernbereichs des Polymerkörpers - mit einer Verteilungsdichte in einem Bereich von 108 bis 1012 cm-3 vorgesehen (Anzahl pro Kubikzentimeter).
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Gemäß einer Ausführungsform besitzen die Mikrohohlräume einen Durchmesser im Bereich von 0,5 µm bis 200 µm, insbesondere im Bereich von 2 µm bis 100 µm.
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Vorzugsweise besitzen die Mikrohohlräume eine zumindest im Wesentlichen einheitliche Größe, wobei der Durchmesser von beispielsweise zumindest 80 % der Mikrohohlräume um einen Faktor von maximal 100 voneinander unterscheidet.
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Gemäß einer Ausführungsform weist jede der zwei Stahlkanten wenigstens einen Verankerungsabschnitt auf, der von dem Polymerkörper umspritzt ist, um die genannte formschlüssige Verbindung zu bilden. Beispielsweise können die Stahlkanten Lochstreifenabschnitte aufweisen, um eine feste Verbindung mit dem Körper zu gewährleisten.
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Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch die Merkmale des Anspruchs 5 gelöst, und insbesondere durch ein Verfahren zur Herstellung eines Schneegleitbretts, insbesondere eines Alpinskis, das einen Körper aus Kunststoff aufweist und das insbesondere nach einer der vorstehend erläuterten Ausführungsformen ausgebildet ist, mit den folgenden Schritten:
- - Bereitstellen einer Gießform und Einlegen zumindest von zwei Stahlkanten in die Gießform;
- - Erzeugen einer Schmelze eines Polymers;
- - Injizieren eines im überkritischen Aggregatzustand befindlichen Treibmittels in die Schmelze;
- - Mischen der mit dem Treibmittel beladenen Schmelze derart, dass das Treibmittel zumindest im Wesentlichen homogen verteilt wird und im überkritischen Aggregatzustand gehalten wird; und
- - Einspritzen der Schmelze in die Gießform unter Verringerung des Drucks, so dass das Treibmittel die Schmelze expandiert und hierdurch eine Vielzahl von zumindest im Wesentlichen homogen verteilten Mikrohohlräumen in dem Polymer bildet, bevor oder während dieses erstarrt, wobei das Polymer eine formschlüssige Verbindung mit den Stahlkanten eingeht.
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Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird die erläuterte Struktur von Mikrohohlräumen (Mikrozellenstruktur) durch Verwendung eines Treibmittels erzeugt, das im geschmolzenen Zustand des Polymers diesem in einem überkritischen Aggregatzustand zugeführt wird, wobei das Treibmittel in die (rein) gasförmige Phase übergeht, nachdem das mit dem Treibmittel beladene Polymer in die Gießform eingespritzt worden ist. Hierdurch wird das Polymer expandiert, wobei die genannte Vielzahl von Mikrohohlräumen gebildet wird.
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Bei dem Herstellungsverfahren wird eine Gießform verwendet, in die zumindest zwei Stahlkanten (und optional weitere Komponenten des Schneegleitbretts, wie nachfolgend noch erläutert wird) eingelegt werden. In einer zugeordneten Spritzmaschine, beispielsweise einem Mischschneckenextruder, wird eine Schmelze eines Polymers erzeugt. Bei diesem Vorgang des Plastifizierens ist die Temperatur der Schmelze abhängig von dem verwendeten Polymer und kann beispielsweise im Bereich von 200 °C bis 230 °C liegen.
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In die Polymerschmelze wird mittels eines Injektors ein Treibmittel injiziert (beispielsweise Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid), welches sich im überkritischen Aggregatzustand befindet. Die Eigenschaften eines Stoffes im überkritischen (bzw. superkritischen) Aggregatzustand liegen zwischen denen von Gas und Flüssigkeit; in diesem Zustand spricht man auch von einem superkritischen Fluid. Der überkritische Aggregatzustand wird für Kohlenstoffdioxid bei einer Temperatur von mehr als ca. 31 °C und bei einem Druck von über ca. 74 bar erreicht, für Stickstoff bei einer Temperatur von mehr als ca. -147 °C und bei einem Druck von über ca. 34 bar. In diesem Zustand kann das Treibmittel in der Polymerschmelze gelöst werden.
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Die mit dem Treibmittel beladene Schmelze wird derart gemischt, dass das Treibmittel in der Schmelze zumindest im Wesentlichen homogen verteilt wird und hierbei im überkritischen Aggregatzustand gehalten wird. Dieses Mischen bzw. Homogenisieren der Schmelze kann in einem Mischbereich des genannten Mischschneckenextruders erfolgen. Somit liegt nun eine zumindest im Wesentlichen einphasige Treibmittel-/Polymerlösung vor.
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Nachfolgend wird die Schmelze mitsamt dem darin gelösten Treibmittel in die Gießform eingespritzt, wobei vorzugsweise lediglich ein relativ zu dem Innenvolumen der Gießform reduziertes Volumen von Schmelze in die Gießform eingefüllt wird. Aufgrund des Verlassens der Spritzgießmaschine und des Eintretens in die Gießform erfährt die Schmelze einen rapiden Druckabfall. Hierfür kann die Gießform zumindest im Wesentlichen drucklos gehalten sein, oder in der Gießform ist ein relativ geringer Gegendruck vorgesehen, wie nachfolgend noch erläutert wird. Infolge der Verringerung des Drucks in der Schmelze expandiert das darin gelöste, zuvor im überkritischen Aggregatzustand gehaltene und nun in den gasförmigen Aggregatzustand übergehende Treibmittel das Polymer. Hierdurch wird die Gießform vollständig ausgefüllt, und das Treibmittel bildet eine Vielzahl von zumindest im Wesentlichen homogen verteilten Mikrohohlräumen in dem Polymer, bevor und/oder während dieses erstarrt. Durch das Aufschäumen und das nachfolgende Erstarren des Polymers wird also eine Zellnukleierung innerhalb des Polymers bewirkt, um die Mikrohohlräume bzw. Mikrozellen zu bilden. Hierdurch erhält der Körper des Schneegleitbretts die erwünschte leichte und stabile Mikrozellenstruktur.
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Da das Polymer sich vor dem Erstarren innerhalb der Gießform frei verteilen kann, geht das Polymer zudem eine formschlüssige Verbindung mit den in die Gießform eingelegten Stahlkanten ein. Somit kann unter Verwendung einer einzigen Gießform der Körper des Schneegleitbretts zugleich hergestellt und mit den Stahlkanten verbunden werden.
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Im Ergebnis ist bei dem Schneegleitbrett kein kompakter Schaumkern mit einem oder mehreren darin ausgebildeten makroskopischen Hohlraum/Hohlräumen vorgesehen, sondern der Körper des Schneegleitbretts zeichnet sich durch eine Vielzahl von fein verteilten mikroskopischen Hohlräumen aus. Hierdurch wird ein geringes Gewicht des Körpers bei vorteilhaft hoher Stabilität gegenüber Biege- und Torsionsbelastungen erreicht, die im Unterschied zu der Ausbildung von makroskopischen Hohlräumen in im Wesentlichen sämtlichen Richtungen, d.h. omnidirektional, gegeben ist. Ein derartiges Schneegleitbrett lässt sich aus wenigen Komponenten herstellen, so dass auch die Anzahl der Fertigungsschritte reduziert ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Anteil des Treibmittels in der mit dem Treibmittel beladenen Schmelze in einem Bereich von ca. 0,5 bis 2,0 Masseprozent, insbesondere in einem Bereich von ca. 1,4 bis 1,8 Masseprozent. Durch die Menge des in die Polymerschmelze injizierten und darin gelösten Treibmittels kann die Verteilungsdichte der Mikrohohlräume in dem Polymerkörper beeinflusst werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann, wie bereits erwähnt, als Treibmittel Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid verwendet werden.
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Hinsichtlich des verwendeten Polymers kann eine Vielzahl von Materialien zum Einsatz gelangen, beispielsweise Polyamid oder Polypropylen.
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Gemäß einer Ausführungsform weisen die Mikrohohlräume in dem erstarrten Polymer eine Größe im Bereich von 0,5 µm bis 200 µm auf, insbesondere im Bereich von 2 µm bis 100 µm. Dieser Wert kann durch den Druck der Polymerschmelze mitsamt dem darin gelösten, im überkritischen Aggregatzustand befindlichen Treibmittel gesteuert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Mikrohohlräume in dem erstarrten Polymer mit einer Verteilungsdichte in einem Bereich von 108 bis 1012 cm-3 vorgesehen. Dieser Wert kann durch die Menge des in die Polymerschmelze injizierten Treibmittels gesteuert werden.
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Gemäß einer vorteilhaft einfachen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird die Schmelze nach dem Einspritzen in die Gießform nicht mit einem äußeren Nachdruck beaufschlagt. Hierauf kann verzichtet werden, sofern das Treibmittel aufgrund seines Übergangs von dem überkritischen in den gasförmigen Aggregatzustand einen ausreichenden internen Nachdruck erzeugt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaft einfachen Ausführungsform wird das Schneegleitbrett ohne separaten Laufflächenbelag hergestellt, wobei die Unterseite des Polymerkörpers als Lauffläche des Schneegleitbretts dient. Dementsprechend wird bei dieser Ausführungsform kein unterseitiger Laufflächenbelag in die Gießform eingelegt oder nachträglich an dem Polymerkörper befestigt.
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Um an der Unterseite des gebildeten Polymerkörpers trotz der Mikrozellenstruktur eine ausreichend glatte, als Lauffläche des Schneegleitbretts geeignete Oberfläche zu erzeugen, ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass zumindest entlang des entsprechenden Bereichs der Gießform vor dem Einspritzen der Polymerschmelze in die Gießform ein Gaspolster gebildet wird (z.B. aus Stickstoff), gegen welches die Schmelze eingespritzt wird, wobei während des Erstarrens des Polymers eine Entgasung des Gegendrucks durchgeführt wird. Hierdurch kann die Bildung der Mikrohohlräume an einer Hülle des Polymerkörpers relativ zu einem Kernbereich verringert werden; die Oberfläche erhält eine höhere Massedichte und wird glatter.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine Verringerung der Anzahl von Mikrohohlräumen an der Oberfläche der unterseitigen Lauffläche des Schneegleitbretts dadurch bewirkt werden, dass die Gießform zumindest entlang des entsprechenden Bereichs (also welcher der Unterseite des Schneegleitbretts entspricht) vor dem Einspritzen und/oder während des Einspritzens der Schmelze in die Gießform erwärmt wird. Durch eine derartige Temperatursteuerung ist es möglich, den Vorgang des Aufschäumens des Polymers infolge des Übergangs des Treibmittels von dem überkritischen in den gasförmigen Aggregatzustand zu beeinflussen und insbesondere die Bildung der Mikrohohlräume an der Oberfläche lokal zu verringern.
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Es ist allerdings grundsätzlich auch möglich, entsprechend den Stahlkanten in die Gießform auch einen separaten Laufflächenbelag einzulegen und diesen durch das Einspritzen und nachfolgende Erstarren der Schmelze mit dem Polymerkörper zu verbinden. Alternativ kann ein Laufflächenbelag auch nachträglich angebracht werden, beispielsweise durch Verkleben.
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Ebenso ist es gemäß einer Ausführungsform möglich, dass vor dem Einspritzen der Schmelze ferner ein Spitzenstück, ein Endstück und/oder eine oberseitige Schale in die Gießform eingelegt werden, mit dem/der/denen das Polymer beim Erstarren - ebenso wie mit den Stahlkanten - ebenfalls eine formschlüssige Verbindung eingeht. Insbesondere ist es möglich, dass ein jeweiliger Verankerungsabschnitt eines Spitzenstücks und/oder eines Endstücks des Schneegleitbretts von dem Polymerkörper umspritzt ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Schneegleitbrett ohne integrierte Begurtung und ohne entlang der Länge des Schneegleitbretts verlaufende integrierte Stabilisierungseinlagen gebildet. Es hat sich gezeigt, dass bereits ohne derartige zusätzliche Komponenten eine hinreichende Stabilität des Polymerkörpers erzeugt werden kann. Die damit reduzierte Anzahl von zu verarbeitenden Komponenten beschleunigt und verbilligt die Herstellung des Schneegleitbretts.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Körper des Schneegleitbretts integrierte Befestigungsabschnitte zur Befestigung einer Bindung aufweisen. Hierdurch wird eine zuverlässige und einfache Befestigung der Bindung mit dem Schneegleitbrett ohne nachträglich anzubringende Befestigungselemente gewährleistet.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:
- 1 einen Längsschnitt eines Schneegleitbretts;
- 2 einen Querschnitt des Schneegleitbretts von 1 entlang der Ebene II-II;
- 3 eine Detailansicht des Bereichs III von 2.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Schneegleitbrett 10 in Form eines Skis im Längsschnitt. Das Schneegleitbrett 10 umfasst einen Körper 14, dessen Unterseite bei der hier gezeigten Ausführungsform zugleich die Lauffläche des Schneegleitbretts 10 bildet. Der Körper 14 ist ein formstabiler Spritzgusskörper aus einem Polymer, in dem eine Vielzahl von Mikrohohlräumen gebildet ist, wie nachfolgend noch anhand von 3 erläutert wird.
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2 zeigt einen Querschnitt durch das Schneegleitbrett 10 von 1 entlang einer Ebene II-II. An die unterseitige Lauffläche schließen sich seitlich zwei Stahlkanten 20 an, die Verankerungsabschnitte 22 aufweisen, über welche die Stahlkanten 20 mit dem Körper 14 formschlüssig verbunden sind.
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Wie erneut mit Bezug auf 1 ersichtlich ist, umfasst das Schneegleitbrett 10 ferner ein Spitzenstück 34 und ein Endstück 36.
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3 zeigt in einer stark vergrößerten Ansicht den Bereich III von 2. Zu erkennen ist eine Vielzahl von im Wesentlichen homogen verteilten Mikrohohlräumen 40. Die Mikrohohlräume 40 besitzen eine zumindest im Wesentlichen einheitliche Größe, mit einem Durchmesser im Mikrometerbereich (vgl. den beispielhaft angetragenen Maßstab). Die Mikrohohlräume 40 sind nahe zueinander angeordnet, sodass sich eine hohe Verteilungsdichte der Mikrohohlräume 40 in der Grö-ßenordnung 108 bis 1012 cm-3 ergibt.
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Aufgrund der Ausgestaltung mit der Vielzahl von Mikrohohlräumen 40 besitzt das Schneegleitbrett 10 ein geringes Gewicht und dennoch eine hohe Stabilität.
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Die Herstellung des Schneegleitbretts 10 kann auf einfache Weise gemäß dem vorstehend erläuterten Verfahren erfolgen, wobei die Struktur von Mikrohohlräumen 40 durch Verwendung eines Treibmittels erzeugt wird, das im geschmolzenen Zustand des Polymers diesem in einem überkritischen Aggregatzustand zugeführt wird, um eine homogene Einphasenlösung zu bilden, und wobei das Treibmittel in den gasförmigen Aggregatzustand übergeht, nachdem das mit dem Treibmittel beladene Polymer in eine Gießform eingespritzt worden ist. Hierdurch wird das Polymer expandiert, wobei die Vielzahl von Mikrohohlräumen 40 gebildet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schneegleitbrett
- 14
- Körper
- 20
- Stahlkante
- 22
- Verankerungsabschnitt
- 34
- Spitzenstück
- 36
- Endstück
- 40
- Mikrohohlraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4118051 [0004]
- US 2005/0161909 A1 [0004]
- DE 102007031873 A1 [0006]
