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Dokumentenidentifikation DE10123674B4 10.11.2005
Titel Gleitkantenprofil
Anmelder Stahlwerk Ergste Westig GmbH, 58239 Schwerte, DE
Erfinder Rozsnoki, Laszlo, Dr.-Ing., 58239 Schwerte, DE
Vertreter König Patentanwälte, 40549 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 16.05.2001
DE-Aktenzeichen 10123674
Offenlegungstag 05.12.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 10.11.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.11.2005
IPC-Hauptklasse A63C 5/048
IPC-Nebenklasse B62B 17/00   C22C 38/22   C22C 38/24   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gleitkantenprofil für Wintersportgeräte, beispielsweise Skier, Snowboards und Schlitten.

Derartige Profile bestehen üblicherweise aus Stahl und besitzen einen etwa L-förmigen Querschnitt. Von den beiden Schenkeln eines solchen Profils weist der querschnittsgrößere die Gleitkante auf und schließt bei einem Ski bündig mit dessen Laufsohle ab, während der querschnittskleinere Schenkel der Verankerung des Gleitprofils zwischen der Laufsohle und einer Laufsohlenunterschicht dient.

Aus dieser Situation ergeben sich unterschiedliche Beanspruchungsverhältnisse. So verlangt die besondere Beanspruchung des als Gleitkante fungierenden Schenkels ein hohes Maß an Verschleißfestigkeit, Härte und Oberflächengüte. Eine wesentliche Rolle spielt auch die Wartungsfreiheit, weil das übliche Nachschleifen zum Entfernen von Rost bzw. Nachschärfen zum Wiederherstellen guter Führungseigenschaften auf Kosten der Lebensdauer geht. Trotz hoher Verschleißfestigkeit sollte es möglich sein, den Gleitkantenschenkel mühelos durch Schleifen auf dasselbe Niveau wie die Laufsohlenoberfläche zu bringen, um so eine völlig ebene Lauffläche zu erreichen. Weitaus geringer sind die Anforderungen an den Verankerungsschenkel weil sich dieser im Innern des Skis befindet und daher weder mit der Atmosphäre, noch mit Schnee und Eis oder auch Streumitteln und partiell schneefreiem Untergrund in Berührung kommt.

Angesichts ihres besonderen Beanspruchungsprofils eignen sich als Werkstoff für Gleitkanten insbesondere Chrom-Stähle wegen ihrer hohen Korrosions- und Verschleißfestigkeit sowie hohen Härte. Dem steht jedoch ihre verhältnismäßig geringe Verformbarkeit entgegen. Um ein Herstellen der Gleitkantenprofile durch Walzen oder Ziehen zu ermöglichen, verwendet die Praxis daher üblicherweise vergütbare Kohlenstoff-Stähle, die ihre Verschleißfestigkeit und Härte durch eine abschließende Wärmebehandlung erhalten. So beschreibt die DE 40 00 744 C2 ein Verfahren zur Wärmebehandlung des Gleitkantenschenkels in situ, bei dem der Bereich um die Gleitkante mittels Laserstrahl lokal auf die Härtetemperatur erwärmt und anschließend unmittelbar lokal abgeschreckt wird, um so ein martensitisches Gefüge einzustellen. Dieses Verfahren erfordert einen hohen apparativen Aufwand, gewährleistet aber nicht immer auch reproduzierbare Eigenschaften der Gleitkante.

Um die notwendige Härtetemperatur zu erreichen, gleichzeitig aber das Wärmeinbringen in die Tiefe der Gleitkante zu verhindern, sind neben dem lokalen Abschrecken besondere Maßnahmen zum Abführen der Schweißwärme erforderlich. Bei diesem Verfahren ergibt sich zwar eine Gleitkante mit hoher Härte und Verschleißfestigkeit im Bereich der eigentlichen Gleitkante einerseits und verhältnismäßig hoher Zähigkeit im übrigen insbesondere des Verankerungsschenkels. Hinzu kommt jedoch, daß sich bei der Wärmebehandlung wegen der notwendigen Zwangskühlung im kantennahen Bereich innere Spannungen ergeben, die zu einem sogenannten Säbelverzug, d.h. einer sehr nachteiligen Durchbiegung des Gleitkantenprofils führen können.

Um dieser Gefahr zu begegnen, verlangt die DE 42 18 099 A1 eine Begrenzung des Härtegradienten über den Querschnitt und die Länge des Gleitkantenprofils auf unter 2 HRC. Bei dem bekannten Verfahren findet daher eine zweistufige Wärmebehandlung, und zwar ein Vergüten des gesamten Gleitkantenprofils zum Einstellen eines martensitischen Gefüges sowie ein anschließendes partielles Perlitisieren bei möglichst konstanter Temperatur über die Länge des Profils statt. Der im Anschluß an das partielle Perlitisieren noch verbleibende Säbelverzug wird durch eine abschließende Biegeverformung mit konstantem Biegereckgrad beseitigt. Auch dieses Verfahren ist außerordentlich aufwendig und verleiht dem Gleitkantenprofil ebenso wie das Verfahren nach der DE 40 00 744 C2 nicht die notwendige Korrosionsbeständigkeit, um ein häufiges Nachschleifen bzw. -schärfen zu vermeiden.

Den hohen apparativen Aufwand für eine spezielle Wärmebehandlung und ein häufigeres Nachschleifen vermeidet ein aus der DE 198 08 276 A1 bekannter Gleitkantenwerkstoff aus einer Chrom-Stahllegierung, dessen hohe Härte und Verschleißfestigkeit sowie ausgezeichnetes Schwingverhalten in Kombination mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit im vergüteten Zustand insbesondere gegenüber Chloriden und Nitraten auf einer sorgfältigen Abstimmung seiner Gehalte an Kohlenstoff, Stickstoff, Molybdän und Chrom beruht. So sehr sich dieser Werkstoff auch in der Praxis bewährt hat, ist er doch mit dem konstruktiv bedingten Nachteil verbunden, daß er für den Bereich des Verankerungsschenkels überqualifiziert ist.

Des weiteren ist aus der DE 15 78 902 A1 eine Seitenschiene für Skier bekannt, bei der auf einen Grundkörper ein Vierkantprofil aus Hartstoff oder lediglich eine dünne Hartstoffschicht vorzugsweise mit einer Dicke von unter 0,5 mm flächig aufgebracht ist. Das Aufbringen des Vierkantprofils oder eine Schicht aus Hartstoff ist jedoch äußerst schwierig. Hinzu kommt, daß der Hartstoff zufolge seiner geringen Elastizität aufgrund der starken Biegebeanspruchung einer Skikante brüchig wird oder auch abblättert.

Schließlich beschreibt die DE 198 08 276 A1 eine für Gleitelemente von Sport-, insbesondere Wintersportgeräte geeignete Chrom-Stahllegierung mit 0,2 bis 0,65% Kohlenstoff, 12,0 bis 20,0% Chrom, 0,3 bis 5,0% Molybdän, 0,02 bis 0,4% Stickstoff, bis 2% Mangan, bis 1,4% Silizium, bis 2% Nickel, bis 0,5% Kupfer, bis 0,2% Vanadium und/oder Niob und bis 0,1% Aluminium, Rest Eisen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Gleitkantenprofil zu schaffen, das sowohl von der Werkstoffseite her als auch hinsichtlich seines apparativen Aufwandes äußerst kostengünstig ist.

Die Lösung dieses Problems besteht in einem Gleitkantenprofil mit einem Verankerungs- und einem Gleitkantenschenkel, bei dem zwei Vierkantprofile aus unterschiedlichen Werkstoffen an ihren Längskanten zu einem etwa L-förmigen Profil miteinander verschweißt sind. Für den Gleitkantenschenkel kann dabei ein rostfreier und verschleißfester Werkstoff, vorzugsweise ein Chromstahl und für den Verankerungsschenkel ein einfacher Kohlenstoffstahl zur Verwendung kommen.

Der Gleitkantenschenkel kann aus einem Chromstahl mit 0,1 bis 1,1 % Kohlenstoff 4 bis 18% Chrom 0,1 bis 4% Molybdän und/oder 0,1 bis 2,4% Vanadium und/oder
bis 3,0% Wolfram bis 2% Mangan bis 2% Silizium, Rest Eisen
bestehen; er enthält vorzugsweise jeweils mindestens 0,1 % Wolfram, 0,4% Mangan und 0,4% Silizium.

Besonders geeignet ist ein Chromstahl mit 0,3 bis 1,0% oder auch höchstens 0,8% Kohlenstoff, 5,0 bis 16,5% oder auch 13% Chrom, 1,0 bis 2,0% Molybdän, 0,4 bis 2,0% Vanadium, 0,6 bis 1,1 % Silizium sowie fakultativ 1,2 bis 2,5% Wolfram.

Eine besonders hohe Verschleißfestigkeit ergibt sich, wenn die Gehalte an Kohlenstoff, Chrom und Molybdän sowie gegebenenfalls auch die Gehalte an Molybdän, Vanadium und Wolfram wie folgt aufeinander abgestimmt sind. (%C)/(%Cr) + (%Mo) = 0,02 bis 0,07 und/oder (%Cr)/(%Cr) + (%Mn) + (%Mo) + (%V) + (%W) = 0,65 bis 0,98.

Das Herstellen des Gleitkantenprofils aus zwei einfachen Teilprofilen durch Kaltwalzen, Ziehen oder Rollen überwindet zudem die Grenzen, die sich beim Herstellen eines L-förmigen Profils hinsichtlich des jeweiligen Querschnitts der Profilschenkel ergeben. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, dem Verankerungsschenkel im Hinblick auf eine bessere Verankerung im Korpus des Skis eine beispielsweise um 50% geringere Dicke und eine größere Breite im Vergleich zu herkömmlichen Gleitkantenprofilen zu geben.

Darüber hinaus ist es ohne weiteres möglich, die Teilprofile durch bloßes Ablängen entsprechend bemessener Bänder oder durch Abtrennen entsprechender Streifen von einem Blech herzustellen.

Das Verbinden der Teilprofile bzw. Profilschenkel geschieht vorzugsweise durch Laserstrahl-, Elektronenstrahl- oder Plasmaschweißen mit dem Vorteil eines lokal eng begrenzten Wärmeeinbringens und entsprechend begrenzter Wärmeinflußzone. Dem Schweißen kann sich zudem eine Anlaßbehandlung anschließen, um die mit dem Schweißen in der Wärmeeinflußzone verbundenen Gefügeänderungen und auch Schweißspannung zu beseitigen.

Vorzugsweise beträgt die Breite der Schweißnaht höchstens 0,5 mm, um ein rasches Abkühlen beispielsweise noch im Bereich einer Profilführung für die beiden Teilprofile beim Schweißen und damit ein Verziehen und unerwünschte Gefügeänderungen im Bereich der Gleitkante zu vermeiden.

Das erfindungsgemäße Gleitkantenprofil kann abschließend einer üblichen Vergütungsbehandlung unterworfen werden. Eine andere Möglichkeit besteht jedoch darin, den Gleitkantenschenkel aus einem bereits gehärteten Teilprofil, beispielsweise einem Vierkantdraht herzustellen, um das komplette Gleitkantenprofil sodann nach dem Schweißen nur noch vergüten zu müssen.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Schweißnaht zur Verbesserung der Biegefähigkeit des Gleitkantenprofils Unterbrechungen aufweist. Solche Unterbrechungen lassen sich sehr einfach durch bloßes Abschalten des Schweißstroms erreichen. Eine weitere Verbesserung der Biegefähigkeit ergibt sich, wenn der Verankerungsschenkel mit Ausnehmungen versehen ist. Diese Ausnehmungen können auch zur Schweißkante bzw. Schweißnaht offen sein.

Als Werkstoff für den Gleitkantenschenkel eignen sich außer der in der DE 198 08 276 A1 beschriebenen Chrom-Stahllegierung auch die aus der nachfolgenden Tabelle ersichtlichen Chrom-Stahllegierungen K1 bis K6, die darüber hinaus auch als Werkstoff für den Verankerungsschenkel geeignete Stähle F1 bis F5 angibt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 bis 3: Querschnitte durch mehrere Gleitkantenprofile mit unterschiedlichem Gleitkantenschenkel sowie

4 und 5 perspektivische Darstellungen zweier Gleitkantenprofile mit Öffnungen im Verankerungsschenkel.

Das erfindungsgemäße Gleitkantenprofil besteht aus einem Verankerungsschenkel 1 und einem Gleitkantenschenkel 2 mit rechteckigem Querschnitt und der Gleitkante 3. Die beiden Schenkel 1, 2 sind über eine Schweißnaht 4 miteinander verbunden. Anstelle eines Profils mit rechteckigem Querschnitt läßt sich für den Gleitkantenschenkel auch ein Profil mit einer nach innen geneigten Fläche 5 (2) oder auch mit einer nach außen geneigten Fläche 6 (3) verwenden, die an der Gleitkante 3 einen geringeren Einschlußwinkel ergibt.

Der Verankerungsschenkel 1 kann Öffnungen 8 mit geschlossenem Rand 9 oder zur freien Schenkelkante 10 offenen Öffnung 11 besitzen. Eine zusätzliche oder andere Möglichkeit besteht darin, im Verankerungsschenkel Öffnungen 12 anzuordnen, die zur Schweißnahtseite 4 bzw. zum Gleitkantenschenkel 2 hin offen sind. Des weiteren kann, wie bei dem Ausführungsbeispiel der 5, die Schweißnaht aus mehreren Teilstücken 13 mit Unterbrechungen 14, 15 bestehen, die auch, wie die Unterbrechung 15 mit der Randunterbrechung einer Öffnung 12 im Verankerungsschenkel zusammenfallen können.

Die Öffnungen im Verankerungsschenkel und die Unterbrechungen der Schweißnaht verleihen dem erfindungsgemäßen Gleitkantenprofil ein hohes Biegevermögen und dem Ski damit eine hohe Elastizität.


Anspruch[de]
  1. Gleitkantenprofil für Wintersportgeräte mit einem Verankerungs- und einem Gleitkantenschenkel, bei dem zwei Vierkantprofile (1, 2) aus unterschiedlichen Werkstoffen an ihren Längskanten zu einem etwa L-förmigen Profil miteinander verschweißt sind.
  2. Gleitkantenprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitkanten-Teilprofil (2) aus einem rostfreien und/oder verschleißfesten Werkstoff besteht.
  3. Gleitkantenprofil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verankerungsteilprofil (1) aus einem Stahl mit guter Verarbeitbarkeit besteht.
  4. Gleitkantenprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Profile (1, 2) durch Laserstrahl-, Elektronenstrahl- oder Plasmaschweißen miteinander verbunden sind.
  5. Gleitkantenprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Schweißnaht mit einer maximalen Breite von 0,5 mm.
  6. Gleitkantenprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitkanten-Teilprofil (2) aus einem vor dem Verbinden gehärteten Stahl besteht.
  7. Gleitkantenprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Schweißnahtbereich angelassen ist.
  8. Gleitkantenprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verankerungsteilprofil (1) mit Öffnungen (8, 11, 12) versehen ist.
  9. Gleitkantenprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch zumindest zu einer Kante (10) des Verankerungsprofils (1) hin offenen Offnungen (11, 12).
  10. Gleitkantenprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilprofile (1, 2) durch eine Schweißnaht (4) aus Teilstücken (13) mit Unterbrechungen (14) verbunden sind.
  11. Gleitkantenprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Teilprofile aus einem Chromstahl mit 0,1 bis 1,1% Kohlenstoff 4 bis 18% Chrom 0,1 bis 4% Molybdän und/oder 0,1 bis 2,4% Vanadium und/oder bis 3,0% Wolfram bis 2% Mangan bis 2% Silizium Rest Eisen
    besteht.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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