Bestimmung des Gleitreibungswiderstandes von Ski-Laufflächen Masterarbeit Michael Hasler Wirtschaftsingenieurwesen JG 2011 MCI, 23.9.2013

Inhalt Theoretische Grundlagen Stand der Technik und Forschungskontext Methode Ergebnisse Zusammenfassung und Ausblick MCI, 23.9.2013

1. Theoretische Grundlagen – Komponenten der Reibung Trockenreibung Schneedeformation Hydrodynamische Reibung Kapillareffekt Elektrostatische Aufladung Verschmutzung MCI, 23.9.2013

1. Theoretische Grundlagen – Komponenten der Reibung 𝐹=( τ 𝜎 + Δ𝑧 𝑙 ) 𝐹 N + 𝜌 𝑠 𝑤𝛥𝑧 𝑣 2 + 𝜂𝑣𝐴𝑒𝑓𝑓 ℎ + 𝐹cap Reibungskoeffizient Dicke Wasserfilm (µm) (Quelle: Colbeck, 1992) MCI, 23.9.2013

2. Stand der Technik - Feldtests Streckenlänge: 300-400 m Geschwindigkeit: bis 130 km/h erfahrene Testfahrer Gesucht: Skier mit geringstem Gleitreibungswiderstand - hohe Variabilität - kaum reproduzierbar - hoher Aufwand - wenig Daten MCI, 23.9.2013

2. Stand der Technik - Tribometer Tribometer: Anlage zur Bestimmung von Reibung und Verschleiß geringe Variabilität gut reproduzierbar geringer Aufwand niedrige Geschwindigkeit kleiner Probenkörper meistens auf Eis Tribometer, SLF Davos (Quelle: ETH Zürich; SLF Davos) MCI, 23.9.2013

2. Stand der Technik - Forschungskontext MCI, 23.9.2013

3. Methode - Tribometer des Technologiezentrums Ski- und Alpinsport Tribometer, TSA (Quelle: TSA, Innsbruck) MCI, 23.9.2013

3. Methode – lineares Tribometer realistische Probekörper sportspezifische Geschwindigkeiten bis 100 km/h realistische Normalkraft wiederholbare Bedingungen durch Kunstschnee Umgebungstemperatur [-30°, 0°C] Tribometer, TSA (Quelle: TSA, Innsbruck) MCI, 23.9.2013

3. Methode – lineares Tribometer Erfasste Daten: Normalkraft vorne/hinten horizontale Kraft Position Schlitten Übertragung der Daten in Echtzeit über Funk Messschlitten, TSA (Quelle: TSA, Innsbruck) MCI, 23.9.2013

3. Methode – Kraftmessung Beschleunigungsphase : 0,3 s Messabschnitt : 0,3 … 3 s Bremsphase : 0,3 s Reibungskoeffizient: µ= 𝑭 𝒉 𝑭 v Wiederholbarkeit µ: ± 3% Schwingungen: Motorsteuerung, Elastizität Seil MCI, 23.9.2013

3. Methode – Versuchsplanung   Rauheit (µm) Wachs Temp. (C) v (m/s) Fahrten pro Spur Fahrten gesamt Normalkraft (N) Studie 1 10 30 Paraffin -15° -10° -5° 2 5 120 350 Studie 2 „High Fluor“ -8° 15 60 Studie 3 -7° 15 x 3 270 250; 350; 450 Studie 4 40 Für alle Kombinationen: 10 (15) Fahrten beginnend auf einer frischen Schneespur MCI, 23.9.2013

4. Ergebnisse – Studie 1: Temperatur v = 2m/s Rauheit 10 µm MCI, 23.9.2013

4. Ergebnisse – Studie 1: Temperatur, Geschwindigkeit, Rauheit 𝚫µ 𝐦𝐚𝐱 = 46% Rauheit: 𝚫µ 𝐦𝐚𝐱 = 20% Geschwindigkeit: Δµ max = 33% MCI, 23.9.2013

4. Ergebnisse – Studie 2 v, Wachs v = 2m/s v = 5m/s Wachs: Paraffin vs. HF-Wachs  Δµ …+ 57 % Geschwindigkeit: 2 m/s … 5m/s  Δµ …+ 60 % MCI, 23.9.2013

4. Ergebnisse – Studie 4 (Rauheit, Wachs)

5. Zusammenfassung und Ausblick Das lineare Tribometer des Technologiezentrums Ski- und Alpinsport ist für die Untersuchung der Reibung zwischen Ski und Schnee geeignet Einige Abhängigkeiten des Reibungskoeffizienten sind den Projektpartnern nicht bekannt: Transferpotential  Wirtschaft Einige Effekte sind in Literatur nicht bekannt: Transferpotential  Wissenschaft Zugrundeliegende Mechanismen müssen mit zusätzlichen Parametern untersucht werden: z.B. Temperatur an der Gleitfläche, Wasserfilm, chemische, physikalische und geometrische Oberflächeneigenschaften …

Vielen Dank, Fragen? MCI, 23.9.2013