DE2825406A1

DE2825406A1 - Ski-laufbelag und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2825406A1
Application number: DE19782825406
Authority: DE
Inventors: Gunnar Bjertnaes; Stig Dr Rer Nat Lyng; Svein Harald Stenslet
Original assignee: Andelslaget for Norsk Skiforskning; Sentralinstitutt for Industriell Forskning
Current assignee: Andelslaget for Norsk Skiforskning; Sentralinstitutt for Industriell Forskning
Priority date: 1977-06-10
Filing date: 1978-06-09
Publication date: 1978-12-21
Also published as: FR2393591A1; FR2393591B1; US4272577A; AT361343B; CA1120510A; FI781822A; JPS546632A; SE7806170L; ATA423978A; CH638682A5

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H.Weickmanu, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A-Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H.Liska 2825406

Ba/ht. - 8000 MÜNCHEN 86, DEN - (J₁ JUill ^978

POSTFACH 860820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

1. AHDELSLAGET FOR NORSK SKIFORSKNING

c/o Gunnar Bjertnaes, Hadshus Skifabrikk A/S 2820 Biri, Norwegen

2. Sentralinstitutt for industriell forskning Porskningsveien 1

Oslo 3, Norwegen

Ski-Laufbelag und Verfahren zu dessen Herstellung

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Patentanwälte Dipl.-Ing. H. ¥eickmann, D)pl-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.¥eick;4Axn, Dipl.-Chem. E. Huber Dr. Ing. H. Liska

-V

8000 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 983921/22

1. ANDELSLAGET FOR NORSK SKIFORSKNING

2. Sentralinstitutt for industriell forskning

Ski-Laufbelag und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung betrifft einen No wax-Skilaufbelag aus einem Kunststoffverbundmaterial sowie Verfahren zur Herstellung des Laufbelages.

Kunststoff-Skilaufbeläge haben im allgemeinen unabhängig von den Schneeeigenschaften zufriedenstellende Gleiteigenschaften» Diese Eigenschaften lassen sich bei Abfahrts- und Sprungskis optimal nutzen. Die ausgezeichneten Gleiteigenschaften von Kunststoff-Skilaufbelägen auf Schnee stellen jedoch bei Touren- und Langlaufskis ein Problem dar, da diese Skis in der Abstossphase des Bewegungsablaufes, insbesondere beim Ersteigen eines Abhanges, nicht rückwärts rutschen sollen.

Um dieses Rückwärtsrutschen von Langlauf- oder Tourenskis aus einer glasfaserverstärkten Kunststoffbasis zu vermeiden, wurden

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bisher zwei verschiedene Verfahren angewandt. Ein Verfahren besteht darin, durch Verwendung eines geeigneten Skiwachses die erforderliche Griffigkeit hervorzurufen. Nach dem anderen Verfahren verwendet man eine No wax-Kunststofflauffläche; d.h. einen Laufbelag, der aufgrund seiner Art bzw. Struktur die gewünschten Reibungseigenschaften ohne Wachsen der Gleitfläche ergibt.

Es wurden auch Versuche unternommen, Kunststoff-Laufbeläge mit verbesserter Wachshaftung dadurch herzustellen, dass man die poröse Faserstruktur von Holzskis durch Verwendung verschiedener Füllstoffkomponenten imitierte, z.B. von Wirrfasern aus einem Textilmaterial. Ferner ist eine Kunststofflauffläche vorgeschlagen worden, die in einer Matrix eingebettete Teilchen aufweist, welche in bestimmten Richtungen, z.B. in Längsrichtung des Skis, ausgerichtet sein können. Die Teilchen können in Form von Fasern oder Flocken vorliegen und sollen in Wasser löslich sein. Bei der Abnutzung des Skis werden diese Teilchen freigelegt, so dass sie sich auflösen und in dem Laufbelag offene Poren bilden, wodurch die Haftung des Skiwachses verbessert wird.

Früher wurden No wax-Skis dadurch hergestellt, dass man Fellstreifen im mittleren Teil der Skilauffläche befestigte. Auch bei moderneren Skis wird dieses Prinzip angewandt, indem man z.B. ein plüschähnliches Gewebe in einer Kunststoffmatrix verwendet, wobei sich die Gewebefasern und die Matrix unter Bildung eines Laufbelag-Verbundmaterials vereinen; vgl. AT-PS 317 734. Während der Abnutzung derartiger Laufbeläge entsteht ein dreidimensional strukturiertes Skiprofil, wobei die Fasern etwas aus der Matrix hervorragen und eine gemusterte MikroStruktur ergeben, die das Wachsen erleichtert. Nach diesem Patent können die Fasern richtungsorientiert sein, wobei der Reibungskoeffizient in der vorwärts-Bewegungsrichtung am niedrigsten ist. Es findet sich jedoch kein Hinweis darauf,

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wie die Fasern während der Herstellung geordnet werden können. Die beschriebene Struktur ergibt vielmehr einen Reibungskoeffizienten, der in Rückwärtsrichtung gleich ist. Richtungsorientierte Fasern ergeben zwar einen anisotropen Reibungskoeffizienten, jedoch hat ein derartiges Muster vermutlich nur geringen Effekt.

Eine befriedigende Haftung von No wax-Kunststoffkis auf Schnee wurde bisher dadurch erzielt, dass man in der Ski-Lauffläche auf mechanischem Wege eine Vielzahl von Vertiefungen und Erhebungen erzeugte. Die Vertiefungen enden jeweils in einer steilen Kante, wodurch ein Akkumulationseffekt auftritt, der eine höhere Reibung gegenüber der Vorwärtsrichtung bewirkt. Die Vertiefungen ergeben zusammen mit den flachen Gleitbereichen des Laufbelages ein richtungsabhängiges Muster, das einen anisotropen Reibungskoeffizienten zur Folge hat. Ein bekanntes System dieser Art ist die Fischschuppen-Lauffläche. Diese Systeme haben jedoch im allgemeinen den Nachteil, dass sich das dreidimensionale Muster relativ schnell abnutzt. Ausserdem verursachten diese Systeme ein Kratzen, Vibrieren und störendes Singgeräusch in der Skispur.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verbundmaterial für einen No wax-Laufbelag bereitzustellen, der bei der Abnutzung ein Muster ergibt und beibehält, welches im Prinzip dem letztgenannten, mechanisch erzeugten Muster entspricht.

Gegenstand der Erfindung ist ein Ski-Laufbelag aus einer Kunststoffmatrix, in der relativ härtere Teilchen richtungsorientiert eingebettet sind, wobei die Matrix und die Teilchen ein Verbundmaterial mit Bereichen von unterschiedlicher Härte definieren, das bei der Abnutzung, einschliesslich der Vorbehandlung, eine dreidimensional gemusterte (strukturierte) Gleitfläche mit richtungsabhängigem Reibungskoeffizienten ergibt, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die einzelnen Teilchen sich

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nur über einen Teil der Dicke des Laufbelages erstrecken und voneinander abgesetzte und räumlich getrennte härtere Bereiche über die Dicke des Laufbelages bilden, wobei diese Bereiche während der Abnutzung des Laufbelages allmählich freigelegt werden und eine wirksame Struktur sowie eine geeigneten Reibungskoeffizienten gegenüber Schnee über die Gesamtlebensdauer des Skis gewährleisten.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemässen Ski-Verbundlaufbelages durch Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen Materials durch eine Schlitzdüse zur Herstellung des Laufbelages, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man das Kunststoffmaterial vor dem Extrudieren mit Teilchen vermischt, die härter sind als die Matrix nach dem Aushärten, und das aus härteren Teilchen in einer Kunststoffmatrix bestehende Verbundmaterial zu einem Laufbelag extrudiert, wobei das Verbundmaterial mit einem im wesentlichen asymmetrischen oder schiefsymmetrischen Strömungsprofil durch die Schlitzdüse fliesst, so dass die Teilchen in der Kunststoffmatrix in Bezug auf die spätere Gleitfläche des Laufbelages schief (in einem Winkel) orientiert werden.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Teilansicht eines erfindungsgemässen Ski-Laufbelages;

Fig. 2 alternative Verfahren zur Herstellung des erfindungs^xs gemässen Ski-Laufbelages;

Fig. 6 eine Mikrofotografie eines Teilschnittes durch einen erfindungsgemässen Ski-Laufbelag;

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Fig. 7 ein Diagramm, das die Griffeigenschaften des erfindungsgemässen Laufbelages mit denen eines bekannten No wax-Laufbelages und eines herkömmlichen gutgewachsten Laufbelages vergleicht und

Fig. 8 ein Diagramm, das die Abnutzungeigenschaften des erfindungsgemässen Laufbelages mit denen eines bekannten No wax-Laufbelages vergleicht.

Das erfindungsgemässe Prinzip ist aus Fig. 1 ersichtlich, in der ein Ski-Laufbelag 1 aus einem Verbundmaterial dargestellt ist, das aus einer Kunststoffmatrix 2 mit darin eingebetteten Teilchen 3 aus einem härteren oder verschleissbeständigeren Material als das Matrixmaterial besteht. Als Kunststoffmatrix eignen sich beliebige herkömmliche duroplastische Kunststoffe oder thermoplastische Materialien, wobei Thermoplasten, wie Polyäthylen, bevorzugt sind.

Die eingebetteten Teilchen 3 können in Form von Bändern oder Flocken vorliegen, z.B. als Glimmerflocken, Graphitflocken, aus Glas hergestellte Flocken oder Holzspäne. Die Teilchen können aber auch in Form von Nadeikristallen oder Fasern, z.B. Glasfasern, vorliegen. Neben den genannten harten Teilchen können auch synthetisch hergestellte Nadeln, Bänder und Flocken aus hochschmelzenden, harten und abriebbeständigen Kunststoffmaterialien als Partikelzusätze verwendet werden. Kunststoffmaterialien mit einer hydrophoben Oberfläche, z.B. Polyphenylensulfid (PPS), Polyphenylenoxid (PPO), Polybutylenterephthalat (PBT) oder sogar Polyäthylen mit sehr hoher Dichte (UHDPE) stellen einige der zahlreichen Möglichkeiten dar.

In der in Fig. 1 schematisch dargestellten Ausführungsform sind die Teilchen 3 in der Matrix 2 gleichmässig verteilt und in Bezug auf die Gleitfläche F des Laufbelages geneigt; d.h. die Teilchen sind in der durch einen Pfeil angedeuteten Fortbewegungsrichtung nach vorne geneigt. Bei Verwendung eines Skis mit

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einem Kunststoff-Laufbelag 1 der geschilderten und in Fig. 1 dargestellten Art werden die Matrixbereiche zwischen den härteren Teilchen 3 in der Gleitfläche F des Laufbelages 1 stärker abgenutzt als die Teilchen 3, so dass auf der Gleitfläche ein dreidimensionales Muster entsteht, wobei die freigelegten Bereiche 3' der Teilchen 3 einen Teil der Gleitfläche bilden und den Umriss des Musters um die grübchenartigen Bereiche 4 zwischen den Teilchen definieren.

Durch die schräge Orientierung der freiliegenden Bereiche 3' in der Gleitfläche des Laufbelages weist der Ski in der beabsichtigten Fortbewegungsrichtung einen beträchtlich niedrigeren Reibungskoeffizienten als in der Abstossrichtung auf. Es wird somit derselbe Effekt erzielt wie mit bekannten No wax-Laufbelägen mit entsprechendem Gleitflächenmuster. Im Gegensatz zu bekannten No wax-Laufbelägen wird jedoch das Muster des erfindungsgemässen Laufbelages 1 bei der weiteren Abnutzung der Gleitfläche F nicht beeinträchtigt bzw. geschädigt, da neue Bereiche 3¹ der Teilchen 3 im selben Mass freigelegt werden, wie sich die vorher freigelegten Bereiche 3¹ abnutzen.

Um sicherzustellen, dass der Laufbelag bereits von Anfang an die gewünschten anisotropen Reibungseigenschaften aufweist, wird die Belagoberfläche nach dem Anleimen an die Skiunterseite vorzugsweise geschliffen oder in der Fortbewegungsrichtung geschabt.

Die eingebetteten Teilchen 3 haben vorzugsweise eine maximale Ausdehnung oder Teilchengrösse von etwa 0,3 bis 2,5 mm, insbesondere 0,5 bis 1,2 mm.

Der beschriebene Ski-Laufbelag kann dadurch hergestellt werden, dass man ein vorgemischtes Teilchen-Kunststoff-Verbundmaterial durch eine Schlitzdüse extrudiert, deren Austrittsöffnungsquerschnitt etwa der gewünschten Dicke des Skis entspricht. In

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As

einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird bewirkt, dass das Verbundmaterial mit einem asymmetrischen oder schiefsymmetrischen Strömungsprofil durch den Austrittsbereich der Extruderdüse fliesst. Unter "Strömungsprofil" wird in diesem Zusammenhang die Geschwindigkeitsverteilung des Materialflusses über die Höhe der Düse verstanden.

Ein derartiges asymmetrisches Strömungsprofil kann auf verschiedene Weise erzielt werden. Eine Möglichkeit besteht darin, die Temperatur der Düsenwand, wie in Fig. 2 gezeigt, z.B. durch Abkühlen einer der Düsenwandungen, zu ändern. In dem Eintrittsbereich A der Düse weist das geschmolzene Verbundmaterial ein symmetrisches Strömungsprofil auf, wie es durch die Kurve S₁ in Fig. 2 grafisch dargestellt ist, und die willkürlich orientierten Teilchen 3 werden im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung angeordnet. Im Inneren der Düse tritt jedoch aufgrund des Einflusses des Temperaturgradienten auf die Viskosität des fliessenden Kunststoffes ein asymmetrisches Strömungsprofil auf, wie es durch die Kurve S^ grafisch dargestellt ist. Das asymmetrische Strömungsprofil S2 beeinflusst wiederum die Orientierung der Teilchen 3 in dem Kunststoff, wobei sich deren Vorderenden nach unten zur kälteren Düsenwand neigen und daher am Düsenauslass B die oben beschriebene Winkelstellung in Bezug auf die Hauptoberfläche des extrudierten Laufbelages einnehmen. In dem der wärmeren Düsenwand benachbarten Bereich drehen sich die Teilchen 3, vermutlich aufgrund des Reibungseffektes an der Düsenwand, in entgegengesetzter Richtung, wie aus Fig. 2 und 4 hervorgeht. Diese letztgenannte Zone des Belages wird normalerweise vor dem Befestigen am übrigen Ski durch Schleifen entfernt und ist nicht Bestandteil des tatsächlichen Laufbelages.

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Der Neigungswinkel, den die Teilchen in der Matrix in Bezug auf die Gleitfläche einnehmen, hängt von der Temperaturdifferenz über die Düsenhöhe ab. Versuche haben ergeben, dass eine Temperaturdifferenz von etwa 30 bis 50⁰C zwischen der oberen und unteren Düsenwand einen günstigen Neigungswinkel von etwa 15° in Bezug auf die Gleitfläche des Laufbelages ergibt.

Andere Möglichkeiten zur Erzeugung eines asymmetrischen Strömungsprofiles beim Fliessen der Verbundmaterialschmelze durch die Extruderdüse bestehen in der Verwendung von Düsenwandungen mit unterschiedlichem Reibungskoeffizienten gegenüber der Kunststoffschmelze, z.B. Düsenwandungen aus ungleichen Materialien oder mit ungleichen Oberflächeneigenschaften oder in der Verwendung zweierungleicher Polymerisate desselben Typs mit unterschiedlichen Fliesseigenschaften (Schmelzindex).

Bei der praktischen Durchführung des beschriebenen Verfahrens mit Teilchen 3 in Form von Glimmerflocken in der Kunststoffschmelze hat sich gezeigt, dass der Neigungswinkel der Glimmerflocken beim Extrudieren leichter kontrolliert werden kann, wenn das extrudierte Belagmaterial eine grössere Dicke aufweist als herkömmliche Ski-Kunststoffbeläge (1 bis 1,4 mm). Vorzugsweise extrudiert man daher ein Belagmaterial mit einer Dicke, die etwa das Doppelte der normalen Dicke beträgt, und spaltet hierauf den Belag sofort in Längsrichtung in zwei Einzelbänder von normaler Dicke. In diesem Fall wird eine ausgeprägtere Hobel- bzw. Pflugform der Flockenorientierung erzielt. Diese Orientierungsform kann unter Anwendung einer geringeren Temperaturdifferenz über den Düsenquerschnitt, als sie oben angegeben ist, erreicht werden, z.B. mit einer Temperaturdifferenz von etwa 10°C, und gleichzeitig kann eine etwas höhere absolute Temperatur der Kunststoffschmelze angewandt werden, z.B. 20⁰C über der Temperatur, die beim Extrudieren eines Einzelbelages angewandt wird. Aufgrund der Strömungs-

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mechanismen ist die zentrale Zone des doppelten Belagmaterials praktisch frei von Glimmerflocken.

In Fig. 3 ist schematisch dargestellt, wie das Aufspalten des doppelten Belages durchgeführt werden kann. Der Doppelbelag, der Flocken 3 in pflugförmiger Orientierung aufweist, wird aus dem (nicht gezeigten) Extruder über eine gewöhnliche Transporteinrichtung T, z.B. in Form von Bändern oder Walzen, zugeführt. Zentral zu der Austrittsöffnung der Bänder oder Walzen T ist eine Spalteinrichtung S angeordnet, z.B. ein Messer oder vorzugsweise ein Heizdraht, der das Belagmaterial entlang seiner relativ flockenfreien Zentralzone in Einzelstränge 1¹ und 1" von in etwa gleicher Dicke spaltet, die im wesentlichen in einer Richtung geneigte Glimmerflocken 3' bzw. 3" aufweisen.

Ein anderes Verfahren zur Erzielung des gewünschten asymmetrischen Strömungsprofiles S₂ besteht darin, den Querschnitt der Extruderdüse, wie in Fig. 4 gezeigt, zu reduzieren, z.B. durch Einführen einer Stauplatte P, die von einer der Düsenwandungen eine bestimmte Strecke in den Düsendurchtritt vorragt.

Ein drittes Verfahren zur Erzielung der gewünschten Orientierung der Teilchen 3 in dem erfindungsgemässen No wax-Skibelag ist die Verwendung eines Kalanders. Das aus einer Kunststoffschmelze mit zugemischten Teilchen 3 bestehende Verbundmaterial wird auf übliche Weise durch eine herkömmliche Extruderdüse gepresst, ohne die vorstehend beschriebenen Einrichtungen zur Erzeugung eines asymmetrischen Strömungsprofiles anzuwenden. Beim Verlassen des Extruders weisen die Teilchen 3 daher eine im wesentlichen willkürliche Orientierung in dem Belag auf, möglicherweise mit einer bestimmten Neigung zur Ausrichtung in Strömungsrichtung; d.h. entsprechend den Hauptoberflächen.

Wie in Fig. 5 dargestellt, kann der Kalander K z.B. aus drei Walzen I, II und III von im wesentlichen gleichem Durchmesser

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bestehen. Die Walzen I und II weisen dieselbe Drehgeschwindigkeit auf, während die Walze III mit höherer Geschwindigkeit rotiert. In dem Spalt zwischen dem ersten zusammenwirkenden Walzenpaar I und II erfährt das aus dem Extruder E tretende, noch geschmolzene Kunststoff-Verbundmaterial 1 eine Streckkraft, wodurch die Teilchen 3 in der Kunststoffmatrix 2 parallel orientiert werden. In dem Spalt zwischen dem nächsten zusammenwirkenden Walzenpaar II und III wird aufgrund der höheren Umfangsgeschwindigkeit der letztgenannten Walze eine Kraft erzeugt, die die Teilchen 3 in eine geneigte Stellung innerhalb der Kunststoffmatrix hebt. Der Neigungswinkel kann durch Änderung der Geschwindigkeit der Walze III in Bezug zur Walze II geregelt werden.

Um eine gute Haftung der Teilchen 3 in der Kunststoffmatrix zu gewährleisten, können die Teilchen vor dem Vermischen mit der Kunststoffschmelze vorzugsweise mit einem geeigneten Kopplungsmittel, z.B. einem Silan, oberflächenbehandelt werden. Alternativ oder zusätzlich können sie zu demselben Zweck mit radioaktiver j/ -Strahlung behandelt werden.

Unter bestimmten Schneebedingungen ist eine beträchtliche Erhöhung der Reibung des Laufbelages gegenüber Schnee zu beobachten, wenn die Temperatur unterhalb -4 bis -7⁰C sinkt (in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit). Ein Grund hierfür kann in der elektrostatischen Aufladung des Kunststoff-Lauf belages liegen. Statische Elektrizität tritt bei trockenen Schneebedingungen auf und verursacht z.B. bei Laufbelägen mit Glimmerflocken das Abstehen von kleinen Kunststoffborsten. Es hat sich gezeigt, dass derartige Borsten auch unter anderen Schnee- und Temperaturbedingungen auftreten, wobei sich die Borsten jedoch während des Gleitens an die Belagoberfläche anlegen und in der Abstossphase des Bewegungsablaufes/aufstellen. Die Borsten bestehen aus kleineren Kunststoffasern, die beim Schleifen oder bei der Abnutzung der Belagoberfläche in der Bereichen um die in der Gleitfläche eingebetteten Teilchen

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entstehen. Setzt man der Kunststoffschmelze neben den Teilchen 2 bis 8 % Russ zu, so weist das erhaltene Verbundmaterial eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit auf, um eine statische Aufladung zu vermeiden, so dass die Gleit- und Griffeigenschaften in etwa denen bei Nassschnee entsprechen. Ausserdem kann der Laufbelag radioaktiver P-Strahlung ausgesetzt werden, um optimale Verschleisseigenschaften und eine lange Lebensdauer zu erzielen.

Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung:

25 Gewichtsteile Biotit-Glimmer mit einer Korngrösse von 0,5 ρ 1,2 mm werden mechanisch mit Polyäthylengranulat (PEL-PEM-PEH) vermischt. Das erhaltene Gemisch wird dann mit Hilfe einer Schlitzdüse, deren eine Wand, wie vorstehend in Verbindung mit Fig. 2 erläutert ist, zur Erzielung eines asymmetrischen Strömungsprofiles gekühlt ist, zu einem Belag von 60 χ 1,7 mm extrudiert. Um eine gute Haftung zwischen dem Glimmer und dem Polymerisat zu erzielen, werden die Glimmerteilchen vor dem Extrudieren mit Silanen behandelt. Durch anschliessende jf -Bestrahlung kommt es zu einer chemischen Bindung zwischen dem Glimmer und dem Polymerisat.

Die in Fig. 6 dargestellte Mikrofotografie zeigt die geneigte Orientierung der Glimmerflocken in dem extrudierten Belag nach dem Aushärten der Kunststoffmatrix. Der Belag wird auf Länge geschnitten,mit einem Ski verbunden und auf die vorstehende beschriebene Weise geschliffen. Der erhaltene Ski wird in Reibungstests auf Schnee mit einem Ski verglichen, der einen herkömmlichen, mechanisch erzeugten No wax-Laufbelag aufweist. Hierbei werden folgende Ergebnisse erzielt:

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	feinkörniger Neuschnee (-3⁰C)	erfindungsge- mässer Belag
Reibungskoeffizient in Vorwärtsrichtung	aekannter Belag	0,13
Reibungskoeffizient in Abstossrichtung	0,13	0,38
0,31

Die Ergebnisse zeigen, dass der erfindungsgemässe Laufbelag in Vorwärts- bzw. Gleitrichtung des Skis einen beträchtlich niedrigeren Reibungskoeffizienten aufweist als in der Rückwärtsrichtung. Ferner ist ersichtlich, dass das Verhältnis der Reibungskoeffizienten in der Gleit- bzw. Griffrichtung beim erfindungsgemässen Belag besser ist als beim bekannten No wax-Belag.

Ein wichtiger und spezifischer Vorteil des erfindungsgemässen No wax-Skilaufbelages ist in dem Diagramm von Fig. 7 erläutert, in dem der Aufbau des Reibungskoeffizienten in der Abstoss- bzw. Griffphase der Skibewegung (d.h. der Rückwärtsrichtung) beim erfindungsgemässen Laufbelag im Vergleich zu einem bekannten, mechanisch gekerbten No wax-Laufbelag grafisch dargestellt ist. Das Diagramm beruht auf Labortests, die bei
einer Temperatur um -2°C mit feinkörnigem Altschnee und
einer Geschwindigkeit von 0,3 m/sec durchgeführt wurden.
Die Ergebnisse zeigen, dass der Reibungskoeffizient des bekannten Belages allmählich über ein Rückwärtsrutschen von etwa 1 bis 3 cm auf der Schneeunterlage aufgebaut wird. In der
Praxis bedeutet dies, dass der Ski vor dem Greifen etwas in Abstossrichtung gleitet, was eine uneinheitliche und unbequeme Abstossbewegung zur Folge hat. Andererseits haftet der erfindungsgemässe Laufbelag sofort und fällt dann auf einen
niedrigeren Reibungswert ab. Dies hat zur Folge, dass der Ski beim Gleiten ähnlich gleitet wie ein gut gewachster Ski, was

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ebenfalls aus dem Diagramm ersichtlich ist. Die meisten Skiläufer bevorzugen den steilen Reibungsgradienten des erfindungsgemässen No wax-Laufbelages bzw. des gut gewachsten Belages, da er ein schnelleres und wirksameres Abstossen ermöglicht. Der Griff des erfindungsgemässen No wax-Skis ist etwas besser als bei einem gut gewachsten Ski.

Die ausgezeichneten Eigenschaften eines mit dem erfindungsgemässen No wax-Kunststoffbelag versehenen Skis sind ferner aus den Ergebnissen ersichtlich, die bei der praktischen Prüfung zweier bekannter No wax-Skis (Typen A und B) sowie eines Skis mit einem erfindungsgemässen Laufbelag (Typ C) erzielt wurden; vgl. die folgende Tabelle. In diesen Tests gaben drei Langläufer ihre subjektiven Eindrücke von den Griffeigenschaften der jeweiligen Skis in der Abstossphase in Form der folgenden Bewertung wieder: sehr gut (3), gut (2), schlecht (1). Diese Bewertungen werden dann mit den Gleiteigenschaften des Skis in der Portbewegungsrichtung in Beziehung gesetzt, die anhand der Zeit gemessen werden, die zum Hinabgleiten eines Abhanges von bestimmter Länge erforderlich ist. Es werden folgende Ergebnisse erzielt:

Griffigkeit	Ski	Typ A	gut	(3)	Typ B	(2)	Typ	C	r67	(3)
I	sehr		(2)	gut	(D	sehi	: gut	_r68	(3)
II	gut	gut	(3)	schlecht	(2)	sehr gut	,50	(2)
III	sehr	67		gut		gut
Mittelwert Έ	2,	03		2,50		2
Gleittest _G Sekundenmittel	16,	01		13,50		14
Verhältnis G F	6,		8,10	5

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Ein weiteres wesentlichen Merkmal des erfindungsgemässen No wax-Kunststofflaufbelages ist seine ausgezeichnete Verschleissbeständigkeit. Die Kurven im Diagramm von Fig. zeigen die Abnutzung eines erfindungsgemässen Belages im Vergleich zu einem bekannten gekerbten No wax-Kunststoffbelag, wie sie in Labortests bei beschleunigtem Verschleiss ermittelt wird. Das Diagramm zeigt, dass die relative Profiltiefe P /P , d.h. die verbleibende Profiltiefe des dreidimensionalen Belagmusters, bezogen auf die ursprüngliche Profiltiefe, beim erfindungsgemässen Belag praktisch unverändert bleibt, während sie beim bekannten Belag schnell auf Null aufsinkt. Obwohl ein derartiger beschleunigter Labortest nur ein angenähertes Bild der tatsächlichen Belagabnutzung im Schnee liefert, ist doch ersichtlich, dass der erfindungsgemässe Belag noch lange Zeit wirksam ist, wenn der bekannte Belag seine No wax-Eigenschaften durch Abnutzung bereits verloren hat.

Obwohl der erfindungsgemässe Laufbelag ausgezeichnete Gleit- und Griffeigenschaften unter den meisten Schneebedingungen aufweist, ist das Gleitvermögen, insbesondere auf kaltem Schnee, etwas schlechter als bei gewachsten Belägen. Die Gleiteigenschaften können jedoch wesentlich verbessert werden, wenn man mindestens einen vorderen Bereich und einen hinteren Bereich der Gleitfläche nachbehandelt oder poliert, z.B. mit einem Schleifstein oder einem anderen Werkzeug, das gegen die Gleitfläche gepresst und gleichzeitig von dem vorderen zum hinteren Ende des Laufbelages bewegt wird.

Die bei dieser Nachbehandlung erzielten verbesserten Gleiteigenschaften beruhen im wesentlichen auf kaltem Fluss und möglicherweise etwas warmem Fluss in der Oberflächenschicht des Laufbelages, wodurch ein dünner Kunststoffilm über die in den behandelten Oberflächenbereich eingebetteten Teilchen gezogen wird, so dass in diesen Bereichen ein niedriger

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Reibungskoeffizient vorliegt. Ein weiterer Grund ist darin zu sehen, dass in den behandelten Bereichen auch eine gewisse Streckung des Kunststoffmaterials erfolgt, so dass die geneigten Teilchen in dem Bereich der Gleitfläche weiter ausgerichtet und parallel zur Gleitfläche reorientiert werden.

Das beschriebene Polieren erfolgt vorzugsweise als Endbehandlung, nachdem der Laufbelag am Ski befestigt ist. Die Nachbehandlung kann z.B. mit einem rotierenden Schleifstein durchgeführt werden. Die Belagoberfläche wird hierbei gegen die Oberfläche des Schleifsteines gepresst, der sich in Rückwärtsrichtung des Belages bewegt, während gleichzeitig der Ski vorwärts bewegt wird , um ein sukzessives Schleifen der zu behandelnden Belagbereiche zu ermöglichen. Die Behandlung kann natürlich auch auf andere Weise erfolgen, z.B. mit einer geeignet geformten Schleifblock, der unter Druck über die zu behandelnden Belagbereiche bewegt wird.

Die Längserstreckung der nachbehandelten Bereiche am vorderen und hinteren Ende des Belages kann jeweils z.B. etwa 1/4 bis 1/3 der Gesamtbelaglänge betragen. Der unbehandelte mittlere Bereich der Belagoberfläche ergibt dann unter den meisten Bedingungen eine ausreichende Griffigkeit in der Abstossphase. Die Länge des behandelten Bereiches kann jedoch je nach den Anforderungen des Skiläufers beliebig variiert werden, wobei z.B. Wettkämpfer mit kräftigem Abstoss im allgemeinen Beläge bevorzugen werden, die in grösseren Bereichen behandelt wurden als gewöhnliche Tourenskis.

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r s ο ί I e

Claims

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Ski-Laufbelag und Verfahren zu dessen Herstellung

PATENTANSPRÜCHE

. 1J Ski-Laufbelag aus einer Kunststoffmatrix, in der relativ härtere Teilchen rxchtungsorxentiert eingebettet sind, wobei die Matrix und die Teilchen ein Verbundmaterial mit Bereichen von unterschiedlicher Härte definieren, das bei der Abnutzung, einschliesslich der Vorbehandlung, eine dreidimensional gemusterte Gleitfläche mit richtungsabhängigem Reibungskoeffizienten ergibt, dadurch gekennzeichnet , dass die einzelnen Teilchen sich nur über einen Teil der Dicke des Laufbelages erstrecken und voneinander abgesetzte und räumlich getrennte härtere Bereiche über die Dicke des Laufbelages bilden, wobei diese Bereiche während der Abnutzung des Laufbelages allmählich freigelegt werden und eine wirksame Konfiguration sowie einen

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geeigneten Reibungskoeffizienten der Gleitfläche über die Gesamtlebensdauer des Skis gewährleisten.

2. Laufbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Teilchen in einem spitzen Winkel zur Gleitfläche des Laufbelages geneigt sind.

3. Laufbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen in der Kunststoffmatrix im wesentlichen parallel zur Gleitfläche des Laufbelages
orientiert sind.

4. Laufbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Teilchen gleichmässig über mindestens einen nennenswerten Teil der Dicke des Laufbelages verteilt sind.

5. Laufbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Teilchen Glimmerflocken sind.

6. Laufbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Teilchen Graphitflocken sind.

7. Laufbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Teilchen Glasflocken sind.

8. Laufbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Teilchen Holzspäne sind

9. Laufbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Teilchen künstliche E'locken aus einem harten hydrophoben Kunststoffmaterial,
z.B. PPS oder PPO, sind.

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10. Laufbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , dass die Teilchen eine Grosse von 0,3 bis 2,5 mm haben.

11. Laufbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , dass die Kunststoffmatrix neben den Teilchen 2 bis 8 % Russ enthält.

12. Verfahren zur Herstellung des Ski-Laufbelages nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durch Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen Materials durch eine Schlitzdüse, dadurch gekennzeichnet , dass man das Kunststoffmaterial vor dem Extrudieren mit Teilchen vermischt, die nach dem Härten härter sind als das Kunststoffmaterial, und das aus härteren Teilchen in einer Kunststoffmatrix bestehende Verbundmaterial unter Bildung eines Laufbelages extrudiert, wobei beim Fliessen des Verbundmaterials durch die Schlitzdüse ein im wesentlichen asymmetrischen Strömungsprofil aufrechterhalten wird, so dass die Teilchen in der Kunststoffmatrix in Bezug auf die spätere Gleitfläche des Laufbelages schräg (in einem Winkel) orientiert sind.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , dass man eine Wandung der Düse relativ zur gegenüberliegenden Wandoberfläche kühlt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass man zwischen den beiden gegenüberliegenden Düsen-Wandoberflächen eine Temperaturdifferenz von 30 bis 50⁰C aufrechterhält.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass man Düsenwandlungen mit unterschiedlichem Reibungskoeffizienten gegenüber der Kunststoffschmelze und/oder unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften anwendet.

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16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet , dass man den Laufbelag in einer Dicke extrudiert, die etwa dem Doppelten der normalen Dicke eines Kunststoff-Skilaufbelages entspricht,und hierauf das Material in Längsrichtung in zwei getrennte Laufbeläge von im wesentlichen gleicher Dicke spaltet.

17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , dass man die Strömung des Verbundmaterials durch die Extruderdüse hemmt.

18. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , dass man zwei ungleiche Polymerisate desselben Typs, jedoch mit ungleichen Fliesseigenschaften (Schmelzindex), zusammen extrudiert.

19. Verfahren zur Herstellung des Ski-Laufbelages nach den Ansprüchen 1 bis 11 durch Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen Materials durch eine Schlitzdüse, dadurch gekennzeichnet , dass man dem geschmolzenen Kunststoffmaterial vor dem Extrudieren Teilchen zumischt, die härter sind als das Kunststoffmaterial nach dem Aushärten, das aus den härteren Teilchen in einer Kunststoffmatrix bestehende Verbundmaterial zu einem Laufbelag extrudiert und den extrudierten Laufbelag kalandriert, um die gewünschte Orientierung der Teilchen zu erzielen.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass man den extrudierten Laufbelag zunächst durch ein zusammenwirkendes Walzenpaar führt, dessen Umfangsgeschwindigkeit höher ist als die Austrittgeschwindigkeit des Laufbelages aus der Extruderdüse, so dass die Teilchen aufgrund der erfolgenden Verstreckung des Verbundmaterials im wesentlichen parallel zur Gleitfläche des Laufbelages orientiert werden.

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21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , dass man den Laufbelag einer anschliessenden zusammenwirkenden Walze zuführt, die eine von den anderen Walzen verschiedene Umfangsgeschwindigkeit aufweist, so dass die Teilchen in dem Laufbelag aufgrund des Geschwindigkeitsgradienten über die Dicke des viskosen Kunststoff-Verbundmaterials in Bezug auf die Gleitfläche des Laufbelages geneigt werden.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet , dass man der Kunststoffmatrixschmelze neben den Teilchen 2 bis 8 % Russ zusetzt.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet , dass man die Oberfläche der Teilchen mit einem Kopplungsmittel behandelt und/oder die Teilchen radioaktiver <j-Strahlung aussetzt, um ihre Haftung gegenüber der Kunststoffmatrix zu verbessern.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet , dass man mindestens einen vorderen bzw. hinteren Teil der Gleitfläche des Laufbelages anschliessend schleift, um an der Oberfläche ein Fliessen des ausgehärteten Kunststofffmaterials zu bewirken, die Teilchen in der Matrix in einer Richtung auszurichten und einen spitzeren Neigungswinkel der Teilchen hervorzurufen.

25. Ski, dadurch gekennzeichnet , dass er einen Kunststoff-Verbundlaufbelag nach den Ansprüchen 1 bis aufweist.

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