CH652609A5 - Ski mit einem aus glasfaserverstaerktem polyurethan bestehenden scherelastischen kern. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ski mit einem aus glasfaserverstärktem Polyurethan bestehenden scherelastischen Kern, der an seiner Ober- bzw, Unterseite direkt mit einem Ober- bzw. Untergurt verbunden ist und jeder Gurt zweischichtig ausgebildet ist, wobei die eine Schichte aus einer Aluminiumlegierung besteht und die andere Schichte ein glasfaserverstärktes Kunststofflaminat ist, und die beiden den Gurt bildenden Schichten direkt miteinander verbunden sind.

Schon seit der Mitte der 50er Jahre ist es bekannt, dass unterschiedliche Pistenbedingungen unterschiedliche Skieigenschaften verlangen, um optimale Fahreigenschaften zu erhalten (minimaler Kraftaufwand beim Drehen, sicherer Kanteneingriff bei Richtungsänderungen). Die ersten Versuche, auf diese Forderungen konstruktiv einzugehen, machten der Franzose Michal und der Deutsche Brenner, die über mechanische VerStelleinrichtungen, nämlich über Kabel und Federzüge, die Skieigenschaften, insbesondere die Skisteifig-keitsverteilung, veränderten. Beide Systeme waren ausserordentlich kompliziert, konstruktiv aufwendig, gewichtsmässig schwer und sind über Prototypen nicht hinausgekommen.

Seit Anfang der 70er Jahre ist es im Alpin-Rennsport üblich, für unterschiedliche Pistenbedingungen Skier mit unterschiedlichen Vorspannungen und/oder unterschiedlichen Skisteifigkeitsverteilungen einzusetzen. Auf harter, eisiger Piste werden Rennski mit weniger Vorspannung oder biegeweicherem Skimittelteil, auf griffiger Piste Rennski mit normaler Vorspannung oder biegesteiferem Skimittelteil eingesetzt. Sinn und Zweck ist es, auf eisiger Piste den Kantengriff möglichst von den Steuerzentren Richtung Skimitte zu verlagern, um den Ski leichter drehbar zu machen bzw. ein Verschneiden der Skivorderteile zu verhindern. Auf griffiger Piste wird durch eine höhere Vorspannung mehr Druck im

Schaufel- und Endbereich erwirkt, wodurch der Ski bei geringeren Schneehärten ( = geringerem Kantenwiderstand) besser fahrt. Wissenschaftlich belegt wurden diese Behauptungen durch telemetrische Messungen, aus denen eindeutig hervorgeht, dass die Drehkräfte auf eisiger Piste höher als auf fester, griffiger Piste sind.

Unter Berücksichtigung dieser Erkenntnisse und Feststellungen ist es Aufgabe der Erfindung, einen Ski bereitzustellen, dessen Vorspannung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur selbsttätig beeinflusst und gesteuert wird. Erfindungsgemäss gelingt die Lösung dieses Problems dadurch, dass bezogen auf die Betriebslage des Ski die aus Alu-miniumlegierung bestehenden Schichten der Gurte jeweils oben liegen und die Stärke der Schichte aus der Aluminiumlegierung im Obergurt grösser ist als die Stärke der Schichte aus der Aluminiumlegierung im Untergurt und die Stärke des Kunststofflaminates im Obergurt kleiner ist als die Stärke des Kunststofflaminates im Untergurt und darüber hinaus im Obergurt die Stärke der Schichte aus der Aluminiumlegierung grösser ist als die Stärke des Kunststofflaminates.

Bei dieser Entwicklung wurde von der an sich bekannten Erkenntnis ausgegangen, dass sandwichartig aufgebaute Körper, deren einzelne Schichten fest und unmi ttelbar miteinander verbunden sind und welche unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, sich mit Temperaturänderungen verformen. Die bekannteste und konstruktiv einfachste Anwendung dieser Erkenntnis ist wohl das sogenannte Bimetall. Hier handelt es sich um zwei fest und unmittelbar zusammengefügte dünne Streifen aus verschiedenen Metallen, die sich bei der Erwärmung verschieden stark ausdehnen und dadurch den Streifen verformen. Wird dieser Streifen einseitig festgehalten oder eingespannt, so krümmt sich der Streifen und sein freies Ende bewegt sich dabei. Diese Bewegung wird zur Betätigung von elektrischen Kontakten verwendet (Blinkgeber in Kraftfahrzeugen; Bimetallschalter); zur Messung von Temperaturen (Thermometer); für thermische Sicherungsautomaten in Stromkreisen und auch zu thermoelektrischen Zündsicherungen bei Gasbrennern, um einige Anwendungsbeispiele hier zu nennen. Von dieser grundsätzlichen physikalischen Erkenntnis ausgehend wurde nun die erfmdungsgemässe Skikonstruktion entwik-kelt. Ausser den Materialpaarungen im Ober- und Untergurt bedarf es dabei zur Erzielung der angestrebten Effekte eines geeigneten Kernmaterials als Voraussetzung für ein kontrolliertes Wirken der von den Gurten gesteuerten Vorspan-nungsänderungen. Damit die von den Gurten wirkenden Kräfte verlustfrei die Steuerung der Vorspannung bewirken können, ist Polyurethan mit Glasvliesmatten Kernwerkstoff. Ein Eignungsmass ist der Schubmodul, der bei dem hier verwendeten Material vorzugsweise ca. 190 N/mm2 beträgt. Damit die von den Gurten wirkenden Kräfte möglichst verlustfrei in die Änderung der Vorspannung umgesetzt werden kann, müssen auch die einzelnen, den Ski bildenden Schichten unmittelbar und fest miteinander verbunden sein.

In diesem Zusammenhang ist auch auf eine bekannte Skikonstruktion mit einem Holzkern hinzuweisen, der an seiner Ober- und an seiner Unterseite von elastomeren Dehnungsausgleichsschichten bedeckt ist. An diese schliessen zweischichtige Ober- bzw. Untergurte an. Die beiden Schichten der Gurte sind jeweils aus unterschiedlichem Material gefertigt, und zwar besteht die eine Schichte aus Aluminium, die andere aus einem Glasfaserlaminat. Bezüglich der Längsmittelebene des Ski sind diese Schichten asymmetrisch angeordnet. Mit dieser Konstruktion kann die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe nicht gelöst werden,

denn die erwähnten elastomeren Dehnungsausgleichsschichten gleichen eventuelle temperaturbedingte Längenänderungen der Gurte aus, ohne dass die dadurch hervorgeru-

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fenen Spannungen und Kräfte auf den Ski in seiner Gesamtheit formändernd einzuwirken vermögen. Darüber hinaus ist der aus Holz gefertigte Kern, der einen Schubmodul von ca. 620-1,050 N/mm2 - abhängig von der jeweils verwendeten Holzart - aufweist, zu steif. Diese bekannte Konstruktion 5 legt aber auch die beanspruchte Massnahme nicht nahe,

denn diese bekannte Konstruktion zielt darauf ab, den Ski möglichst steif auszubilden und ihn so zu gestalten, dass er unabhängig von den jeweilig herrschenden Temperaturen,

unter welchen er benutzt wird, die im aufgeprägte Gestalt 10 und Form beibehält. Es bedarf durchaus eines erfinderischen Schrittes, Einzelheiten aus dieser bekannten Konstruktion zu verwenden, um das der gegenständlichen Erfindung zugrundeliegende Problem zu lösen, das ja den Überlegungen, die zur bekannten Konstruktion geführt haben, diametral 15 entgegensteht.

Nachstehend wird die Erfindung anhand einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

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Fig. 1 einen Ski in Seitenansicht;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Ski entlang der Linie i-i;

Fig. 3 eine Seitenansicht des Skis mit einer Darstellung der Flächendruckverteilung. 25

Der dargestellte Ski 10 besteht aus einem Obergurt 1 und einem Untergurt 5 sowie einem Kern 4, welcher seitlich eine Verkleidung 11 aufweist. Der Ober- und der Untergurt bestehen aus je zwei Schichten 2, 3 bzw. 6, 7 verschiedenen Materials, wobei je eine Schicht aus einem Material mit grossem 30 Wärmeausdehnungskoeffizienten und je eine Schicht aus einem Material mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht. Bezogen auf die Längsmittelebene 12 des Skis 10 sind diese unterschiedlichen Schichten in ihrer Aufeinanderfolge und auch in ihrer Einsatzdicke asymmetrisch angeord- 35 net. Die Einsatzdicken der Schichten 2, 3, 6 und 7 im Ober-und Untergurt differieren stark. Der Kern 4 ist aus scherelastischem Material gefertigt.

Die Einsatzdicke der Schichten 2 und 6 mit grossem Wärmeausdehnungskoeffizienten ist im Obergurt 1 grösser 40 als im Untergurt 5, wogegen die Einsatzdicke der Schichten 3,7 mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten im Obergurt 1 kleiner ist als im Untergurt 5. Es wird dadurch die besondere thermische Kontraktion oder Expansion im Obergurt wesentlich stärker als im Untergurt, wodurch es bei 45 Temperaturerniedrigung zu einer entsprechenden Vorspannungserniedrigung kommt.

Ferner ist aus der Zeichnung ersichtlich, dass im Obergurt 1 die Einsatzdicke der Schicht 2 mit grossem Wärmeausdehnungskoeffizienten grösser ist als die Einsatzdicke 50 der Schicht 3 mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten. Ferner ist die Einsatzdicke der Schicht 6 im Untergurt 5 mit grossem Wärmeausdehnungskoeffizienten kleiner als die Einsatzdicke der Schicht 7 mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten. 55

Es kann dadurch ein Ski mit von der Temperatur abhängiger Vorspannung erreicht werden, daim Ober- und Untergurt gezielt Materialien mit unterschiedlichen temperaturabhängigen Wärmeausdehnungskoeffizienten eingesetzt werden, wobei diese Materialkombinationen über einen scher- 60 elastischen Kern miteinander verbunden sind. Bei den Schichten 2 und 6 werden Materialien mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 20 bis 30 x 10"® grad kelvin-1 eingesetzt. Bei den Schichten 3 und 7 werden Materialien mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 5 bis 65

12 x 10-6 grad kelvin-1 verwendet.

Die Schichten 2, 6 mit grossem Wärmeausdehnungskoeffizienten sind aus einer Aluminiumlegierung und die Schich-

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ten 3, 7 mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten aus einem Glaslaminat gefertigt.

Bei der konkret dargestellten Ausführungsform besteht der Obergurt aus einer Schicht 2 aus Aluminiumlegierung mit der Stärke von 0,8 mm und einer Schicht 3 aus einem Fiberglaslaminat in der Dicke von 0,4 mm. Als Kern 4 ist ein glasverstärktes Polyurethan vorgesehen. Im Untergurt 5 ist eine Schicht 6 aus einer Aluminiumlegierung in der Stärke von 0,7 mm, eine Schicht 7 aus einem Fiberglaslaminat in einer Stärke von 0,9 mm vorgesehen. Ferner ist eine Stahlkante 8 und ein Polyäthylenbelag 9 vorgesehen. Die Verklebung dieser Materialien erfolgt mit einem Epoxydkleber.

Bei der dargestellten Konstruktion werden die Materialien des Ober- und Untergurtes so gewählt und eingesetzt, dass sich im Temperaturintervall von 298 grad kelvin bis 248 grad kelvin eine maximale Vorspannungserniedrigung von 35 bis 40% ergeben kann. Dies kann eben erreicht werden durch die asymmetrische Anordnung einer Kombination je einer Schicht mit hohem und niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten im Ober- und Untergurt. Ferner trägt dazu der scherelastischer Kern bei, welcher diese Vorspannungserniedrigung durch scherelastisches Verhalten ermöglichen muss. Durch gezielte Dimensionierung der Schichten mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten wird die Vorspannungsänderung begrenzt, so dass die Temperaturausdehnung der Materialien mit dem grossen Wärmeausdehnungskoeffizienten durch jene mit dem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten begrenzt wird. Durch die Erfindung ist also eine Änderung der Flächendruckverteilung in Abhängigkeit von der Vorspannung, möglich, wobei eine Anpassung der Flächen- und Kantendruckverteilung an die unterschiedlichen Abräumwiderstände der Skipiste möglich wird. Es wird also bei einer kalten, harten Piste die Vorspannung erniedrigt und bei einer wärmeren, weichen Piste wird diese Vorspannung erhöht.

Aus der Fig. 1 ist in der Seitenansicht ein Ski 10 gezeigt, wobei in der voll ausgezogenen Darstellung die grösste Vorspannung gegeben ist. In der strichliert dargestellten Lage ist eine entsprechend niedrigere Vorspannung vorhanden.

Aus Fig. 3 kann die erzielbare Flächendruckverteilung an einem Ski entnommen werden, wobei die Vorspannung an der entsprechenden Kurve A und B ablesbar ist. Bei entsprechend niederer Temperatur verläuft die Flächendruckverteilung entsprechend der Kurve A, die aus einer entsprechend niedrigen Vorspannung resultiert. Dadurch erniedrigt sich der Kantendruck im vorderen und hinteren Steuerbereich des Skis, wobei sich im Skimittelbereich der Kantenbzw. Flächendruck erhöht. Bei hohen Temperaturen ergibt sich eine Flächendruckverteilung entsprechend der Kurve B, wobei sich hier im Skimittelbereich der Flächen- und Kantendruck entsprechend erniedrigt und im vorderen und hinteren Steuerbereich des Skis erhöht. Dadurch ergibt sich auf harten, kalten Pisten ein im Skimittelteil erhöhter und in den vorderen und hinteren Steuerbereich erniedrigter Kanteneingriff. Ski mit dieser Flächen- und Kantendruckverteilung sind auf kalter, harter Piste mit höherem Abräumwiderstand leichter zu drehen und neigen weniger zum Verschneiden. Bei wärmeren Umgebungsbedingungen (Luft, Schnee) erhöht sich der Druck in den Steuerbereichen, wodurch der Ski bei niedrigen Abräumbedingungen besser führt.

Durch diese beschriebenen Massnahmen können effektive Änderungen der Vorspannung am Ski erreicht werden. Bei eingehenden Versuchen hat sich herausgestellt, dass bei einer derartigen Anordnung eine maximale Vorspannungserniedrigung von 35-40% im Temperaturintervall von 298 Grad kelvin bis 248 Grad kelvin erreicht werden kann.

Durch die asymmetrische Anordnung der Aufeinanderfolge der Schichten und der Einsatzdicken der Schichten wird er

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reicht, dass der Ober- und der Untergurt nicht in entgegengesetzter Richtung zueinander wirken, also die Wirkung an sich gegenseitig aufheben, sondern dass genau dosiert eine Überlagerung der Längenänderungen erfolgt.

Diese besondere Wirkung wird auch durch den zwischen dem Ober- und dem Untergurt eingesetzten, scherelastischen Kern erreicht, welcher die Übertragung der durch den

Ober- und den Untergurt hervorgerufenen Scherkräfte ermöglicht.

Durch die erfindungsgemässe Konstruktion kann auch erreicht werden, dass die thermische Kontraktion oder Expansion im Obergurt wesentlich stärker ist als im Untergurt, wodurch es bei Temperaturerniedrigung zu einer entsprechenden Vorspannungserniedrigung kommt.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

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1. Ski mit einem aus glasfaserverstärktem Polyurethan bestehenden scherelastischen Kern, der an seiner Ober- bzw. Unterseite direkt mit einem Ober- bzw. Untergurt verbunden ist und jeder Gurt zweischichtig ausgebildet ist, wobei die eine Schichte aus einer Aluminiumlegierung besteht und die andere Schichte ein glasfaserverstärktes Kunststofflaminat ist, und die beiden den Gurt bildenden Schichten direkt miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf die Betriebslage des Ski die aus Aluminiumlegierung bestehenden Schichten (2, 6) der Gurte (1, 5) jeweils oben liegen und die Stärke der Schichte (2) aus der Aluminiumlegierung im Obergurt (1) grösser ist als die Stärke der Schichte (6) aus der Aluminiumlegierung im Untergurt (5) und die Stärke des Kunststofflaminates (3) im Obergurt (1) kleiner ist als die Stärke des Kunststofflaminates (7) im Untergurt (5) und darüber hinaus im Obergurt (1) die Stärke der Schichte (2) aus der Aluminiumlegierung grösser ist als die Stärke des Kunststofflaminates (3).

2. Ski nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (2, 6) der Gurte (1, 5) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von (20 bis 30) x 10-6 • grad kelvin-1 besitzen und die der Kunststofflaminate (3, 7) von (5 bis 12) x 10-6 • grad kelvin-1.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Ski nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Aluminiumlegierung bestehende Schichte (2) des Obergurtes (1) eine Stärke von 0,8 mm und die des Untergurtes (5) eine Stärke von 0,7 mm besitzen; und das Kunststofflaminat im Obergurt (1) eine Stärke von 0,4 mm und im Untergurt (5) eine Stärke von 0,9 mm.