Tribometer: Von null auf hundert

29.12.2012 | 18:04 |  von Sonja Burger (Die Presse)

Was zwischen Ski und Schnee passiert, ist relativ unbekannt. Eine Tribometer-Anlage in Innsbruck liefert nun neue Erkenntnisse.

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27 Meter lang ist die neue Tribometer-Anlage der Technologiezentrum Ski- und Alpinsport GmbH (TSA) in Innsbruck. Bei Höchstgeschwindigkeiten von bis zu 100 Stundenkilometern kann dort das Gleitreibungsverhalten verschiedener Materialien für Wintersportgeräte auf Schnee und Eis getestet werden. Zwar erreichen Abfahrtsläufer bei Rennen höhere Geschwindigkeiten; für die Forschung sind die Dimensionen jedoch ausreichend. „Wir haben die weltweit erste Tribometer-Anlage entwickelt, wo Ski, Bob- und Rodelkufen im Ganzen und bei so hohem Tempo getestet werden können“, erläutert Michael Hasler von der TSA.

Er leitete das K-Regio-Projekt „Alpine Sporttechnologie“ mit Schwerpunkt „Gleiten auf Schnee und Eis“, an dem die Universität Innsbruck mit dem Institut für Sportwissenschaft und dem Institut für Physikalische Chemie beteiligt war. Gemeinsam entwickelten die Experten eine Tribometer-Anlage und den Prototypen für eine neuartige Sprintkunsteisbahn. Im Tribometer der TSA wurden anfangs kleine Probekörper untersucht. Mittlerweile startete das FFG-Projekt „Reibungswiderstand von Ski“, in dessen Rahmen nun komplette Ski getestet werden.


Gleitfähigkeit. Eine Frage hat die Forscher von Anfang an beschäftigt: Was genau passiert zwischen Ski und Schnee? „Ein Ski gleitet erst dann wirklich gut, wenn Belag und Skiwachs optimal zu den Schneebedingungen passen“, erklärt Hasler. Um die Gleitfähigkeit zu verbessern, müssen viele verschiedene Faktoren berücksichtigt werden. Wie gut ein Ski gleitet, wird normalerweise im Feldversuch getestet. Eine möglichst gerade Strecke (Gleitstrecke) wie jene des Skikompetenzzentrums des ÖSV in Bramberg bei Mittersill wird von Testfahrern mehrmals befahren. Lichtschranken messen die Fahrzeit.

„Die Aussagekraft dieser Tests ist allerdings begrenzt, und sie sind schwierig zu interpretieren“, weiß der Experte. In der Tribometer-Anlage habe man verschiedene Einflussgrößen standardisiert, die Tests können nun ganzjährig durchgeführt werden. Dazu zählen etwa Luftfeuchtigkeit oder Lufttemperatur. Selbst der Schnee wird vor Ort erzeugt. Dessen Temperatur und die zu testenden Materialien sind laut Hasler das Einzige, was variiert wird. So kann festgestellt werden, was die Reibungskraft tatsächlich beeinflusst.

Ein noch nicht ausreichend verstandener Faktor ist das Phänomen des Wasserfilms, der die Reibung auf Eis verringert. Die gängige Erklärung lautet, dass dieser durch Reibungswärme zustande kommt. Dem Institut für Physikalische Chemie gelang es, in Vorversuchen für die Tribometer-Anlage einige neue Erkenntnisse zu gewinnen. „Wir stellten fest, dass die Reibungswärme nicht die einzige Ursache ist. Schon vorher existiert ein Wasserfilm, da das Schmelzen auf molekularer Ebene in den oberen Eisschichten bereits bei Minusgraden einsetzt. Dieser Wasserfilm – und somit die Reibung – ist durch Beimischung bestimmter Spurenelemente in kleinsten Mengen veränderbar“, erklärt Erminald Bertel, Leiter des Instituts für Physikalische Chemie.

Innerhalb der Kooperation mit dem TSA widmen sich Bertel und sein Team der Oberflächenanalyse von Skibelägen oder -kanten. Mittels Photoelektronenspektroskopie und Atomkraftmikroskopie lassen sich deren chemische Zusammensetzung und Gestalt genau untersuchen, wodurch sich die Forscher mehr Wissen über den Zusammenhang zwischen Oberflächenbeschaffenheit und Reibungskraft erwarten. Denn wie es aussieht, könnte sich eine mikroskopische Rauigkeit durchaus positiv auf das Gleitreibungsverhalten auswirken.


Trainingsmöglichkeiten. Die neuen Erkenntnisse in puncto Gleitreibungsverhalten auf Eis kommen auch dem Rodel-, Skeleton- und Bobsport zugute. „In Österreich gibt es viele Vereine, aber die Trainingsmöglichkeiten sind laut dem Österreichischen Rodelverband, der einer der Gesellschafter des Technologiezentrums ist, völlig unzureichend“, sagt Hasler. Trainiert wird auf der Kunsteisbahn Bob-Rodel Igls in Tirol. Im Rahmen des K-Regio-Projekts arbeitete das Projektteam deshalb auch an einer Lösung für dieses Problem und entwickelte einen fünf Meter langen Prototypen für eine Sprintkunsteisbahn im Baukastensystem. Trotz neuartiger Bauweise entspricht der „Sledge Tube Tyrol“ laut Hasler allen erforderlichen Qualitätskriterien; gleichzeitig unterscheide er sich von konventionell errichteten Rodelbahnen in einigen Punkten.

In Bludenz entsteht im kommenden Jahr die erste, rund 800 Meter lange Anlage. Diese Strecke sei für Trainingszwecke völlig ausreichend und komme der Stadt wesentlich günstiger als eine konventionelle Rodelbahn. Das liegt unter anderem an der Bauweise. Die technisch anspruchsvollen Betonteile werden im Werk vorproduziert, wodurch sich die Bauzeit verkürzen soll. „Auch die Fahrfläche ist wegen der neuartigen Bauweise wesentlich exakter“, ergänzt Hasler. In puncto Energieeffizienz schneide die Anlage gegenüber der Konkurrenz geringfügig besser ab.

Reibung

Tribologie heißt die Lehre von Reibung, Verschleiß und Schmierung. Mittels Tribometern lässt sich das Reibungs- und Verschleißverhalten, etwa von Werkstoffen, untersuchen und so ihre Qualität verbessern. Mit einer ganz besonderen Art von Reibung befasst sich eine Tribometer-Anlage in Innsbruck: Sie ist vor allem dem Wintersport gewidmet.

Der Wasserfilm zwischen Ski und Schnee (oder Schlittschuh und Eis), der das richtige Gleiten ermöglicht, entsteht nicht nur wegen der Reibungswärme. In den obersten Eisschichten setzt das Schmelzen bereits bei Minusgraden ein, wenn Druck darauf ausgeübt wird. Nun wird im Detail erkundet, durch welche Faktoren die Reibung minimiert werden kann.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 30.12.2012)

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2 Kommentare

"... Dieser Wasserfilm – und somit die Reibung – ist durch Beimischung bestimmter Spurenelemente in kleinsten Mengen veränderbar“"

Na, da werden ja in den nächsten Jahren die Pisten mit verschiedensten Spurenelementen (As, Pb, Hg, ...??) präpariert werden?
Altius-Citius-Fortiter: Das Grundübel unserer Kultur!

Bekomme ich jetzt den Nobelpreis?

Das ist der selbe physikalische Effekt wie wenn man auf gefrorenen Eis spaziert!
Durch die kinetische Energie kommt es zu einer Reibung zwischen den Skier und den Schnee, und es bildet sich durch die entstandene Wärme eine Wasserschicht und darauf gleiten sie ins Tal.

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