Schneereibung und wie man sie reduziert

Die Schneereibung ist der Widerstand, auf den der Belag bei der Bewegung auf Schnee stößt, und setzt sich aus mindestens zwei, manchmal sogar bis zu vier Komponenten zusammen:

  • Trockenreibung
  • Reibung durch Umweltschadstoffe
  • Nasser Sog
  • Elektrostatische Reibung

Trockenreibung

Trockenreibung tritt auf, wenn die Schneekristalle am Belag reiben, und wird durch die Verwendung von Kohlenwasserstoffwachsen als Schmiermittel verringert. Der Kohlenwasserstoff muss härter sein als der Schnee; wenn der Schnee härter ist und das Wachs durchdringt, geht die Schmierung verloren. Wenn der Schnee am Belag klebt, bedeutet dies, dass das Wachs zu weich für den Schnee ist und der Belag sich langsam anfühlt. Der erste Indikator für die Schneehärte ist die Schneetemperatur; deshalb haben Wachse bestimmte Schneetemperaturbereiche. Da kalter Schnee härter ist, sind Wachse für kalten Schnee härter als Wachse für wärmeren Schnee. Der zweite und fast ebenso wichtige Indikator ist die Form der Schneekristalle. Die meisten neuen Schneekristalle sind scharf und spitz und werden runder, wenn sie altern oder der Schnee präpariert wird. Je älter und runder die Kristalle werden, desto geringer ist ihre Wachsdurchdringungskraft. Unter den Neuschneekristallen sind bestimmte Formen viel aggressiver als andere: sternförmige Kristalle durchdringen das Wachs viel leichter als nadelförmige Kristalle, selbst wenn beide Kristalltypen die gleiche Temperatur haben. Daher sind sowohl die Kristallform als auch die Schneetemperatur Faktoren, die bestimmen, wie leicht ein Schneekristall das Wachs durchdringen kann. Ein aggressiver Schneekristall erfordert bei gleicher Schneetemperatur ein härteres Wachs als ein runderer Kristall. 

Verringerung der Trockenreibung

Trockenreibung tritt auf, wenn der Untergrund und der Schnee durch unsichtbare mikroskopische Unregelmäßigkeiten, so genannte Unebenheiten, miteinander in Kontakt kommen. Am einfachsten kann man sich die Funktionsweise eines Schmiermittels vorstellen, wenn man sich ein Spiel mit Spielkarten vorstellt, bei dem die Karten leicht gegeneinander gleiten, wenn man sie zur Seite schiebt. Wenn ein Schmiermittel zwischen die Unebenheiten des Schnees und die Unebenheiten des Untergrunds gebracht wird, bewirkt es einen Gleiteffekt, der dem Untergrund hilft, schneller auf dem Schnee zu gleiten, während die "Karten" zurückbleiben. Irgendwann gehen die Karten aus und das Schmiermittel muss nachgefüllt werden.

Illustration der Trockenreibung zwischen Schnee und Skiuntergrund. Das Bild zeigt mikroskopische Unebenheiten im Schnee und wie Kohlenwasserstoffwachs als Schmiermittel eingesetzt wird, um die Gleitfähigkeit zu erhöhen. Dies reduziert die Reibung und sorgt für schnelleres Fahren.

Die Trockenreibung wird durch die Verwendung eines Kohlenwasserstoffwachses als Schmiermittel verringert. Damit das Kohlenwasserstoffwachs als Schmiermittel wirksam ist, muss es immer härter sein als der Schnee; das ist die Grundregel des Wachsens. Wenn der Schnee härter ist und das Wachs eingedrungen ist (stellen Sie sich einen Nagel vor, der die Karten durchbohrt), geht die Schmierung verloren.

Diagramm zur Erklärung, wie Kohlenwasserstoffwachse für verschiedene Schneehärten verwendet werden. Das Bild stellt dar, warum das Wachs härter sein muss als der Schnee, um die Schmierwirkung aufrechtzuerhalten, und wie ein weicheres Wachs bei harten Schneebedingungen durchdrungen werden könnte.

Obwohl die erste Überlegung bei der Verwendung eines Wachses, das härter als der Schnee ist, die Schneetemperatur ist (kälterer Schnee ist härter, also sind Wachse für kälteren Schnee härter als Wachse für wärmeren Schnee), gibt es noch einen weiteren Faktor, der nicht außer Acht gelassen werden darf: die Schneekristallform.

Tabelle mit verschiedenen Schneekristallformen, von sternförmigen zu runden Kristallen. Das Bild zeigt, wie die Form und Aggressivität der Kristalle die Wahl des Skiwachses beeinflussen, um die Trockenreibung zu minimieren.

Die Schneekristalltabelle oben zeigt die Arten von Neuschneekristallen. Wenn diese Kristalle altern oder der Schnee präpariert wird, werden sie runder. Wir sehen, dass bestimmte Formen viel aggressiver sind als andere: Die sternförmigen Kristalle auf der linken Seite des Diagramms durchdringen das Wachs viel leichter als die runden Kristalle auf der rechten Seite des Diagramms, selbst wenn beide Kristalltypen die gleiche Temperatur haben. Je runder der gealterte Kristall wird (weniger aggressiv), desto geringer ist seine Wachsdurchdringungskraft. Daher sind sowohl die Kristallform als auch die Schneetemperatur Faktoren, die bestimmen, wie leicht ein Schneekristall das Wachs durchdringen kann. Ein aggressiver Schneekristall erfordert bei gleicher Temperatur ein härteres Wachs als ein runderer Kristall.

Wenn das Wachs immer härter als der Schnee sein muss, stellt sich logischerweise die Frage, warum nicht immer mit sehr harten Wachsen gewachst wird, um sicherzustellen, dass diese Bedingung erfüllt ist. Wie leicht diese Karten gegeneinander gleiten hängt von der Reibung zwischen ihnen ab. Nennen wir die Reibung zwischen zwei Karten innere Reibung (FI). Stellen Sie sich ein weiches Wachs, z. B. gelb, als einen Satz kleiner Karten mit geringer innerer Reibung vor. Stellen Sie sich ein härteres Wachs, z. B. türkis, als ein Kartenspiel mit größeren Karten vor, wie unten dargestellt. Die größeren Karten lassen sich nur mit größerem Kraftaufwand gegeneinander verschieben, daher haben härtere Wachse eine höhere innere Reibung als weichere Wachse. 

Beschreibung des Bildes

Auf den ersten Blick muss das Wachs so weich wie möglich sein, damit die innere Reibung gering ist, solange es härter als der Schnee ist. Es gibt jedoch noch eine andere Überlegung: weichere Wachse haben einen höheren Anfangswiderstand. Die Fachleute nennen das "slow to break". Die Erklärung dafür ist komplex und hier nicht von Belang, also lassen wir sie weg. Was wir wissen müssen, ist, dass die geringere innere Reibung weicher Wachse zu einer höheren Höchstgeschwindigkeit führt, aber es dauert etwas länger, diese Geschwindigkeit zu erreichen. Bei Abfahrtsrennen ist eine potenziell höhere Geschwindigkeit ein Vorteil, der den anfänglichen Bewegungswiderstand rechtfertigt, aber beim Slalom, wo die hohen Geschwindigkeiten der Abfahrt nicht erreicht werden, ist die anfänglich niedrige Geschwindigkeit des weicheren Wachses ein Nachteil. Es ist also hilfreich, sich die weicheren Wachse wie eine höhere Übersetzung für ein Fahrrad vorzustellen: geringere Anfangsbeschleunigung, höhere Höchstgeschwindigkeit.

Ein gutes Verständnis dieses Konzepts kann einen entscheidenden Vorteil bringen, da es bei Schneesportwettkämpfen eine große Rolle spielt. Nehmen wir zwei berühmte Abfahrten, Kitzbühel und Wengen, als Beispiele. Da der Start in höheren Lagen liegt, ist der Schnee dort in der Regel kälter als in den flacheren Abschnitten weiter unten auf der Strecke. Es ist klar, dass das ideale Wachs für die flachen Abschnitte entscheidend für die Geschwindigkeit ist, und das bedeutet, dass das Wachs für den kälteren Start zu warm sein muss. Dies ist in Kitzbühel kein Problem, da der Start steil ist und die Schwerkraft die anfängliche "höhere Übersetzung" des weicheren Wachses leicht überwindet. Dies ist in Wengen nicht der Fall, wo der Start ziemlich flach ist und ein weicheres Wachs zu einer geringeren Beschleunigung führt. Daher gehen die Techniker in Wengen oft einen Kompromiss ein und verwenden ein etwas härteres Wachs, als es für den späteren Streckenabschnitt ideal wäre, um eine bessere Beschleunigung im ersten Abschnitt zu erreichen. Ein Techniker, der das Konzept der "Verzahnung" gut versteht, bügelt das ideale Wachs für die unteren Ebenen ein und trägt am Start eine dünne Schicht des härteren Wachses auf, das besser zu den Bedingungen am Start passt. Auf diese Weise werden beide Abschnitte mit Wachs der idealen Härte versehen. Dies ist natürlich kein exakter Prozess, so wie sich Raumschiffteile in bestimmten Höhen ablösen; es ist unmöglich, genau zu wissen, wo sich das härtere Wachs abnutzen wird. Aber dieses System funktioniert definitiv und bietet einen erheblichen Geschwindigkeitsvorteil.

Das Konzept der "Verzahnung" hat auch Auswirkungen auf die verschiedenen Schneesportarten. Vergleichen Sie Skicross und Snowboardcross, am gleichen Tag, auf der gleichen Strecke. Man würde erwarten, dass für beide Disziplinen das gleiche Wachs verwendet wird, aber das ist nicht der Fall. Die Skifahrer haben Stöcke, mit denen sie den anfänglichen Widerstand des Wachses überwinden können, so dass es "bricht". Die Snowboarder haben diese Möglichkeit nicht und müssen sich allein auf die anfängliche Beschleunigung des Wachses verlassen, um auf Geschwindigkeit zu kommen, daher müssen die Snowboarder bei gleicher Strecke und gleichen Schneebedingungen etwas härter wachsen als die Skifahrer. Beim Cross sind vier oder sechs Teilnehmer gleichzeitig auf der Strecke und eine Reihe von Verwicklungen und plötzlichen Stopps während ein und desselben Laufs sind keine Seltenheit; eine schnelle Beschleunigung, um wieder in Gang zu kommen, ist bei Crossläufen an mehreren Stellen der Strecke entscheidend, nicht nur am Start.