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Bei der Untersuchung von Sportschuh oder Fußball wird auch schnell deutlich, dass bei der
Fertigung von Sportgeräten (und hierzu gehört vielleicht zu allererst auch der Sportschuh)
selten reine Kunststoffteile verwendet werden. So werden Glas‐, Aramid‐ oder Carbonfasern
in eine Kunststoffmatrix eingebettet. Im Faserverbundkunststoff (FVK) wird die Faser von der
Matrix (dem eigentlichen Kunststoff) umgeben, so kann die hohe spezifische Festigkeit und
Steifigkeit der Faser genutzt werden, was ohne die Matrix nicht möglich wäre. Je nach
Richtung der Faser besitzt der fertige Kunststoff ein unterschiedliches Elastizitätsverhalten.
In der Industrie werden Carbonfasern durch Pyrolyse von Polyacrylnitrilfasern unter
Entstehung von Ammoniak und Blausäure hergestellt. Allerdings gibt es auch Möglichkeiten,
die Herstellung solcher
Carbonfasern
aus Polyacrylnitril im Schulversuch zu verdeutlichen
(Versuch 1).
Zwar haben Carbonfaser‐verstärkte Kunststoffe (Versuch 2) wegen ihrer hohen Festigkeit
und gleichzeitig geringem Gewicht, einen erfolgreichen Einzug beim Bau vieler Sportgeräte,
wie Fahrradrahmen gehalten, aber die aufwändige Herstellung hat dazu geführt, dass heute
statt ihrer wieder mehr Naturfasern verwendet werden. Diese
Naturfaser‐verstärkten
Kunststoffe (NFK)
sind eine gelungene Kombination der klassischen Kunststoffe als
Matrixmaterial und nachwachsenden Rohstoffen als Fasermaterial. Die eingesetzten
Naturfasern stammen meist von Bastfaserpflanzen wie Flachs, Hanf oder Jute. In einigen
Ländern werden Palmenfasern oder Reisschalen verwendet [8]. Im Automobilsport wurde
erst kürzlich sogar ein Auto vorgestellt, dass völlig ohne Carbonfasern auskommt. Eine
Rückkehr zu Naturfasern auch bei Trikots oder Trainingshosen zeichnet sich allerdings noch
nicht ab.
Ausgewählte Entwicklungen bei Sportgeräten im Detail betrachtet
Tennisschläger
Am Anfang des vorigen Jahrhunderts wurden Tennisschläger aus verschiedenen Holzsorten
hergestellt. Nahezu eine Revolution war es, dass diese ab 1920 nicht mehr verschraubt,
sondern nur noch verleimt wurden. Die nächste grundlegende Umwälzung ließ lange auf sich
warten. Mit dem zunehmenden Einsatz von Leichtmetallen in vielen Bereichen drangen
diese auch in den Sport vor. In den 1970er Jahren wurden die ersten Metallschläger
entwickelt, insbesondere aus Aluminium. Mit einem solchen Metallschläger gewann Jimmy
Conners acht Grand Slam Turniere.
Heute, und eigentlich schon ab den 1990er Jahren, gibt es kaum noch Holz‐ oder
Metallschläger. Abgelöst wurden sie durch Carbonfaser‐verstärkte Kunststoffe (CFK). Diese
sind noch einmal leichter und verwindungssteifer als Aluminium [9]. Auch das Saitenmaterial
hat sich grundlegend geändert. Während man früher meist natürliches Material verwendete
wie Darmsaiten, kommen heute Nylon und Polyesterfasern zum Einsatz.
Heutzutage versucht man aus den CFK‐Schlägern „intelligente“ Schläger zu entwickeln, die
ihre Steifigkeit der Schlagintensität anpassen. Dazu werden Piezoelemente verwendet, die je
nach Schlaghärte eine unterschiedliche Spannung erzeugen, die das Material verändert. In
der Zukunft enthalten Tennisschläger vielleicht Nanoröhrchen. Das sind hohle,
zylinderförmige Gebilde mit einem Durchmesser von wenigen Nanometern und einer Länge
vom mehreren Mikrometern. Sie versprechen noch bessere mechanische Eigenschaften als
die augenblicklich verwendeten Fasern. Schwierigkeiten bestehen zurzeit noch, sie in
Kunststoffmaterialien einzubetten [10]. Eine Einbindung, auch von Naturfasern, ist ebenfalls
möglich, wird aber derzeit noch nicht umgesetzt.
Fahrradrahmen