21.02.2014 12:35

DN - věda kolem bruslí

Tento článek je o bruslích používaných při ježdění na DNce. Důvod pro napsání tohoto článku je změna v používání bruslí, protože se mění i ostatní aspekty DNek, hlavně v použití pružných kompozitových stěžňů.  První část je o tom jaké brusle jsou povoleny a o tom jaké brusle použít ve specifických podmínkách. Část druhá je o používaných typech ocelí pro různé typy bruslí. Třetí část je o broušení, úhlech broušení, křivce broušení, a o tom jaký vliv má stav ledu na tyto aspekty broušení. Poslední část je o výrobě bruslí a nejčastějších problémech které mohou při výrobě nastat.

Povolené typy bruslí pro DNku
Prvním typem bruslí jsou železné vysoké brusle vkládané do duralového korpusu (platerunner). Tyto brusle jsou použity v originálním designu DN. Tyto brusle se vyrábí z plátu oceli tloušťky 6 mm, který je vyztužen zpevňovacím elementem obvykle vyrobeným z duralu, oceli nebo dřeva o výšce 50 mm na obou stranách brusle.
Vkládané brusle jsou dnes nejčastěji používané brusle. Brusle jsou vyrobeny z dřevěného korpusu s vyříznutou drážkou na spodní straně. Pás oceli je vlepen do vyříznuté drážky a může z ní přesahovat maximálně 38 mm. Pás oceli se používa 5 nebo 6 mm. Tyto brusle mohou být delší než Platerunner.
T-brusle jsou v podstatě předchůdci vkládaných bruslí. Tyto brusle jsou z ocelového T-profilu přidělaného k dřevěnému tělu brusle. Tloušťka těchto bruslí je mezi 4 a 7.4 mm a délka bruslí je stejná jako u vkládaných bruslí.
Poslední typ bruslí jsou brusle z L profilu (vingly). Tyto brusle nejsou v holandsku zapotřebí, ale někdy jsou potřebné na mezinárodních regatách, kdy je led hrubý a rozbředlý.

Kdy použít které brusle?
Nejčastěji používané brusle jsou slabé (5 mm) vkládané brusle. Toto jsou základní brusle z následujících důvodů:

  • Jsou dlouhé (91,4 cm)
  • Použitá ocel je k dostání v nejrůznějším složení
  • Protože má brusle malou tloušťku, tak má malý odpor ve slabé sněhové krustě
  • Jsou to lehké brusle (3,8 kg)

Pro řídící brusli já používám trochu kratší 5 mm vkládanou brusli. Dlouhé brusle jsou dobré, protože mohou být plošší a tím se tlak rozloží do větší plochy. To redukuje odpor. Zadruhé, delší brusle mají hladší jízdu na hrubém ledě, která taky redukuje odpor.
V silném větru a na hladkém ledě jezdci také používají silnější (6mm) brusle. Důvody jsou následující:

  • Jsou těžší než 5 mm brusle (4,4kg)
  • Jsou tužší než 5mm brusle

Přijde na mysl, že vyšší hmotnost bruslí by mohla zvýšit tlak, ale poslední generace používaných kompozitových materialů tuto teorii dělá zastaralou.
Brusle tloušťky 6mm jsou cca o 5% tužší než brusle tl. 5mm při použití  dřevěného korpusu s karbonovými výstuhami. Ve zkratce : pokud máte brusle tl. 6 mm použijte je , ale jestli začínáte na DN a žádné vkládané brusle nemáte sežeňte si tyto jako první.
Brusle profilu T mají velmi omezené použití. Jsou lehké a mají nejmenší povolenou tloušťku 4 mm. To je důvod, proč mají tyto brusle nejmenší odpor ve slabé vrstvě sněhu.  Nevýhoda těchto bruslí je, že nůž je jen 25 mm vysoký, z čehož vyplývá, že tyto brusle můžete použít pouze do 25 mm sněhu. Další nevýhodou těchto bruslí je že T profil je k dostání jen v některých třídách oceli a žádna z nich není otěruvzdorná. Všechny tyto důvody jsou příčinou toho, že se tyto brusle ve srovnání s tenkými vkládanými bruslemi stále méně používají. Brusle T profilu větších tlouštěk; 5 a 6 mm jsou ve všech ohledech horší než brusle vkládané. Tlustá ,,téčka,, 7,4 mm se mohou použít, pokud se slabší brusle zarývají do ledu. V tomto případě je pravděpodobně efektivnější použít ,,vingly,, , kvůli jejich nižší hmotnosti. Na závěr, jestli máte omezený možnosti ve výběru bruslí tak ,,téčka,, přeskočte jako první.
Vysoké brusle jsou ještě velmi používané brusle. Tyto brusle jsou nutné, pokud je vrstva sněhu větší než 40 mm, protože vkládané brusle už neprojedou. Rychlost v těchto podmínkách není moc veliká, proto je potřeba redukovat odpor a hmotnost, nejefektivnější v těchto podmínkách jsou právě tyto brusle protože mají  nejmenší délku. Toto také pomáhá při křižování. Pro rekreační jezdce jsou tyto brusle díky své univerzálnosti nejvhodnější, protože nepotřebují být nejrychlejší ve všech podmínkách.
,,Vingly,, jsou potřebné jen tehdy, pokud jezdíte na rozbředlém sněhu a všechny další brusle se boří příliš hluboko. To znamená, že všichni mezinárodní jezdci je vozí s sebou, ale málokdy je použijí. V Holandsku se tyto brusle vůbec nepoužívají, protože taje-li horní vrstva ledu tak je to špatně, led nebývá nikdy dost silný, aby se na něm dalo ještě jezdit. Někteří jezdci používají tyto brusle ve velmi slabém větru kvůli jejich nízké hmotnosti, ale jen tehdy pokud je led naprosto čistý, protože tloušťka těchto bruslí způsobuje velmi velký odpor i v malé vrstvě sněhu. Další nevýhodou těchto bruslí je jejich problematické ostření a skutečnost, že L profily jsou k dostání jen ve velmi malém počtu legovaných ocelí.

Oceli používané pro výrobu bruslí
DN předpisy dovolují pro výrobu bruslí pouze oceli standardně vyráběné, speciální slitiny nejsou povoleny. Mnoho společností vyrábí vysocelegovanou nerezovou ocel v tabulích. Z toho důvodu jsou tyto oceli povoleny pro výrobu DN bruslí. Skutečnost, že tyto oceli jsou vyráběny pouze jako plechy, znamená, že tato část bude pouze o bruslích vkládaných a vysokých. Velké síly, které za jízdy působí na brusle a slabá tloušťka plechů,  vyžadují pro výrobu bruslí oceli o vysoké pevnosti. Další požadavky na mechanické vlastnosti těchto ocelí jsou tuhost, otěruvzdornost, a dosažitelná tvrdost kalením. Další kritéria jsou tepelná vodivost a korozivzdornost. Nízká tepelná vodivost je důležitá kvůli zabránění namrzání ledu po stranách brusle. Koroze degraduje brusle a vytváří zvláštní odpor brusle.
Mnoho různých druhů nerezových ocelí jsou rozděleny v různých normalizačních systémech. USA má AISI systém a německo  a evropa mají systém číslování materiálu. Nejčastěji používané druhy nerezových ocelí jsou 304 a 316 v AISI systému. Tyto dva druhy materiálu jsou jediné, ze kterých se vyrábí L a T profily. Toto samozřejmě velmi omezuje volbu materiálu pro tento typ bruslí. Ze zkušeností víme, že ocel 316 má lepší otěruvzdornost. Německý systém značení ocelí je lepší v tom, že má o mnoho menší tolerance ve složení slitin a porto se oceli dělí do více druhů.

Nejdůležitější prvky v legovaných ocelích a jejich význam jsou:
CHROM (Cr) – Zvyšuje pevnost v tahu, snižuje rychlost chladnutí což je důležité při kalení a zvyšuje korozivzdornost. Chrom také snižuje tepelnou vodivost
UHLÍK (C) – Zvyšuje pevnost v tahu a dosažitelnou tvrdost. Navíc uhlík zvyšuje otěruvzdornost.
V AISA systému jsou jen dva druhy ocelí s uvedeným větším obsahem uhlíku než 0,75% a to ocel 440B a  440C. Tyto dva druhy ocelí mohou být kaleny a jsou tvrdší a odolnější proti obrušování než jakákoliv jiná ocel v AISI systému. V USA je standardně používaný materiál 440C a ukázalo se, že ve velmi omezeném výběru je to dobrá volba. Standardní oceli, které jsou korozivzdorné a jsou vhodné ke kalení, jsou v německém systému následující oceli: 1.4111, 1.4112, 1.4125 a 1.4528. Skutečnost, že druhý a čtvrtý typ z těchto ocelí se dováží do holandka již 20 let ukazuje, že v této oblasti je jen málo novinek.
Další dva druhy materiálu, které stojí za zmínku a stále se vyvíjejí, jsou materiály vyráběné práškovou metalurgií a tlakovým kalením. Oceli vyráběné práškovou metalurgií se netaví jako klasické oceli ale ve formě prášku jsou jednotlivé složky dané oceli smíchány zahřáty a pak vysokým tlakem ve formě stlačeny k sobě. Výhodou těchto ocelí je vyšší homogenita struktury a jemnější zrnitost oceli. Tyto oceli nejsou ještě moc používány při výrobě bruslí , protože jsou zřídkakdy nabízené jako korozivzdorné, a protože jsou velmi drahé.
Tlakově kalené oceli mají tytéž vlastnosti jako klasicky kalené oceli, ale bez deformujících procesů. Při normálním procesu kalení se ocel zahřeje na stanovenou kalicí teplotu a následně se ochladí, to rychle ,,zmrazí ,, danou strukturu materiálu. Důležitý prvek je zde uhlíkový karbid železa, cementit. To je důvod, proč je uhlík v materiálu důležitý. Cementit dělá ocel tvrdou a křehkou., ale ohřívání a chlazení ocel deformuje. Toto je následně opraveno žíháním oceli a broušením povrchu oceli. Dohromady je to velice drahá procedura.
Další způsob zlepšování tvrdosti oceli jse tzv. umělé stárnutí oceli. Změna struktury oceli je dosažena umělým stárnutím oceli při zvýšené teplotě (500°C). Tato technologie se dnes používá především ke kalení hliníku. Díky tomu, že při této proceduře nedochází  k deformaci materiálu a skutečnost, že výrobci oceli jsou schopni vyrábět stále homogennější slitiny, je toto budoucnost nástrojových ocelí. Myslím si že ještě bude nějaký čas trvat než se tyto materiály začnou používat na výrobu bruslí pro lední jachty.
Brusle vyrobené z ocelí ne nerazvějících je možné použít pouze za velmi nízkých teplot (-10 a méně).  Při použití těchto bruslí za vyšších teplot vzdušná vlhkost zapříčiní korozi a ta zvyšuje odpor bruslí.
Z výše popsaných důvodů vyplívá, že nejvhodnější materiály pro výrobu vysokých a vkládaných bruslí jsou materiály 1.4112 či 1.4528. Pro výrobu T-bruslí a vinglů je nejvhodnější materiál 316 jemuž odpovídá v evropském systému materiál 1.4401.
Brusle se dají také vyrobit svařením dvou různých materiálů. Na tu část brusle, která je v kontaktu s ledem se použije kvalitnější materiál než na zbytek brusle. Při tomto způsobu výroby se osvědčilo použití stelitu jako kontaktního materiálu s ledem. Stelit je slitina kobaltu, která se svými vlastnostmi velmi blíží velmi odolné oceli 1.4112. Výroba těchto bruslí je velmi pracná a proto i velmi drahá. Já jsem vyráběl sadu krátkých vysokých bruslí z oceli 316 se stelitovým břitem. Ocel 316 má nízkou teplotní vodivost což zabraňuje namrzání sněhu na strnách brusle. Nejsem si jist, jestli výroba těchto bruslí měla díky své pracnosti veliký význam.

Broušení bruslí
Po popisu použitých materiálů na výrobu bruslí, bych přešel k problematice broušení bruslí. Tato problematika je ovlivněna používáním nových kompozitových stěžňů a vyšších dosahovaných rychlostí. Na hladkém ledu a v silném větru používají všichni špičkoví jezdci velmi ostré brusle. Velmi ostré brusle jsou nezbytné, protože poryv větru by měl prohnout stěžeň a loď by měla zrychlit. Jestliže poryv větru způsobí smyk lodě,  tak se stěžeň neprohne a loď nezrychlí. Z toho plyne že těžsí jezdci kteří dodnes používali brusle naostřené na 100° tak nyní používají brusle naostřené na 90° v silném větru. Lehčí jezdci mají v silném větru výhodu, že nemusí používat jiné brusle, když tvrdost ledu a sílá větru klesá.

Popis koruny brusle
Zjištění velikosti koruny brusle:
Pro zjištění velikosti koruny brusle potřebujete ocelovou, rovnou a velmi hladkou tyč 10x50x750 mm. Na tuto tyč přiložíte ostří brusle.  Potom si vezmete dva pásky plechu tl. 0,2 mm a vsunete tyto pásky mezi ostří brusle a rovnou plochu tyče. Jeden pásek posouváte zezadu směrem ke středu brusle a druhý zezadu. Až se pásky zarazí, tak oblast mezi nimi je koruna brusle. Vstupní strana brusle by se měla od kraje koruny brusle plynule zvedat až do čtyř milimetrů. Zadní strana by se měla postupně zvedat od kraje koruny brusle cca do 2 milimetrů. Šroub brusle by měl být posunut 20 až 40 mm od středu koruny brusle směrem dozadu.
Pro 75 kg závodníka by měla být koruna brusle dlouhá 48 až 52 cm na bruslích naostřených na 90°. Řídící brusle by měla být kulatější , 40 cm se jeví jako optimální míra . Pro těžšího jezdce např. 95 kg by měla být koruna dlouhá 40 až 47 cm na bruslích naostřených na 100°. Samozřejmě na krátkých vysokých bruslích nemůže být koruna tak moc plochá. Pro 75 kg závodníka by měla být na krátkých bruslích naostřených na 100° koruna dlouhá 28 až 30 cm. Jak je popsáno výše tyto brusle se nejvíce používají, když je na ledě silná vrstva sněhu.
Brusle naostřené na 100° mají sklon k tomu, aby na sníh najížděly namísto toho, aby vrstvu sněhu prořízly. Toto způsobuje nežádoucí odpor. Způsob jak se tomuto odporu vyhnout je naostřit na úhel 100°jen část břitu cca do výšky 1 mm a zbytek ostří nabrousit na nejmenší možný úhel 75°. Tvrdost ledu zde nehraje roli, protože led pod pachovým sněhem je vždy tvrdý, pokud by nebyl tak by sníh tál.
Při broušení jsou dvě věci mnohem důležitější než úhel naostření a koruna ostří.
Zaprvé, ostří brusle musí být absolutně přímé a musí být rovnoběžné s hranou brusle. Zadruhé, na břitu nesmí být žádné konkávní boule, ani minimální. Já nevím, proč mají konkávní výdutě tak katastrofální účinek na odpor brusle, ale je to prokázaný jev. Pro kontrolu těchto vydutostí, umístěte zdroj světla za za ostří brusle, které máte opřené o rovnou hladkou podložku. Bruslí zakývejte v podélném směru, a pokud je světlo viditelné mezi dvěma kontaktními body musíte brusli přebrousit. Mimochodem vydutosti jsou důsledkem netrpělivosti při broušení bruslí. Jestliže se ostří brusle při broušení ohřívá, tak se roztahuje a to dělá brusli kulatější a vy se dalším ostřením snažíte udělat ostří plošší a po vychladnutí se ostří opět nepatrně smrští a tím vzniknou konkávní nerovnosti. Z toho plyne, že koruna brusle by se měla měřit až po úplném vychladnutí brusle.
K tomu aby, ses vyhnul tepelným deformacím a abys byl schopný brusle nabrousit rychle, je nutné pracovat s ostrými pásy se správně zvolenou drsností. Pro první hrubé broušení, já používám zirkoničité pásy o drsnosti  P36. Tyto pásy odebírají rychle velké množství materiálu bez velkého zahřátí. Pro následné vytvoření dobré koruny ostří používám pásy P120. Tento pás používám i při ostření tupých bruslí. Vždy přebrousím z každé strany jednou či dvakrát pásem P120 a potom jemnějším.  Pásy s jemnějším zrnem se používají jen ke zlepšení povrchu. Normálně byste měli používat pásy o drsnosti P220, P400, P800.

Na závěr pár rad k výrobě bruslí
Při výrobě korpusů nepoužívej plného dřeva ale překližky, já dávám přednost bříze.
Při výrobě korpusů na vkládané brusle udělejte dřevěnou část korpusu na minimální šířku 22,5mm z toho důvodu abyste mohli použít co nejvíce karbonové tkaniny. Užívejte tkaniny o hustotě přibližně 1000g/m2 a 80 procent tkaniny aby bylo ve směru drážky korpusu.
Vyhněte se, jak jen to bude možné, vrtání  do karbonové tkaniny, snižuje se tím tuhost brusle.
Ujistěte se, že brusle (ocelový pás nebo T profil jsou absolutně rovné pře spojením s korpusem.
Ujistěte se, že ta část povrchu brusle, která přijde vlepit do korpusu je hodně hrubá a řádně odmaštěná.

Daan Schutte (překlad Josef Mareček)


Pozn. k třídám ocelí:
Ne každý materiál má ekvivalent označení DIN a ČSN. Podařilo se mi najít tyto odpovídající materiály
17 042 = 1.4112=1.4125 = 440C = 440B
17 346 = 1.4401 = 316
Ostatní nemají český ekvivalent. Jedná se o nerezavějící kalitelné oceli.

 

—————

Zpět


DN - věda kolem bruslí

/album/dn-veda-kolem-brusli/img-1642-jpg/

—————

/album/dn-veda-kolem-brusli/img-1645-jpg1/

—————

/album/dn-veda-kolem-brusli/brouseni-jpg/

—————

/album/dn-veda-kolem-brusli/img-1644-jpg1/

——————————