Das schnelle Wachstum in der Material- und Verarbeitungstechnologie macht es für Kunststoffhersteller, Formenbauer und Designer unerlässlich, Closetouch im Auge zu behalten. Bei der Entwicklung von Kunststoffbauteilen sollten die Eigenschaften des Werkstoffs und sein Verarbeitungsverhalten bereits im Entwurf berücksichtigt werden

Abbildung 1. Ein dynamisches biomorphes Design und
speziell ausgewählte Materialkombination zusammen
ergeben das bisher leichteste und schnellste Skateblatt.

entwurfsphase. In diesem Beispiel führten Material- und Technologiestudien des Designbüros rogdesign aus Altensteig und des Sportartikelherstellers WST aus Villingen-Schwenningen zur Auswahl eines geeigneten Kunststoffs und zum kreativen Entwurf eines Schlittschuhblatts (Bild 1).

Extreme Anforderungen: Material

Die Klinge eines Eishockeyschlittschuhs erzeugt durch Druck und Bewegung Reibungswärme, wodurch das Eis schmilzt und sich zwischen der Klingenoberfläche und dem Eis ein Wasserfilm bildet. Es ist nur dieser Wasserfilm, der machtskaten auf Eis möglich. Je besser der Prozess der Wasserfilmbildung ist,desto schneller kann der Eishockeyspieler gehen. Ziel ist es daher, dass die Klinge schnell eine hohe Temperatur erreicht und die Temperatur
möglichst konstant bleibt.

Die gute Wärmeleitfähigkeit von Metallen, die von den in herkömmlichen Systemen verwendeten massiven Stahlklingen geteilt wird, hat den Effekt, dass die erzeugte Reibungswärme schnell abgeführt wird. Die Anforderungen des ausgewählten Materials fürEntwicklung des neuen Skateblatts wurden spezifiziert, um diesen Effekt zu bekämpfen.

Die Suche nach einem geeigneten Kunststoff begann mit der Definition der Funktionsweise des Systems und verlief somit parallel zur Konstruktion und technischen Entwicklung (Abbildung 2).

Abbildung 2. Von der ersten Skizze bis zur finalen
CAD-Konstruktion lässt der Konstrukteur keine Kompromisse zu.

A Die erste Entwurfsskizze dient als Grundlage für Diskussionen zwischen den Designern und Ingenieuren.

B Das Vormodell aus Hartschaum ermöglicht dem Kunden erstmals, die -Ideen der Designer dreidimensional zu visualisieren.

C Nach der Freigabe des Designs durch den Kunden perfektionieren die Designer in Zusammenarbeit mit den Kunststoffexperten das Design des Skate-Systems mithilfe von CAD.

D Die CAD-Konstruktionsdaten ermöglichen es, ein stereolithographisches Modell zu konstruieren, das bemalt und zum Testen der gesamten Systemstruktur verwendet wird.

Die extremen physikalischen Anforderungen, denen der Kunststoff ausgesetzt ist, und die durch die Produktionsprozesse bedingten Bedingungen machten diese Suche zum zeitaufwendigsten Schritt in diesem gesamten Entwicklungsprojekt (Abbildung 3).

Abbildung 3. Die Detailänderungen der
einzelnen Bauteilgruppen werden
durch unterschiedliche Kunststoffe und Additive beeinflusst und
direkt in der CAD-Konstruktion umgesetzt.

Besondere Probleme stellte die Verbindung zwischen der Klingenoberflächeder Skate-System ? ein Metallprofil ? und der Kunststoff.

Wenn ein geeigneter Kunststoff gefunden wurde, der den physikalischen Belastungen standhält, führten unterschiedliche Ausdehnungs- und Schrumpfkoeffizienten des Kunststoff- und Metallprofils sowohl beim Formen als auch beim Entformen zu einer fehlerhaften Verbindung zwischen Kunststoff und Metall. Auf der anderen Seite, wenn diese Verbindung gelungen,dann andere Eigenschaften wie Kerbschlagzähigkeit, Eigensteifigkeit und chemische Beständigkeit der Materialien erwies sich als unzureichend (Abbildung 4).

Nach zahlreichen Spritzgussversuchen, Tests von Prototypenformen und Skating-Versuchen führte die enge Zusammenarbeit zwischen Kunststoffhersteller, Designer und Formenbauer zur Auswahl eines Materials, das den spezifischen Anforderungen entsprach.

Abbildung 4. In einem Test bei -41 ° C zerstörte ein Aufprall
, der dem eines Pucks entsprach, der mit
einer Geschwindigkeit von 150 km / h fuhr, die Skatebasis
aus einem ungeeigneten Material.

Ein spritzgussfähiges, schlagfestes Polyamid mit 35 Prozent Glasfaserverstärkung hielt den extremen Belastungen eines Eishockey-Matches stand. Dieser Kunststoff dient als Basismaterial für das gesamte Skate-Systemund auch für die Klinge selbst.

Die Schaufel, d.h. die eigentliche Lauffläche des Systems, besteht aus a.7 mm starkes, hochfestes Metallprofil. Dieses aus einer Federhartmetalllegierung bestehende Metallprofil wird in einem vollautomatischen Prozess mit einem zweiten mit Durchbrüchen versehenen Metallband lasergeschweißt und anschließend während des Spritzgießprozesses fest mit dem Kunststoff verbunden.

Das Ergebnis ist eine Klinge, die aufgrund der isolierenden Wirkung des Kunststoffs die erzeugte Reibungswärme nicht so schnell abführt. Der dadurch entstehende Wärmestau erhöht die Temperatur der Schaufeloberfläche im Vergleich zu herkömmlichen Schaufeln um etwa 3°C. Als Folge davon und der hochglanzpolierten Klingenoberfläche wird die Gleitwirkung des Skateblades um 40 Prozent verbessert. Dies wiederum erhöht die Geschwindigkeit des Skatens im Vergleich zu herkömmlichen Skateblättern.

Extreme Anforderungen: Design

Die praktische Umsetzung des Designs für den Basic Skate und die Bereitstellung von seitlich integrierten Stabilisatoren für das Skateblatt stellten eine weitere Herausforderung dar. Die physikalischen Anforderungen an diese Komponenten waren praktisch identisch mit denen an der Klinge. Dieses Mal war es jedoch nicht notwendig, Ausdehnungs- und Schrumpfungskoeffizienten zu berücksichtigen, wie dies bei dem die Klinge bildenden Kunststoff / Metall-Verbund der Fall war. Ein Gestaltungsziel war es, das Gewicht des Skate-Systems zu reduzieren und dennoch den hohen Anforderungen des Leistungssports gerecht zu werden. Das aus dem Polyamid/Metall-Verbundwerkstoff entwickelte Skate-Blade ist 140g leichter als herkömmliche Skate-Blades und derzeit das leichteste Blade-System.

Diese Gewichtsminimierung wurde nur durch die Verwendung von Kunststoffen in Verbindung mit einem durchdachten Design ermöglicht. Die zur Gewichtsminimierung erforderliche Reduzierung der Wanddicke erforderte eine Konstruktion, die den sehr unterschiedlichen Krafteinwirkungen standhält. Leichtbaukonstruktionen in der Natur und die Gesetze der Kraftverteilung in der Architektur dienten als Grundlage für das Design. Somit war es möglich, die Wandstärke des größten Teils des Grundschlittschuhs auf nur 1,5 mm zu reduzieren. Die inhärente Steifigkeit des Systems bleibt erhalten, auch wenn der Spieler ein Schwergewicht ist.Das Schlittschuhblatt widersteht Druckkräften von bis zu 3.000N, wie z. B. beim Bremsen des Schlittschuhs, und auch den Stoßkräften, die der Puck bei Geschwindigkeiten von bis zu 150 km / h ausübt, selbst bei extrem niedrigen Temperaturen bis ?35°C.

Abbildung 5. Die Erstausformungen der Skate
Base, Stabilisatoren und Blade aus prototype
Moulds werden für Materialbelastungstests
im Labor und auf dem Eis verwendet.

Um das richtige Material zu finden, waren zahlreiche Spritzgussversuche in Prototypenwerkzeugen und Tests unter Praxisbedingungen erforderlich. Dadurch konnten Probleme des Fließverhaltens der Kunststoffe, wie Sinkspuren in Bereichen mit hoher Materialansammlung und Schwierigkeiten bei der Passung in den einzelnen Bauteilgruppen, gelöst werden. Durch die Reduzierung des Fasergehalts konnte die Kerbschlagzähigkeit bei Minustemperaturen an die geforderte Torsionssteifigkeit des Grundschlittschuhs angepasst werden.

Anpassbar und austauschbar

Das zeitaufwändige Schleifen der Klinge, wie es bei herkömmlichen Stahlklingen erforderlich ist, entfällt mit der Skate-Klinge im Kunststoff/Metall-System. Die Standzeit dieser Klinge ist aufgrund der speziellen Metalllegierung und der hohen Oberflächenhärtung dreimal länger als die herkömmlicher Systeme. Das Nachschleifen der Klingen kostet mehr als der Kauf einer neuen Klinge und der Austausch der alten, die vom Hersteller im abgenutzten Zustand zurückgenommen und nachgeschliffen wird.

Die skate klinge kann geändert werden durch die spieler in ein paar sekunden withouttaking weg von der skate. Die Stabilisatoren an den Seiten können durch Lösen entfernt werdenspezielle Schrauben und die Klinge gewechselt. Es ist auch möglich, differentblades für unterschiedliche Spieleranforderungen zu verwenden. Zu diesem zweck hat die injectionmould austauschbare einsätze, die es ermöglichen, differentradial kurven auf die klinge oberfläche in auftrag zu erfüllen verschiedene spieler anforderungen.

Die engen Toleranzen zwischen den einzelnen Baugruppen (Klinge, Stabilisatoren und Sockel ? Abbildung 5) zeigt die Kraftlinienwege innerhalb des Systems. Die erzielte Eigensteifigkeit ist größer als bei jedem Anderenkateklinge. Farbvariationen im System sind durch Änderung des Pigments möglich, ebenso wie die Oberflächendekoration mit Spezialeffektfarben.

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