EP3248660A1 - Laufflächennahe pcm schicht in der verbundstruktur eines gleitbretts (ski) - Google Patents

Laufflächennahe pcm schicht in der verbundstruktur eines gleitbretts (ski) Download PDF

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EP3248660A1
EP3248660A1 EP17171561.8A EP17171561A EP3248660A1 EP 3248660 A1 EP3248660 A1 EP 3248660A1 EP 17171561 A EP17171561 A EP 17171561A EP 3248660 A1 EP3248660 A1 EP 3248660A1
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EP
European Patent Office
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layer
pcm
phase change
board according
gliding board
Prior art date
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EP17171561.8A
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EP3248660B1 (de
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Benjamin Redlingshöfer
Martin GEIßENHÖNER
Sabine Riede
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Smartpolymer GmbH
Original Assignee
Smartpolymer GmbH
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63C—SKATES; SKIS; ROLLER SKATES; DESIGN OR LAYOUT OF COURTS, RINKS OR THE LIKE
    • A63C5/00—Skis or snowboards
    • A63C5/12—Making thereof; Selection of particular materials
    • A63C5/126—Structure of the core
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63C—SKATES; SKIS; ROLLER SKATES; DESIGN OR LAYOUT OF COURTS, RINKS OR THE LIKE
    • A63C5/00—Skis or snowboards
    • A63C5/04—Structure of the surface thereof
    • A63C5/056—Materials for the running sole

Definitions

  • the invention relates to a heat-regulating layer in the composite structure of a sliding board (ski, snowboard).
  • This thermal control layer is disposed between the topping layer and the top layer (s).
  • the object of the invention is to regulate the temperature of the running surface of the lining layer and thus to improve the sliding properties and reduce material wear. This goal is achieved by integrating phase change materials and thermal conductivity additives into the thermal control layer.
  • the sliding action between the ski tread and the snow is a complex process. It is known that, due to the frictional heat generated during the sliding process, snow crystals melt locally and a film of water can form between the running surface and the snow surface. Such a water film acts to promote sliding, but at higher speeds and thus higher frictional heat can also lead to an undesirable "suction effect", which adversely affects the sliding speed.
  • the aim of the invention is the regulation of the temperature of the running surface of the coating layer.
  • EP 538 185 is a sintered PE ski coating described which contains additives with increased thermal conductivity and additional additives to improve the sliding properties, which have a melting temperature in the range between -20 ° C and +10 ° C.
  • a disadvantage of this solution is that the additives adhere to the tread surface and are removed by the friction on the snow crystals during use.
  • the invention has for its object to regulate the temperature of the running surface so that on the one hand at high snow temperatures (eg from 0 to -8 ° C) achieved a good thermal conductivity and, accordingly, the "suction effect" is avoided, and on the other hand especially in the startup phase and in medium-cold snow conditions (about -8 ° C to -20 ° C) the desired generation of a water film is ensured in this area. Also, at high temperatures on the running surface and at the edges, which results from the friction on the snow crystals, a large part of this heat is carried away and in particular at the edges damage to the material can be prevented. In addition, this effect should be guaranteed even after prolonged use. Additives must be incorporated in such a way that the mechanical function of the ski is maintained. According to the invention, this object is achieved primarily according to the characterizing part of the patent claims.
  • the composite structure comprises one or more upper layers (1), the thermal regulation layer (2) containing phase change materials and thermal conductivity additives and the coating, ie the running surface (3).
  • the thermoregulation layer (2) is located between pad (3) and the upper layer or layers (1).
  • the heat-regulating layer is therefore a layer close to the running surface.
  • the lining layer (3) is characterized by a high thermal conductivity. This is achieved by the addition of additives with high thermal conductivity or the use of materials with high thermal conductivity. Since the heat-regulating layer also has an increased thermal conductivity, according to the invention the conduction of frictional heat to the surface or from the running surface to the heat-regulating layer (3) is generally improved.
  • the addition of an additive that at one or more known points from the solid into the liquid phase and thereby absorbs heat energy or heat when solidified ensures that the thus stored phase transformation energy is released at the running surface, as soon as Surface temperature of the tread falls below the melting point of the additive.
  • this phase change material absorbs excess heat from the running surface or edges and transports it through the thermal conductivity additives in that direction.
  • the thermal properties of the running surface can be influenced in such a way that they can be adapted practically as desired to the desired properties of a sliding board.
  • the thermal behavior of a sliding board can be influenced by various factors in the context of this invention.
  • phase change materials in the context of this invention are preferably compounds of phase change material in one Plastic matrix.
  • encapsulated or supported phase change materials or pure phase change materials in raw form or in pure form are also suitable.
  • PCM for the absorption of "surplus heat" u.a.
  • edge region the use of PCM is advantageous, which have a phase change in the range of +20 to +85 ° C.
  • the PCM contents in the matrix of the PCM-containing heat-regulating layer are between 30 and 85% by weight, based on the weight of this layer.
  • the proportion of the thermal conductivity additives may range from 10 to 40% by weight, based on the weight of the layer. They are contained not only in the PCM-containing heat-regulating layer (3) but also in the running surface or possibly also in layers between the running surface and the heat-regulating layer (3), but in any case located near the running surface.
  • phase change materials can be encapsulated, preferably they are introduced in non-encapsulated form as powders, granules, granules, foils / plates or casting compound. They may be incorporated directly during the manufacture of the tread-near layer, or subsequently incorporated into pores or channels in the layers, or sprinkled onto the surface of the tread or edge-near layer and incorporated into the structure during lamination or compression.
  • Figure 1 shows the schematic structure of a composite structure of a sliding board, divided into an upper layer (1), which may consist of several individual layers, a layer (2) containing the phase change materials (PCM), and a lower layer (3), which is generally formed as a covering and is closed by the sliding surface.
  • the PCM-containing layer (2) is located between the upper layer (1) and the lower layer (3) and is also referred to herein as the heat-regulating layer (2).
  • the PCM-containing layer (2) can also be provided with additional anchor elements which are used to strengthen the composite structure and provide a particularly strong connection between PCM-containing layer (2) and upper (1) and lower (3) layer.
  • the phase change materials can be used in the form of PCM foil inserts (9).
  • PCM film inserts (9) have thicknesses of 1 to 5 mm.
  • the PCM film liners (9) can be made by a thermoplastic processing method such as continuous sheet extrusion, a multi-component film line or a plate press line.
  • the PCM film inserts include PCM materials embedded in a plastic matrix. It may also be composite films, consisting of a cohesive layer structure of upper (4) and lower (6) composite film of polyethylene, polyamide or polypropylene or of a compound of two or all of these polymer materials or aluminum and in between the phase change material (5) in the form of a PCM compounds that can be enriched with thermal conductivity additives.
  • Figure 2 shows the structure of such Composite film comprising an upper and lower composite film (4, 6), which may also be made of different materials, and the PCM layer (5) therebetween, which may still be enriched with thermal conductivity additives.
  • the PCM film insert (9) can consist of one piece, which extends over a longer area along the sliding board ( Figure 3).
  • Figure 3 shows the structure of a heat control layer (2) with PCM foil inserts (9) in plan view.
  • the PCM foil insert (9) is always surrounded by a transition region (8), which preferably shows a very good thermal conductivity and a solid bond between upper (1) and lower layer (3) and intermediate PCM-containing layer (2) provides.
  • the transition area (8) ensures that there is no direct contact between the PCM foil insert (9) and the edges (7) or the area at the top or at the end of the gliding board.
  • the PCM foil insert (9) may consist of one piece ( Figure 3) or of several individual PCM foil insert pieces (9A, 9B, 9C) of different geometry arranged in the longitudinal ( Figure 4) or transverse ( Figure 5) to the sliding board are.
  • the individual PCM film insert pieces (9A, 9B, 9C) may comprise phase change materials having different melting points A, B or C and / or contain different thermal conductivity additives in different concentrations.
  • the proportion of the highly thermally conductive material, in particular the aluminum powder or the carbon is about 10 wt .-% to 40 wt .-%, both in the coating layer (3) and in the phase change material-containing layer (2) and there in particular in areas between the lining layer or edge and the phase change material containing areas.
  • the PCM-containing layer (2) is formed as a honeycomb structure in which the PCM is distributed in the cavities between the honeycomb walls.
  • different phase change materials can be distributed in a controlled manner over the cavities, for example phase change materials with a higher melting temperature, e.g. 42 ° C or higher, near the edges, while in the other areas, lower melting point PCM, e.g. 5 to 17 ° C, are included.
  • the PCM material can be sprinkled or poured into the honeycombs in powder or granule form.
  • the phase change material may be mixed with thermal conductivity additives.
  • honeycomb walls The purpose of the honeycomb walls is to ensure the mechanical strength of the PCM-containing layer (2) and to provide a firm bond to the upper (1) and lower (3) layers, thus improving the functionality of the entire upper-layer composite structure (1 ), PCM-containing layer (2) and lower or covering layer (3).
  • the honeycomb walls are coated with thermal conductivity materials which may also serve as reinforcing materials at the same time, e.g. Carbon nanotubes, carbon fibers or metal fibers or they themselves have a good thermal conductivity.
  • the PCM-containing layer (2) functions as a textile reinforcing layer, eg a nonwoven fabric or 3D knitted fabric or foam, wherein the pores or voids are filled with phase change material in the same manner as in the honeycomb structure.
  • the textile reinforcing material may be used alone or embedded in a plastic matrix, preferably of thermoplastic polymers, or laminated between upper and lower polymeric topcoat.
  • the invention can advantageously be admixed with an admixture of from 30% by weight to 85% by weight, preferably from 45% by weight to 70% by weight, based on the weight of the PCM-containing Heat regulation layer (3), realize.
  • the amounts of phase change materials and the type of phase change materials are not evenly distributed throughout the layer.
  • near the edge phase change materials are concentrated, which have a higher melting range, preferably between 40 and 85 ° C. This is to avoid that the edge material, which is particularly stressed by friction and thus particularly heated, is damaged. This can lead to burns.
  • phase change materials with a higher melting point are hydrocarbon compounds having 16 to 32 carbon atoms and melting points between 20 and 85 ° C; even more C atoms lead to even higher melting points up to 100 ° C.
  • phase change materials having melting points in the range of 0 to 85 ° C are possible, for example, salt hydrates or alloys.
  • the phase change materials are PCM compounds in which the phase change material is embedded in a plastic matrix.
  • phase change materials As is known to the person skilled in the art, the list can be continued by any other phase change materials. Which phase change materials are used, always depends on the type of incorporation and of the support materials for these phase change materials, ie the structure of the layer in which the phase change materials are involved.

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

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.

Description

  • 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 Tm = 31 °C; Myristinsäure Tm = 54 °C, Behensäure Tm = 80 °C; 1-Hexadecanol Tm = 49 °C; Tetradecan Tm = 5 °C; n-Tetracosan Tm = 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.
    • Bezugszeichenliste
    • 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

Claims (13)

  1. Gleitbrett mit Additiven zur Verbesserung der Gleiteigenschaften und aufgebaut in einer Verbundstruktur aus mehreren Schichten, gekennzeichnet dadurch, dass die Verbundstruktur eine wärmeregulierende Schicht (2) umfasst, die zwischen der oberen Schicht (1) und der unteren Schicht (Belag) (3) angeordnet ist und die wärmeregulierende Schicht einen Stoff mit hoher thermischer Leitfähigkeit und als zweites Additiv wenigstens ein Phasenwechselmaterial umfasst, dessen Schmelztemperatur in einem Bereich zwischen 0°C und +85°C liegt.
  2. Gleitbrett nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass in der wärmeregulierenden Schicht (2) sowohl das Additiv mit hoher thermischer Leitfähigkeit als auch das eine oder verschiedene Phasenwechselmaterialien unterschiedlich über die Fläche der Wärmeregulierungsschicht verteilt sind.
  3. Gleitbrett nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Wärmeregulierungsschicht (2) gebildet wird aus einer oder mehreren PCM-Folieneinlagen (9), jeweils umgeben von einem Übergangsbereich (8) und nicht direkt an den Kantenbereich (7) angrenzt.
  4. Gleitbrett nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass die PCM-Folieneinlagen (9) jeweils Phasenwechselmaterialien enthalten mit gleichen oder unterschiedlichen Schmelzpunkten und/oder unterschiedliche Geometrien aufweisen und/oder unterschiedlich über die Fläche der Wärmeregulierungsschicht (2) verteilt sind.
  5. Gleitbrett nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die PCM-haltige Schicht (2) als eine Wabenstruktur ausgebildet ist, bei der das PCM in den Hohlräumen zwischen Wabenwänden verteilt ist und unterschiedliche Phasenwechselmaterialien kontrolliert über die Hohlräume verteilt sein können, wobei das PCM-Material in Pulver- oder Granulatform in die Waben eingestreut oder in die Waben eingegossen werden kann.
  6. Gleitbrett nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, dass die Wabenwände der Wabenstruktur in der PCM-haltigen Schicht (2) mit Wärmeleitfähigkeitsmaterialien versetzt sind, die auch gleichzeitig als Verstärkungsmaterialien dienen können oder selbst eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzen.
  7. Gleitbrett nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die PCM-haltige Schicht (2) als textile Verstärkungsschicht aufgebaut ist, wobei die Poren oder Hohlräume in der gleichen Art und Weise wie bei der Wabenstruktur mit Phasenwechselmaterial gefüllt sind.
  8. Gleitbrett nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass in der Wärmeregulierungsschicht das Phasenwechselmaterial mit Schmelztemperaturen zwischen 20 bis 85 °C in Kantennähe konzentriert ist.
  9. Gleitbrett nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass in der Wärmeregulierungsschicht (2) verschiedene Phasenwechselmaterialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten enthalten sind.
  10. Gleitbrett nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Wärmeleitfähigkeitsadditive einen Anteil von 10 bis 40 Gew.-% aufweisen, bezogen auf das Gewicht einer Schicht.
  11. Gleitbrett nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die PCM-Anteile in der PCM-haltigen Wärmeregulierungsschicht (2) zwischen 30 bis 85 Gew.-% betragen, bezogen auf diese Schicht.
  12. Gleitbrett nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Wärmeleitfähigkeitsadditive Kohlenstoffe in Form von Ruß, Grafit, Carbon Nanotubes oder Carbonfasern oder Metalle in Form von Metallfasern oder Metallpulver umfassen und die Phasenwechselmaterialien in der Wärmeregulierungsschicht eine Schmelztemperatur im Bereich von 0 bis 85 °C besitzen.
  13. Gleitbrett nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Phasenwechselmaterialien in der Wärmeregulierungsschicht organische Verbindungen sind, ausgewählt aus der Gruppe der Di-n-alkyl Ether, Fettsäuren, Fettalkohole oder Alkane.
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