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Auf der Suche nach dem perfekten Ski

Auf der Suche nach Optimierung der Fahrleistung und der Gestaltung durch die Integration von hochwertigen Materialien hat zai mit dem Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung (IWK) der Ostschweizer Fachhochschule ein Projekt gestartet, das von der Innosuisse unterstützt wird. Zusammen erforschen sie auf wissenschaftlicher Basis die Parameter, welche die Fahrleistungen von Alpinski bestimmen. Dominik Stapf ist als Leiter Prüfstofftechnik am IWK im Lead dieser Zusammenarbeit und selbst passionierter Tourenskifahrer. Zusammen mit zai CEO Benedikt Germanier erzählt er im Interview, was zai und das IWK zusammen genau machen.

 

Dominik Stapf (IWK) und Benedikt Germanier (zai)

Dominik Stapf (IWK) und Benedikt Germanier (zai) inspizieren ein neues Material: Steinfaser.


Benedikt, was hat euch mit dem IWK zusammengeführt?
Benedikt: Für mich ist es zentral, systematisch zu verstehen, was wir machen. Mit dem IWK haben wir die Möglichkeit, systematisch zu erforschen, wie die Fahrleistung eines Skis in der Ganzheitlichkeit messbar ist. Auf der Suche nach messbaren Komponenten, die den perfekten Ski bestimmen, wählten wir als erste Station, die Dämpfungseigenschaften verschiedener Materialien und Materialverbunden zu erforschen. Die Dämpfung ist einer der Parameter, der die Fahreigenschaften eines Skis beeinflussen. Die Dämpfung von verschiedenen Materialien und Materialverbunden zu messen, ermöglicht uns, die Materialwahl unserer Ski nicht aus dem Bauchgefühl heraus zu treffen, sondern auf Fakten zu basieren. Mit dem IWK haben wir einen Partner in Materialkompetenz, der uns dabei unterstützt, über die Intuition herauszugehen und Fortschritte messen zu können. Dominik ist für mich ein Gesprächspartner, mit dem ich Ideen hin und her spielen kann. Gleichzeitig haben wir Lust, einer Schweizer Institution mit jungen Studierenden einen Auftrag zu geben.

Dominik, inwiefern ist die Entwicklung von Ski und die Zusammenarbeit mit zai spannend für das IWK?
Dominik: Das Thema Ski begeistert und polarisiert. Bisher steckt in der Ski-Entwicklung relativ wenig Wissenschaft. Für uns als Institut ist es interessant, dass wir bei Projekten aus verschiedenen Bereichen mitentwickeln dürfen und natürlich auch mit dem Industriepartner zusammen weiterentwickeln und interdisziplinär Erfahrungen einfliessen lassen können. Es ist in unserem Sinn, ein Schweizer Unternehmen zu unterstützen, seine Innovationen zu realisieren und Marktposition zu verbessern. Aus Institutssicht ist das Projekt insofern interessant, dass wir durch die Industrie und die Projekte ein interessantes Umfeld für unsere Studierenden schaffen. Sie können in Projekten mitarbeiten, bei welchen ein Produkt und ein Industriepartner dahinterstehen.

Wie kann man die Performanz eines Skis wissenschaftlich messen, da sie von so vielen Einflussfaktoren abhängt?
Benedikt: Ein guter Ski unterstützt die Skifahrenden dabei, frei zu sein auf dem Ski und umsetzen zu können, was sie wollen. Wir verfolgen einen ganzheitlichen Ansatz, wir wollen die Fahrleistung ganzheitlich messen. Dafür haben wir versucht, sie auf messbare Komponenten und Parameter zurückzuführen. Skifahren ist technisch gesehen Höhe verlieren. Sobald Tempo in das Spiel kommt, ist es wichtig, dass das Material nicht nachschwingt. Dafür ist die Dämpfung verantwortlich. Sie beeinflusst die Laufruhe des Skis und gibt dem Fahrenden Komfort und Sicherheit. Das sind zwei Hauptfaktoren, die wir von einem Ski erwarten, denn Geschwindigkeit ist erst zu geniessen, wenn sie kontrollierbar ist und man sich sicher und komfortabel fühlt. Deshalb haben wir uns vorerst für die Erforschung der Dämpfungseigenschaften verschiedener Materialien und Materialverbunde entschieden. Natürlich ist es nicht korrekt  zu behaupten, die ‘Fahrleistung’ würde einzig durch das ‘Dämpfungsverhalten’ bestimmt. Aber es ist eine wesentliche Komponente und diese im Verbund  – und nicht nur von einzelnen Materialkomponenten –  zu kennen, ist spannend.

 

Skientwicklung & Materialentwicklung am IWK

zai CEO Benedikt Germanier experimentiert mit innovativen Materialverbunden am Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung.


Was macht Ihr genau am IWK und mit welchem Ziel?
Dominik: Wir setzen technische Lösungen aus der Industrie um – es entsteht ein Wissenstransfer. Wir haben einen Prüfstand gebaut, womit wir die Dämpfung verschiedener Materialien, Prüfkörper und auch ganzer Ski messen können. Damit testen wir verschiedene Oberflächen, z.B. aus neuen Steinarten, um die Eigenschaften eines Materials oder unterschiedlicher Materialverbunde herauszufinden. Die Messungen sind sehr zuverlässig, doch die Parameter, die wir messen, sind vor allem subjektiv spürbar beim Skifahren. Die Dämpfung wird beim Skifahren unterschiedlich wahrgenommen. Alle Skifahrenden reagieren individuell auf einen Ski. Die Herausforderung ist  es daher, subjektive Eindrücke mit den Messwerten der Prüfstand-Maschine zusammenzubringen.

Was ist Dämpfung und weshalb ist sie ein relevanter Faktor für die Fahreigenschaft eines Skis?
Dominik: Die Dämpfung ist die Geschwindigkeit, in welcher die Schwingung eines Skis abnimmt. Je schneller die Schwingung eines Skis abnimmt, desto sicherer fühlt sich der Ski an. Ein Ski hat die optimale Dämpfung, wenn er schnell vibriert – also flexibel ist –, gleichzeitig aber auch schnell wieder in den Ursprungszustand zurückkehrt. Daher steht Dämpfung teils im Widerspruch zu Agilität. Nicht nur das Material selbst, sondern auch der Verbund von Materialien, und die Vorspannung des Skis beeinflussen die Dämpfung.

 

Mit dem Prüfstand werden Parameter wie die Dämpfung von verschiedenen Materialien und Materialverbunden gemessen.

Mit dem Prüfstand werden Parameter wie die Dämpfung von verschiedenen Materialien und Materialverbunden gemessen.


Wie bringt ihr die Messwerte der Prüfstand-Maschine mit den subjektiven Eindrücken zusammen?
Dominik: Wir haben zu dritt einen Tag lang alle Modelle, die wir zuvor gemessen hatten, auf der Piste getestet, um die Messwerte mit dem individuellen Empfinden zu vergleichen. Ich hatte Bögen vorbereitet mit bestimmten Parametern wie Komfort, wie einfach der Ski zu fahren ist, wie die Kurveneinleitung funktioniert oder ob der Ski flattrig oder ruhig wirkt. Für jedes Skimodell gab es einen Fragebogen, um die Ski unabhängig voneinander bewerten zu können. Die Idee war dann, diese Resultate mit den Messungen abzugleichen. Bei der individuellen Bewertung hatten wir die Messresultate ausgeblendet, um unbeeinflusst zu sein. Ich hätte nicht erwartet, dass die Bewertungen so unterschiedlich ausfielen. Wir waren nur zu dritt, deswegen war die Losgrösse nicht wissenschaftlich. Dafür hätte man deutlich im zweistelligen Bereich sein müssen, was jedoch sehr schwierig umzusetzen ist. Einerseits bleibt der Ski nicht gleich über die Lebensdauer, andererseits sind die Bedingungen beim Skifahren relevant und diese ändern sich ständig.

Und trotzdem war es spannend zu sehen, dass drei Leute so unterschiedliche Bewertungen für jeden Ski abgaben. Gleichzeitig gab es auch deutliche Parallelen, was einem wiederum klar macht, wie komplex das Thema ist. Jeder und jede hat auch individuelle Vorstellungen von einem Ski, was die Bewertung beeinflusst. Benedikt ist Skilehrer, David ist ein Freerider und ich bin vor allem Tourenskifahrer. Dadurch hat jeder eine andere Vorstellung vom perfekten Ski. Gerade was die Performanz und den Komfort vom Fahren angeht, gab es viele gleiche Bewertungen. Aber es hat nicht jeder Ski jedem gleich gut gefallen. Wir haben die Messungen und das individuelle Empfinden jedoch auch mit einem Ski aus der Industrie verglichen und festgestellt, dass die Materialien, die zai einsetzt, einen grossen Unterschied machen.

zai hat einen Ski aus Stein. Das ist aussergewöhnlich. Ist Stein das optimale Material in Bezug auf die Dämpfung?
Benedikt: Stein hat uns bisher sehr positiv überzeugt. Stein ist ein lebendiges Material. Wir arbeiten vor allem mit metamorphem Gestein, welches während mehr als 50 Millionen Jahre verformt wurde. Wir benutzen für unseren zai stone Stein von einer Bündner Firma, welche den Stein vom Felsen abzieht. Dieser ist sehr gut bearbeitbar, ölig und porös. Durch die Porosität und die Dämpfungseigenschaften ist Stein nicht schwerer als Aluminium, was einen positiven Einfluss auf die Performance hat. Wir verbauen quasi den Berg zum Ski.

Steinfaser

Steinfaser ist entgegen der geläufigen Annahme ölig, porös und gut bearbeitbar. Durch seine optimalen Dämpfungseigenschaften eignet es sich für den Skibau.


Welche anderen Materialien habt Ihr bisher getestet und wie geht ihr bei der Materialauswahl vor?
Benedikt: Das Material muss ins Designkonzept passen, nachhaltig sein, Bedürfnisse der Kunden erfüllen. So probierten wir schon verschiedene Materialien aus: Naturkautschuk, Stein, Cellulose, Kork, …. Bisher fanden wir in jedem Material Vor- und Nachteile. Carbon zum Beispiel mochten wir, wegen seiner Leichtigkeit und gleichzeitiger Steifheit. Durch verschiedene Erfahrungswerte sind wir jedoch wieder davon weggekommen. Kautschuk dämpft zwar gut, ist jedoch sehr schwer. Die Dämpfung wird immer im Verhältnis zum Gewicht gemessen. Vorzüge des Kautschuks sind andere, wie zum Beispiel, dass er ästhetisch ist, gut bearbeitet werden kann und sehr nachhaltig ist.

Dominik, inwiefern trägt das Projekt mit zai zur Nachhaltigkeit im Skibau bei?
Dominik: Wir entwickeln Prototypen und fokussieren uns auf die Entwicklung eines nachhaltigen Skikonzeptes. Mit dem Prüfstand haben wir eine Maschine, die uns erlaubt, immer schneller und effizienter zu werden, sodass es nicht mehr nötig sein wird, zu viele Prototypen zu entwickeln.

Was bedeutet Nachhaltigkeit für zai und wie ist sie in einem zai Ski integriert?
Benedikt: Es gibt verschiedene Faktoren, die die Nachhaltigkeit beeinflussen. In den letzten Jahren haben wir unsere Bauteile vor allem auf Leistung hin optimiert. Über die Zeit sind wir zu einem neuen Bewusstsein gekommen, und richten die Optimierung auch auf die Nachhaltigkeit aus. Gerade im Sport-Bereich besteht auch von der Kundenseite eine Erwartungshaltung an das Unternehmen, dass es sich mit Nachhaltigkeit auseinandersetzt und Verantwortung übernimmt. Unternehmen versuchen, zuvor benutze Materialien mit natürlichen Materialien zu substituieren, was nicht ganz so einfach ist bei einem Anspruch an gleiche Konditionen und Resultate. Unser Anspruch ist es, dass durch den geschickten Einsatz von Materialien die gleiche Leistung mit einem geringeren ökologischen Fussabdruck erbracht werden kann. Wir sind eine Firma, die etwas produziert und somit in der Konsequenz die Umwelt belastet. Doch wir streben in allen Belangen das Optimum an. Unsere interne Ökobilanz zeigte zum Beispiel, dass das Reisen und damit verbunden die Tausenden von Auto-Kilometern eine dominante Grösse sind im Verbrauch von Energie. In der Fertigung konzentrieren wir uns auf die Verarbeitung von langlebigen Fabrikaten. Diese können wiederbearbeitet und aufgefrischt werden. Dadurch, dass wir Material prüfen können, können wir Produkte über ihren Lebenszyklus hinweg vergleichen. Uns liegt die Langlebigkeit unserer Ski am Herzen, denn Langlebigkeit ist ein Schlüsselfaktor der Nachhaltigkeit.

Seht ihr schon Erfolg, in dem, was ihr bisher zusammen gemacht habt?
Benedikt: Wir haben ein verlässliches, messbares System, das uns erlaubt, besser zu werden. Wir können Technologie in unser Produkt transferieren und Oberflächen immer nachhaltiger herstellen. Da auch ein Ski ein lebendiges Produkt ist, das sich über seine Lebensdauer verändert, braucht es mindestens 2-3 Winter, um genaue Aussagen machen zu können. Der Ski muss über längere Zeit den Konditionen ausgesetzt sein.

Welchen Nutzen ziehen Ski-Enthusiasten aus euren Forschungen?
Benedikt: Wer zai kauft, kauft auch eine Grundhaltung. Langlebige Produkte zu bauen ist dabei ein wesentlicher Teil. Fahrleistung und Nachhaltigkeit stehen nicht im Widerspruch zueinander. Und wir wollen nicht nur die Ansprüche unsere Kundinnen und Kunden erfüllen, wir wollen sie übertreffen. Es ist unsere Art, transparent, nachvollziehbar und vertretbar vorwärtszugehen, immer einen Schritt weiter. Wir möchten innovieren und umsetzen, ohne Anspruch, repräsentativ zu sein. Wir fürchten nicht, kopiert zu werden. Wir sind auf der Suche nach Optimierung der Fahrleistung und der Gestaltung durch Integration von hochwertigen Materialien. Wir wollen keine Geheimniskrämerei, sondern die offene Innovation fördern. Und wir wollen andere dazu motivieren, mit Instituten zusammenzuarbeiten und weitere Wege zu gehen.

 

Über das Projekt

Zai EcoSwiss – Konzipierung und Validierung eines neuartigen Ski-Prüfstand für datenbasierte «first-time-right» Auslegung nachhaltiger High-Performance Alpinski

Das Projekt wird unterstützt von Innosuisse – Swiss Innovation Agency. Ziel ist die Entwicklung nachhaltiger High-Performance Alpinski mit optimiertem Schwingungsverhalten durch innovative Strukturen und optimale Nutzung der Materialeigenschaften nachwachsender Rohstoffe. Die Basis für die Charakterisierung & Optimierung der Ski bildet die Entwicklung eines spezifischen Prüfstandes.

 

Über das Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung

IWK – die Verbindung von Wissenschaft und Praxis für innovative Lösungen mit modernen Werkstoffen, Prozessen und Multimaterialtechnologie

Das Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung (IWK) ist ein Institut der OST–Ostschweizer Fachhochschule am Standort Rapperswil. Bereits seit 2005 engagiert sich das IWK für die Aus- und Weiterbildung, anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung, Technologietransfer und Dienstleistungen für externe Auftraggeber. Im IWK-Team arbeiten erfahrene Fachleute und Experten zusammen mit jungen Hochschul-Absolventen unkompliziert, professionell und projektorientiert an Aufgabenstellungen aus der Industrie und an öffentlich geförderten Forschungsvorhaben und engagieren sich in der Aus- und Weiterbildung im Hochschul- und Berufsbildungsbereich.

Das IWK pflegt die projektbezogene Zusammenarbeit mit Partnern aus Wirtschaft und Hochschulen im regionalen und überregionalen Bereich.