Material. Liste der Testfelle

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1 Winter für Winter werden von vielen Tausend SkitourengeherInnen Millionen von Höhenmetern mit Hilfe von Skihaftfellen im Aufstieg zurückgelegt. Mit der richtigen Wahl des Skihaftfells lässt sich im Aufstieg viel Kraft und Ärger sparen und die Abfahrt doppelt geniessen. Um im Skitourenwettkampfsport, welcher immer mehr Anhänger findet, erfolgreich zu sein, ist die richtige Materialwahl entscheidend. Doch welches Skihaftfell ist bei welchen Schneeverhältnissen für welchen Skitourengeher das richtige? Im Auftrag der Firma Tödi Sport AG wurden am Eidgenössischen Institut für Schnee- und Lawinenforschung (SLF) mit einer wissenschaftlichen Untersuchung erstmals die Gleit- und Steigeigenschaften von Skihaftfellen für verschiedene Schneeverhältnisse charakterisiert. Material Ein sehr gutes Skihaftfell zeichnet sich durch gute Gleiteigenschaften mit möglichst wenig Reibungswiderstand, gleichzeitig aber auch durch gute Steigeigenschaften in der Gegenrichtung mit viel Reibung für das Aufsteigen aus. Die feinen Haare der Skihaftfelle bestehen aus Mohair 1, den Haaren der Mohairziege, oder aus Synthetik-Fasern. Bei gewissen Modellen werden Mohair und Synthetik-Fasern gemixt. Damit Steigen erst möglich wird, muss der Fellflor in einem aufwändigem Verfahren gelegt und parallel zur Laufrichtung fixiert werden. Jedes einzelne Haar wird dabei einmal (V-Bindung) oder zweimal (W- Bindung) an der Unterseite fixiert. Liste der Testfelle Tabelle 1: Liste und Zusammensetzung der Testfelle Fellnummer Material Bindung 1 mix w 2 mohair w 3 mohair w 4 synthetisch w 5 mohair w 6 mix v 7 mohair w 8 synt w Verschiedene Felle bestehen aus Mohairmaterial und sind mit einer w-bindung an der Unterseite fixiert. Sie unterscheiden sich jedoch in der Anzahl Haaren pro cm 2, der Haarlänge und Haarfarbe. Methodik Die Gleiteigenschaften wurden mit Gleittests bei verschiedenen Schneeeigenschaften und - temperaturen auf einer kurzen Teststrecke untersucht, indem mittels Gleiten in einer Hockeposition zwischen zwei Lichtschranken die Zeit gemessen wurde. Ebenso wurden Labormessungen mit dem sog. Tribometer, einem neuen am SLF entwickelten Messgerät, durchgeführt. 1 Mohair werden die Haare der Mohairziege genannt. Diese Naturfaser ist die spezifisch leichteste Textilfaser und daher sehr kostbar. Der Ausdruck Mohair entstammt der arabischen Sprache, wo er einen Stoff aus Haaren bezeichnet.

2 Bild 1: Tribometer in der Kältekammer am SLF Der Tribometer ist ein drehender, mit Eis oder Schnee gefüllter Ring, auf welchem der Reibungswiderstand von kleinen Fellproben (5cm x 19cm), die auf einem Messarm fixiert werden, bestimmt werden kann. Da der Tribometer in einem Kältelabor installiert ist, können verschiedene Schneeeigenschaften und -temperaturen bis 20 C simuliert werden. Die Steigeigenschaften wurden ebenfalls mit Tribometermessungen bestimmt, indem die Fellproben in der Gegenrichtung auf dem Messarm montiert wurden. Resultate Gleiteigenschaften Die Reibungswiderstände der Skihaftfelle wurden in der Kältekabine mit dem Tribometer auf einem 3 cm breiten Eisstreifen bei 1 C und bei 15 C gemessen. Die Grösse der Fellproben wurde so gewählt, dass Belastungen, wie sie ein erwachsener Tourenläufer beim Gleiten auf Schnee 2 erreicht (ca. 30 g/cm 2 ), simuliert werden konnten. Die Messungen erfolgten bei einer Tribometergeschwindigkeit von 10 km/h. Bild 2: Die Fellprobe wird auf eine Aluminiumplatte geklebt und anschliessend am Messarm fixiert, an welchem ein Kraftsensor die Reibung misst. 2 Dabei wird angenommen, dass ein Skitourengeher etwa 80 kg wiegt. Geht man davon aus, dass ein Ski mit dem halben Körpergewicht belastet wird, ist die mittlere Belastung, bei einer Fellauflage von 170 cm bei einer Breite von durchschnittlich 8 cm, etwa 30 g pro cm 2.

3 Diagramm 1: Resultate der Tribometermessungen (Reibungskoeffizient 3 ) bei 1 C Reibungskoeffizient fell 1 fell 2 fell 3 fell 4 fell 5 fell 6 fell 7 fell Zeit [in Sekunden] Diagramm 1 zeigt, dass Fell 8 bei einer Schneetemperatur von 1 C mit den tiefsten, Fell 2 mit 0.17 den höchsten Reibungskoeffizienten aufweist. Bei den Tribometermessungen bei kalten Temperaturen ( 15 C) zeigt sich eine andere Reihenfolge (siehe Diagramm 2): Fell 6 gleitet mit einem Reibungskoeffizienten von 0.14 am besten, Fell 4 mit 0.24 am schlechtesten. Die Messungen zeigen auch, dass der Reibungswiderstand bei Temperaturen um 1 C generell geringer ist als bei einer Temperatur von 15 C. Diagramm 2: Resultate der Tribometermessungen (Reibungskoeffizient) bei 15 C Reibungskoeffizient fell 1 fell 2 fell 3 fell 4 fell 5 fell 6 fell 7 fell Zeit [in Sekunden] Zur Verifikation der Labormessungen wurde versucht möglichst viele Feldtests bei verschiedenen Schneeverhältnissen durchzuführen. Dabei fuhren die Testfahrer auf einer geraden, leicht abfallenden Strecke während etwa 10 Sekunden in Hockeposition und die genaue Gleitzeit wurde mittels zwei Lichtschranken ermittelt. Die Schnee- und Wetterverhältnisse wurden mit einer mobilen Wetterstation während jeder Testfahrt genau aufgezeichnet. 3 Mit Hilfe des Reibungskoeffizienten (auch Reibungszahl) lässt sich die Reibungskraft zwischen einem Körper und einer Fläche berechnen. F R = µ F N - Dabei ist F R die Reibungskraft, µ der Reibungskoeffizient und F N die Normalkraft (Kraft senkrecht zur Fläche). Der Reibungskoeffizient bestimmt also, wie groß die Reibungskraft im Verhältnis zur Normalkraft ist; eine höhere Reibungszahl bedeutet eine größere Reibungskraft. 4 Multipliziert man nun den Reibungskoeffizienten mit der Normalkraft (hier: halbes Körpergewicht), erhält man die effektive Reibungskraft, welche beim Laufen mit Skihaftfellen auf einer horizontalen Fläche aufgewendet werden muss. Bei Fell 8 heisst das 0.11 mal ca. 400 Newton, was etwa 44 N ergibt. Man müsste also mit einer Zugkraft von etwa 4.4 kg ziehen um den Ski gleiten zu lassen. Bei Fell 2 sind es schon knapp 7 kg, mit denen man ziehen muss.

4 Die Unterschiede der Gleiteigenschaften zwischen den Skihaftfellen waren je nach Schneeeigenschaften sehr gross; so war bei einem Fell beispielsweise das Gleiten bei kaltem und trockenem Schnee gänzlich unmöglich. Vergleicht man die Resultate der Labormessungen mit den Feldtests, so zeigt sich grundsätzlich eine gute Übereinstimmung. Diagramm 3 zeigt den Vergleich der Rangierungen der Felle bei den Feldtests und bei den Labormessungen mit dem Tribometer bei denselben Schneetemperaturen. Diagramm 3: Vergleich der Feldtests mit den Tribometermessungen bei kalten Temperaturen (-15 C) 8 7 Rang Labor Rang Feld Rang Fell Die Laborversuche zeigen, dass die Skihaftfelle je nach wechselnden Schneetemperaturen unterschiedliche Gleiteigenschaften aufweisen. Indem die Felle nach ihren Gleiteigenschaften rangiert werden, können diese Unterschiede deutlich veranschaulicht werden: so belegt Fell 6, der Testsieger bei kalten Temperaturen (-15 C) bei warmen Temperaturen (-1 C) nur Rang 4, Fell 8, der Testsieger bei warmen Temperaturen belegt bei kalten Temperaturen nur Rang 5. Schnee ist nicht gleich Schnee Obwohl eine gute Übereinstimmung zwischen den Feld- und Labormessungen bei gleichen Temperaturen besteht, ist jedoch nicht nur die Schneetemperatur, sondern auch die Schneehärte bzw. Kornform und Korngrösse weitere entscheidende Faktoren: Gleittests haben gezeigt, dass Fell 8 beispielsweise bei kaltem, pulvrigem Schnee nur beschränkte, bei kaltem, kompaktem Schnee aber sehr gute Gleiteigenschaften aufweist. Unter Skitourenfahrern ist die Meinung weit verbreitet, dass synthetische Felle eher bei wärmeren Schneetemperaturen (> -3 C) und Mohair-Felle eher bei kalten Schneeverhältnissen (<-8 C) geeignet sind. Eine Korrelationsanalyse zwischen Gleitzeit und Material für die angesprochenen Temperaturbereiche belegt diese Aussage: Diagramm 4 zeigt alle Gleitzeiten aufgesplittet auf die Materialien Mohair, Mix und Synthetik für warme Verhältnisse. Die Variable Diffpersek beschreibt die Abweichung pro Sekunde auf den Mittelwert eines Tests, d.h. ist diese negativ, ist das Fell schneller als das Mittel, ist sie positiv, dementsprechend langsamer. Die Trendlinie zeigt deutlich, dass die synthetischen Felle bei warmen Schneeverhältnissen signifikant besser gleiten als die Felle der Sorte Mix oder Mohair. Im Gegensatz dazu zeigt Diagramm 5 das Gegenteil: Sowohl die Mix- als auch die Mohair-Felle gleiten deutlich besser als die synthetischen Felle bei kalten Schneetemperaturen.

5 Diagramm 4: Korrelation zwischen Gleitzeit und Fellmaterial bei warmen Schneetemperaturen (>-3 C) Diagramm 5: Korrelation zwischen Gleitzeit und Fellmaterial bei kalten Schneetemperaturen (<-8 C) Natürlich ist das Gleitverhalten nicht nur vom Material abhängig. Weitere ebenso wichtige Parameter sind die Haarqualität, die Haarlänge, der Haarwinkel auf der Unterlage, die Rauheit und die Härte der Oberfläche. So wirken sich kurze Haare sowie eine feine Oberfläche positiv auf den Gleitprozess aus. Felle mit einer rauen Oberfläche weisen insbesondere bei pulvrigem Schnee schlechte Gleiteigenschaften auf. Resultate Steigeigenschaften Die Messungen haben gezeigt, dass die Steigeigenschaften eines Skihaftfells im Gegensatz zu den Gleiteigenschaften weniger von den Schneeverhältnissen abhängen. Diagramm 6 zeigt die Reibungskoeffizienten der Messungen für Schneetemperaturen von 1 C und 15 C.

6 Diagramm 6: Reibungskoeffizienten der Skihaftfelle in der Steigrichtung Reibungskoeffizient Fell Der Reibungswiderstand ist bei kalten Bedingungen deutlich höher als bei warmen. Die Rangfolge der Testfelle bleibt jedoch für beide Temperaturen die gleiche. Von der Materialseite her sieht man deutlich, dass die Mohair- und Mix-Felle bessere Steigfähigkeiten besitzen als die synthetischen Felle. Eine Korrelationsanalyse zeigt weiter, dass die Haarlänge neben dem Material der entscheidende Parameter ist: Die Testfelle mit längeren Haaren weisen bessere Steigeigenschaften auf als die Testfelle mit kurzen Haaren. Schlussfolgerungen Sowohl die Feld- als auch die Labormessungen haben gezeigt, dass die Gleit- und Steigeigenschaften von Skihaftfellen je nach Schneeverhältnissen sehr unterschiedlich sind. Dabei sind nicht nur die Schneetemperatur, sondern auch die Schneehärte und die Kornform und -grösse in der Spur entscheidende Einflussparameter. Dementsprechend ist es sehr sinnvoll den idealen Nutzungsbereich eines Skihaftfells zu definieren, damit bei der Produktwahl für den Konsumenten individuell das passende Skihaftfell ausgesucht werden kann. Autor: Mirco Auer, wissenschaftlicher Mitarbeiter SLF, Eidgenössisches Institut für Schnee- und Lawinenforschung Davos