szybki rozwój technologii materiałowych i przetwórczych sprawia, że producenci tworzyw sztucznych, Producenci form i projektanci muszą trzymać się w closetouch. Przy opracowywaniu komponentów z tworzyw sztucznych właściwości materiału i jego sposób przetwarzania powinny być brane pod uwagę w projekcie

Rysunek 1. Dynamiczny biomorficzny projekt i
specjalnie dobrana kombinacja materiału razem
tworzą najlżejsze i najszybsze ostrze do rolek.

etap projektowania. W tym przykładzie badania materiałowo-technologiczne agencji projektowej w Altensteig w Niemczech oraz WST, producenta artykułów sportowych w Villingen-Schwenningen w Niemczech, doprowadziły do wyboru odpowiedniego tworzywa sztucznego i stworzenia kreatywnego projektu ostrza do łyżew (Rys. 1).

Ekstremalne Wymagania: Materiał

ostrze łyżwy hokejowej wytwarza ciepło tarcia poprzez nacisk i ruch, powodując stopienie się lodu i powstanie filmu wody między powierzchnią ostrza a lodem. To tylko ten film wody sprawia, że pływanie na lodzie jest możliwe. Im lepszy proces tworzenia się filmu wodnego, tym szybciej może przejść hokeista na lodzie. Dlatego celem jest szybkie osiągnięcie wysokiej temperatury, a temperatura
, jeśli to możliwe, pozostanie stała.

dobra przewodność cieplna metali, dzielona przez solidne stalowe ostrza stosowane w konwencjonalnych systemach, ma efekt szybkiego rozpraszania wytwarzanego ciepła. Aby zwalczyć ten efekt, określono wymagania dotyczące materiału wybranego dorozwoju nowego ostrza łyżew.

poszukiwanie odpowiedniego tworzywa sztucznego rozpoczęło się od określenia sposobu funkcjonowania systemu, a tym samym przebiegało równolegle z projektowaniem i rozwojem inżynierii (Rys. 2).

Rysunek 2. Od pierwszego szkicu aż do ostatecznego
projektu CAD, projektant nie pozwala na żadne kompromisy.

pierwszy szkic szkicu służy jako podstawa do dyskusji pomiędzy projektantami i inżynierami.

B model wstępny, wykonany ze sztywnej pianki, umożliwia klientowi wizualizację pomysłów projektantów , trójwymiarowo, po raz pierwszy.

C po wydaniu projektu przez Klienta, projektanci, współpracujący z ekspertami technicznymi w dziedzinie tworzyw sztucznych, doskonalą projekt systemu skate za pomocą CAD.

D dane projektowe CAD umożliwiają skonstruowanie modelu stereolitograficznego, który jest malowany i używany do testowania całej struktury systemu.

ekstremalne wymagania fizyczne, na które narażony jest plastik, oraz Warunki narzucone przez procesy produkcyjne sprawiły, że poszukiwania te były najbardziej czasochłonne w całym projekcie rozwojowym (rys. 3).

Rysunek 3. Szczegółowe modyfikacje poszczególnych grup komponentów
mają wpływ na
różne Tworzywa sztuczne i dodatki oraz
bezpośrednio zaimplementowane w projekcie CAD.

szczególne problemy stwarzało połączenie między powierzchnią ostrza systemu łyżew ? profil metalowy ? i plastik.

gdy znaleziono odpowiedni plastik odporny na naprężenia fizyczne,różne współczynniki rozszerzalności i skurczu tworzywa sztucznego i metalu, zarówno w formowaniu, jak i demouldingu, spowodowały wadliwe połączenie między tworzywem sztucznym a metalem. Z drugiej strony,gdy to połączenie się powiodło, inne właściwości,takie jak wytrzymałość na uderzenia karbem, nieodłączna sztywność i odporność chemiczna materiałów okazały się niewystarczające (Rysunek 4).

po licznych próbach formowania wtryskowego, testowaniu prototypowych form i próbach jazdy na łyżwach,ścisła współpraca między producentem tworzyw sztucznych, projektantem i wykonawcą form doprowadziła do wyboru materiału spełniającego określone wymagania.

Rysunek 4. W badaniu w temperaturze -41°c uderzenie
odpowiadające uderzeniu krążka poruszającego się z prędkością
150 km/h zniszczyło podstawę łyżew
wykonaną z nieodpowiedniego materiału.

formowalny wtryskowo poliamid o dużej udarności z 35-procentowym wzmocnieniem z włókna szklanego wytrzymał ekstremalne naprężenia występujące w lodzie. Tworzywo to służy jako materiał podstawowy dla całego systemu rolek, a także dla samego ostrza.

ostrze, czyli rzeczywista powierzchnia prowadnicy systemu, składa się zProfil metalowy o wysokiej wytrzymałości o grubości 7 mm. Ten metalowy profil, składający się ze sprężynowo-twardego stopu metalu, jest spawany laserowo w pełni zautomatyzowanym procesie do drugiej metalowej taśmy wyposażonej w otwory, a następnie jest trwale połączony z tworzywem sztucznym podczas procesu formowania wtryskowego.

rezultatem jest ostrze, które ze względu na izolacyjny efekt plastik nie rozprasza tak szybko generowanego ciepła tarcia. Nagromadzenie ciepła zwiększa temperaturę powierzchni ostrza o około 3°C w porównaniu z konwencjonalnymi ostrzami. W wyniku tegoi wysoce wypolerowana powierzchnia ostrza, działanie ślizgowe skateblade jest lepsze o 40 procent. To z kolei zwiększa szybkość łyżwiarstwa w porównaniu z konwencjonalnymi łyżwami.

ekstremalne wymagania: Design

praktyczne wdrożenie projektu dla podstawowych rolek i zapewnienie bocznych zintegrowanych stabilizatorów dla ostrza rolki stanowi kolejne wyzwanie. Wymagania fizyczne stawiane tym elementom były identyczne jak te stawiane na ostrzu. Tym razem jednak nie trzeba było brać pod uwagę współczynników rozszerzalności i skurczu, jak to miało miejsce w przypadku kompozytu tworzywo sztuczne/metal tworzącego ostrze. Jednym z celów projektu było zmniejszenie wagi systemu rolkowego, a jednocześnie spełnienie wysokich wymagań sportu wyczynowego. Ostrze rolek wykonane z kompozytu poliamidowo-metalowego jest o 140g lżejsze od tradycyjnych ostrzy rolek i obecnie jest najlżejszym systemem ostrzy.

ta minimalizacja wagi była możliwa tylko dzięki zastosowaniu plastików w połączeniu z starannie przemyślanym projektem. Zmniejszenie grubości ścianki wymaganej do minimalizacji ciężaru wymagało zaprojektowania zdolnego do wytrzymania bardzo różnych efektów siłowych. Lekkie konstrukcjepoznane w przyrodzie i prawa rozkładu sił stosowane w architekturach były podstawą projektu. W ten sposób możliwe było zmniejszenie grubości ścianki największej części łyżwy podstawowej do zaledwie 1,5 mm. sztywność systemu jest zachowana, nawet jeśli zawodnik jest w wadze ciężkiej.Ostrze łyżwy jest odporne na siły ściskające do 3000 N, takie jak na przykład nacisk na system, gdy łyżwa jest hamowana, a także siły uderzeniowe wywierane przez krążek poruszający się z prędkością do 150 km/h, nawet w ekstremalnie niskich temperaturach do ?35°C.

Rysunek 5. Formowanie początkowe łyżwy
podstawa, stabilizatory i ostrze z prototypowych form
są używane do testów obciążenia materiału
w laboratorium i na lodzie.

aby znaleźć odpowiedni materiał, konieczne były liczne próby wtryskowe w formach prototype i testy w warunkach praktycznych. W ten sposób rozwiązano problemy związane z przepływem tworzyw sztucznych, takie jak ślady zatapiania w obszarach dużej akumulacji materiału i trudności z dopasowaniem do poszczególnych grup komponentów. Dzięki zmniejszeniu zawartości włókien możliwe było dostosowanie wytrzymałości na uderzenia w temperaturach ujemnych do wymaganej sztywności skrętnej łyżwy podstawowej.

możliwość dostosowania i wymiany

czasochłonne szlifowanie ostrzy, wymagane tradycyjnymi stalowymi ostrzami,nie jest konieczne w przypadku łyżew w systemie plastik/metal. Żywotność tego ostrza jest trzykrotnie dłuższa niż w przypadku konwencjonalnych systemówz powodu specjalnego stopu metalu i wysokiego utwardzania powierzchni. Postgrinding ostrzy kosztuje więcej niż zakup nowego ostrza i wymiana starego, który jest odbierany w stanie zużytym przez producenta i regranulat.

ostrze łyżwy może zostać zmienione przez gracza w ciągu kilku sekund bez zdejmowania łyżwy. Stabilizatory po bokach można usunąć za pomocą odpiąć specjalne śruby i zmienić ostrze. Możliwe jest również użycie differentblades dla różnych wymagań gracza. W tym celu wtryskiwacz ma wymienne wkładki, które umożliwiają uzyskanie różnych krzywych tarcia na powierzchni ostrza w celu spełnienia różnych wymagań gracza.

ścisłe tolerancje między poszczególnymi grupami komponentów (ostrze,stabilizatory i podstawa ? Rys. 5) faworyzuj ścieżki linii sił w systemie. Wewnętrzna sztywność osiągnięta jest większa niż w przypadku jakiegokolwiek innego ostrza. Zmiany kolorystyczne w systemie są możliwe dzięki zmianie pigmentu, podobnie jak dekoracja powierzchni farbami o specjalnym efekcie.

dane kontaktowe: Frogdesign GmbH Mr.Hartmut Esslinger Grenzweg33 D-72213 Altensteig Niemcy Telefon: (49) 7453-2740 Faks: (49) 7453-27436
frogdesign inc. 1327 Chesapeake Terrace Sunnyvale, CA 94089, USA Telefon:(1) 408-734-5800 Faks: (1) 408-734-5801