de snelle groei in materiaal-en verwerkingstechnologie maakt het essentieel voor kunststoffabrikanten, vormmakers en ontwerpers om in de kast te blijven. Bij de ontwikkeling van kunststofcomponenten moet rekening worden gehouden met de eigenschappen van het materiaal en het verwerkingsgedrag van het materiaal.

figuur 1. Een dynamisch biomorfisch ontwerp en
speciaal geselecteerde materiaalcombinatie samen
produceren de lichtste en snelste skate blade tot nu toe.

ontwerpfase. In dit voorbeeld hebben materiaal-en technologische studies van het ontwerpbureau van rogdesign in Altensteig, Duitsland, en van WST, een fabrikant van sportartikelen in Villingen-Schwenningen, Duitsland, geleid tot de selectie van een geschikt plastic en tot een creatief ontwerp voor een schaatsblad (figuur 1).

Extreme Eisen: Materiaal

het blad van een ijshockeyschaats produceert wrijvingswarmte door druk en beweging, waardoor het ijs smelt en zich een film van water vormt tussen het bladoppervlak en het ijs. Het is alleen deze film van water die het mogelijk maakt om op ijs te vissen. Hoe beter het proces van waterfilm vorming, hoe sneller de ijshockeyspeler kan gaan. Daarom is het de bedoeling dat het blad snel een hoge temperatuur bereikt en dat de temperatuur
zo mogelijk constant blijft.

het goede warmtegeleidingsvermogen van metalen, gedeeld door de massieve stalen buizen die in conventionele systemen worden gebruikt, heeft als effect dat de opgewekte frictiewarmte snel wordt afgevoerd. De eisen van het materiaal dat Voor de ontwikkeling van de nieuwe skate blade werd geselecteerd, werden gespecificeerd om dit effect tegen te gaan.

het zoeken naar een geschikt plastic begon met een definitie van de manier waarop het systeem zou functioneren en liep dus parallel met het ontwerp en de ontwikkeling van de engineering (Figuur 2).

Figuur 2. Vanaf de eerste schets tot en met het uiteindelijke CAD-ontwerp van
staat de ontwerper geen compromissen toe.

A de eerste ontwerpschets dient als basis voor discussie tussen de ontwerpers en ingenieurs.

B het voorlopige model, vervaardigd van hardschuim, stelt de klant in staat om voor het eerst de ideeën van de ontwerpers , driedimensionaal, , te visualiseren.

C na ontwerpversie door de klant, perfectioneren de ontwerpers, in samenwerking met de technische experts in kunststoffen, het ontwerp van het skate-systeem met behulp van CAD.

D de CAD-ontwerpgegevens maken het mogelijk een stereolithografisch model te construeren, dat wordt geschilderd en gebruikt om de gehele systeemstructuur te testen.

de extreme fysieke eisen waaraan de kunststof wordt blootgesteld en de voorwaarden die worden opgelegd door productieprocessen maakten deze zoektocht de meest tijdrovende fase in dit gehele ontwikkelingsproject (Figuur 3).

Figuur 3. De detailwijzigingen van de afzonderlijke componentengroepen
worden beïnvloed
door verschillende kunststoffen en additieven en
worden rechtstreeks toegepast in het CAD-ontwerp.

bijzondere problemen werden veroorzaakt door de verbinding tussen het blad oppervlak van het skate systeem ? een metalen profiel ? en het plastic.

wanneer bleek dat een geschikte kunststof bestand was tegen de fysieke belasting,veroorzaakten verschillende uitzet-en krimpcoëfficiënten van de kunststof en het metaalprofiel, zowel bij het vormen als bij het ontdooien, een gebrekkige verbinding tussen de kunststof en het metaal. Aan de andere kant bleken andere eigenschappen, zoals de kerfslagsterkte,de inherente stijfheid en de chemische bestendigheid van de materialen onvoldoende (Figuur 4).

na talrijke spuitgietproeven,proeven met prototypes en schaatsproeven heeft een nauwe samenwerking tussen de fabrikant, ontwerper en vormmaker van kunststof geleid tot de selectie van een materiaal dat aan de specifieke eisen voldeed.

Figuur 4. Bij een test bij -41°C heeft een botsing
die overeenkomt met die van een puck met een snelheid
van 150 km/h de skatebasis
, gemaakt van ongeschikt materiaal, vernietigd.

een spuitgietbaar, slagvast polyamide met 35 procent glasvezelversterking is bestand tegen de extreme spanningen die optreden bij een Ice hockeymatch. Dit plastic dient als basismateriaal voor het gehele skate systeem en ook voor het blad zelf.

het blad, d.w.z. het eigenlijke loopvlak van het systeem, bestaat uit een .7 mm dik, hoogwaardig metalen profiel. Dit metalen profiel, bestaande uit een veerharde metaallegering, wordt in een volledig geautomatiseerd proces lasergelast op een tweede metalen band voorzien van openingen, en wordt dan permanent aan de kunststof verbonden tijdens het spuitgietproces.

het resultaat is een lemmet dat door het isolerende effect van het plastiek de opgewekte wrijvingswarmte niet zo snel afvoert. De resulterende warmteophoping verhoogt de temperatuur van het bladoppervlak met ongeveer 3°C in vergelijking met conventionele messen. Als gevolg hiervan en het zeer gepolijste blad oppervlak, is de glijdende werking van de skateboard verbeterd met 40 procent. Dit, op zijn beurt, verhoogt de schaatssnelheid in vergelijking met conventionele skate blades.

Extreme eisen: ontwerp

de praktische uitvoering van het ontwerp voor de basisschaats en de levering van zijdelings geïntegreerde stabilisatoren voor het schaatsblad vormden een verdere uitdaging. De fysieke eisen die aan deze componenten werden gesteld, waren feitelijk identiek aan die aan het blad. Deze keer was het echter niet nodig om rekening te houden met uitzet-en krimpcoëfficiënten zoals het geval was met de kunststof/metalen composiet die het blad vormt. Een van de doelstellingen van het ontwerp was om het gewicht van het skate systeem te verminderen en toch te voldoen aan de hoge eisen van de competitieve sport. De skate blade ontwikkeld uit de polyamide / metaal composiet is 140 g lichter dan traditionele skate blades en op dit moment het lichtste bladesysteem.

deze gewichtsminimalisering werd alleen mogelijk gemaakt door het gebruik van plastics in combinatie met een zorgvuldig doordacht ontwerp. De vermindering van de wanddikte die nodig is om het gewicht te minimaliseren, vereist een ontwerp dat bestand is tegen de zeer verschillende krachteffecten. Lichtgewicht structuren gevonden in de natuur en de wetten van krachtverdeling gebruikt in de architectuur diende als basis voor het ontwerp. Zo was het mogelijk om de wanddikte van het grootste deel van de basis skate te verminderen tot slechts 1,5 mm. Deherente stijfheid van het systeem wordt behouden, zelfs als de speler een zwaargewicht is.De skate blade is bestand tegen compressiekrachten tot 3.000 N, zoals acton het systeem wanneer de skate wordt geremd, bijvoorbeeld, en ook de impactkrachten uitgeoefend door de puck reizen met snelheden tot 150 km / uur, zelfs bij extreem lage temperaturen tot ?35°C.

Figuur 5. De eerste vormen van de skate
basis, stabilisatoren en blad van prototype
mallen worden gebruikt voor materiaalladingstests
in het laboratorium en op het ijs.

om het juiste materiaal te vinden, waren tal van spuitgietproeven in prototype-matrijzen en tests onder praktische omstandigheden vereist. Hierdoor konden problemen met betrekking tot het stromingsgedrag van de kunststoffen,zoals spoelsporen in gebieden met een hoge materiaalaccumulatie en problemen met pasvorm in de afzonderlijke componentengroepen, worden opgelost. Door het vezelgehalte te verminderen,was het mogelijk om de kerfslagsterkte aan te passen bij een min-temperatuur om de vereiste torsiestijfheid van de basisschaats aan te passen.

aanpasbaar en uitwisselbaar

tijdrovend slijpen van messen, vereist met traditionele stalen messen, is niet nodig met het schaatblad in het kunststof/metalen systeem. De levensduur van dit blad is drie keer langer dan die van conventionele systemen vanwege de speciale metaallegering en de hoge oppervlakteharding. Het naprinten van de mesjes kost meer dan het kopen van een nieuw mesje en het vervangen van het oude mesje, dat door de fabrikant in Versleten toestand wordt teruggenomen en opnieuw wordt opgerold.

de skate blade kan door de speler in een paar seconden worden veranderd zonder de skate uit te schakelen. De stabilisatoren aan de zijkanten kunnen worden verwijderd door het losmaken vanspeciale schroeven en het blad veranderd. Het is ook mogelijk om verschillende bladen te gebruiken voor verschillende eisen van de speler. Voor dit doel heeft de spuitgietmatrijs verwisselbare inzetstukken die het mogelijk maken om verschillende radiale rondingen op het bladoppervlak te leveren om te voldoen aan verschillende spelervereisten.

de nauwe toleranties tussen de afzonderlijke componentgroepen (blad, stabilisatoren en basis ? Figuur 5) bevoordelen de krachtlijnen binnen het systeem. De inherente stijfheid bereikt is groter dan met een anderskate blad. Kleurvariaties in het systeem zijn mogelijk door het veranderen van de pigment, net als oppervlaktedecoratie met speciale verf.

contactgegevens: frogdesign GmbH Mr. Hartmut Esslinger Grenzweg33 d-72213 Altensteig Duitsland Telefoon: (49) 7453-2740 Fax: (49) 7453-27436
frogdesign inc. 1327 Chesapeake Terrace Sunnyvale, CA 94089, USA Telefoon: (1) 408-734-5800 Fax: (1) 408-734-5801