EP4496640B1 - Sportgerät zum gleiten auf oberflächen - Google Patents

Sportgerät zum gleiten auf oberflächen

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Publication number
EP4496640B1
EP4496640B1 EP23711939.1A EP23711939A EP4496640B1 EP 4496640 B1 EP4496640 B1 EP 4496640B1 EP 23711939 A EP23711939 A EP 23711939A EP 4496640 B1 EP4496640 B1 EP 4496640B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fibers
sports equipment
layer
core layer
matrix material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP23711939.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4496640C0 (de
EP4496640A1 (de
Inventor
Susanne GMAINER
Philipp PREINSTORFER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Wien
Original Assignee
Technische Universitaet Wien
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Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Wien filed Critical Technische Universitaet Wien
Publication of EP4496640A1 publication Critical patent/EP4496640A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4496640B1 publication Critical patent/EP4496640B1/de
Publication of EP4496640C0 publication Critical patent/EP4496640C0/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63C—SKATES; SKIS; ROLLER SKATES; DESIGN OR LAYOUT OF COURTS, RINKS OR THE LIKE
    • A63C5/00—Skis or snowboards
    • A63C5/12—Making thereof; Selection of particular materials
    • A63C5/126—Structure of the core
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63C—SKATES; SKIS; ROLLER SKATES; DESIGN OR LAYOUT OF COURTS, RINKS OR THE LIKE
    • A63C5/00—Skis or snowboards
    • A63C5/03—Mono skis; Snowboards

Definitions

  • the invention relates to a sports device for gliding on surfaces according to the preamble of claim 1.
  • Sports equipment for gliding on surfaces includes, for example, skis such as alpine skis, cross-country skis, and touring skis, as well as snowboards. Water skis and wakeboards also fall into this category. Further sports equipment for gliding on surfaces can be identified by experts through these examples. All such sports equipment has in common that it possesses mechanical properties tailored to its specific purpose. For example, alpine skis can be produced with a wide range of bending and torsional stiffness to suit the needs of skiers of varying abilities. This also allows skis to be tailored to their intended use, such as for deep snow, off-piste, or groomed slopes. Competition skis for ski races on slopes, for instance, exhibit particularly high bending and torsional stiffness to enable especially fast turns and ensure a smooth ride.
  • skis have a wooden core, the so-called core layer, onto which one or more layers of different materials are applied. At least one further layer, forming the base, faces the surface, i.e., the snow during use. Additionally, a design layer is usually provided, which is applied to the side of the ski facing away from the snow. It is also known in the art to manufacture the core layer from other materials such as wood. For example, attempts have been made to replace the wood of the core layer with stone material encased in fibers. Such a ski is made from... DE 20 2017 003 752 U1 known. This allows the mechanical properties of the ski to be easily adapted to its intended use.
  • the object of the present invention is to provide a sports device for gliding on surfaces which avoids these disadvantages of the prior art.
  • the sports device according to the invention designed for sliding on surfaces, has a multi-layered structure comprising a core layer and at least one further layer facing the surface during operation.
  • the core layer extends substantially along the entire length of the sports device and comprises a matrix material and at least one layer of fibers.
  • the core layer also has a central region located substantially centrally along the length of the sports device.
  • the matrix material is penetrated by the at least one layer substantially along the entire central region, and the matrix material is a mineral building material such as concrete. Furthermore, the layer of fibers is prestressed.
  • the core layer in the central area of the sports equipment from the matrix material and the prestressed layer of fibers, which penetrates the matrix material at least in this central area, the bending properties, as well as the stress and strain properties and the damping properties of the sports equipment in this central area, can be specifically adapted to the respective application. Furthermore, the prestressing of the fiber layer generates additional compressive stresses, which prevent or significantly delay the formation of cracks under load. This also prevents or at least greatly delays the gradual, progressive breaking or crumbling of the matrix material. This, in turn, improves the service life of the sports equipment.
  • the central area extends substantially along the entire length of the sports equipment. This allows the mechanical properties in every area of the sports equipment to be specifically designed through the combination of the matrix material and the layer of fibers.
  • the core layer comprises, on both sides adjoining the central area, an area which is made of a material different from that of the central area. This allows the central area to have different mechanical properties from the rest of the sports equipment.
  • At least one layer of fibers is prestressed in a longitudinal and/or transverse direction of the core layer. This allows the torsional stiffness and bending stiffness of the sports equipment to be varied.
  • the prestress of at least one layer of fibers can vary along the longitudinal and/or transverse direction of the core layer. This allows different areas of the sports equipment to have different levels of prestress.
  • the layer of fibers can comprise, for example, synthetic fibers, glass fibers, basalt fibers, aramid fibers, carbon fibers, and/or natural fibers such as bamboo fibers, wherein the fibers are preferably bundled into one or more fiber bundles and impregnated with, for example, epoxy resin.
  • the impregnated fiber bundles are sanded on the surface.
  • the choice of fiber material also allows for adjustment of the stress and strain properties of the core layer.
  • the matrix material is preferably a concrete with aggregates having a maximum diameter of 4 mm. This allows for a particularly fine-grained structure of the matrix material.
  • the matrix material is permeated by several layers of fibers, and at least two layers are pre-tensioned.
  • the at least two pre-tensioned layers have different pre-tension directions and/or are pre-tensioned to different degrees. This allows the flexural strength of the ski to be progressively increased.
  • the sports equipment is a ski or a snowboard.
  • at least one ski binding or snowboard binding is arranged in that area of the ski or snowboard where the central area of the core layer is located.
  • the prestress is selected such that the prestress in the fibers is more than 0% and up to 60% of the fibers' breaking strength. This allows the fibers to be only slightly stretched, thereby achieving fiber alignment.
  • a sports device 1 according to the invention for gliding on surfaces with a multi-layered structure is in Figure 1 shown in a cross-sectional view. The surface itself is not shown.
  • the sports equipment 1 according to the invention comprises a core layer 2 and at least one further layer 3 facing the surface during operation.
  • This layer 3 can, for example, be a sliding surface if the sports equipment 1 is designed as winter sports equipment, such as skis or a snowboard.
  • the core layer 2 extends substantially along the entire length of the sports equipment 1 and comprises a matrix material 4 and at least one layer 5 of fibers.
  • the core layer 2 also has a central region 6 arranged substantially centrally along the length of the sports equipment 1, wherein the matrix material 4 is penetrated by the at least one layer 5 substantially along the entire central region 6, and the matrix material 4 is a mineral building material such as concrete. Fine-grained concrete with a grain size of preferably less than 4 mm can also be used within the scope of the invention.
  • the central region 6 of the core layer 2 can also be manufactured as a precast element or from cast-in-place concrete.
  • the layer 5 is in Figure 2 and Figure 3 Also shown are figures that schematically depict the central region 6 from above and from the side.
  • the fiber layer 5 also exhibits a prestress.
  • This prestress can be applied, for example, during the production of the core layer 2 by prestressing the fiber layer 5 using a tensioning frame, a clamping device, or other aids, and then overmolding it with the matrix material 4.
  • the clamping device and/or the tensioning frame preferably comprise one or more hydraulic cylinders for applying the prestress.
  • This prestress gives the sports equipment in the central region 6 stress, strain, and damping properties that can be adapted to the intended application of the sports equipment 1 during its production. This allows a range of sports equipment 1 with different properties to be produced using the same construction materials and the same method. This reduces the production costs of the sports equipment 1 according to the invention.
  • This construction method allows for the production of very thin-walled cross-sections in the range of 8-12 mm with very high load-bearing capacities compared to wooden cross-sections, as well as higher torsional and bending stiffness with adequate damping behavior, the latter depending on the number of layers 5 of fibers, their prestressing, and the fiber material. Durability is also very high. high and therefore represents an economical option over its lifetime compared to other building materials with these strength properties.
  • the prestress is selected such that the prestress in the fibers is greater than 0% and up to 60% of the fibers' tensile strength. This allows the fibers to be only slightly stretched, thus achieving fiber alignment.
  • prestresses of 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, and 60%, and ranges between these values, can be provided.
  • the fibers can be prestressed to varying degrees in different spatial directions, for example, within the range of the aforementioned prestresses.
  • the central area 6 extends substantially along the entire length of the sports device 1. This allows the preload to be applied to the entire sports device 1 by means of the layer 5.
  • the core layer 2 can adjoin the central area 6 on both sides and each comprise an area made of a material different from the central area 6.
  • the areas adjoining the central area 6 can be made of fiberglass, wood, carbon, etc.
  • the sports device 1 can also have an area adjoining the central area 6 on only one side and made of a material different from the central area 6.
  • At least one layer of fibers can be used in a Figure 2
  • the prestressing of the at least one layer 5 of fibers can also vary along the longitudinal direction L and/or in a transverse direction Q of the core layer 2. This allows the bending strength and torsional stiffness of the sports equipment 1 according to the invention to be designed independently of each other. Furthermore, the prestressing of the at least one layer 5 of fibers can vary along the longitudinal direction L and/or the transverse direction Q of the core layer 2. This allows different areas of the sports equipment 1 to exhibit different mechanical properties.
  • the layer 5 made of fibers can comprise plastic fibers, glass fibers, basalt fibers, aramid fibers, carbon fibers, and/or natural fibers such as bamboo fibers.
  • the mechanical properties of the core layer 2 can be specifically tailored by the mechanical properties of the selected fibers.
  • the fibers can also be in processed form.
  • the fibers can be used to form felt, woven fabrics, knitted fabrics, embroidered textiles, etc.
  • the layer of fibers can comprise bundled continuous fibers or several longitudinal fiber strands with or without transverse fiber strands.
  • the selected matrix material 4 is preferably a concrete with aggregates having a maximum diameter of 4 mm. Such concrete is also referred to as fine-grained concrete or mortar. Alternatively, matrix materials such as earthenware can also be used.
  • the matrix material 4 can also be, as in Figure 3 It is evident that the material consists of several layers 4 made of fibers, with at least two layers 5 exhibiting prestress. These at least two prestressed layers 5 can also have different prestress directions and/or different prestress levels.
  • the core layer 2 and its structure, as provided in the present invention, enable the production of very thin-walled cross-sections in the range of 8-12 mm with significantly higher load-bearing capacities compared to wood cross-sections, as well as higher torsional and bending stiffness with adequate damping behavior. These properties depend on the mechanical characteristics and cross-sectional area of the embedded fiber reinforcement, as well as the degree of prestressing, thus opening up a new application in the ski equipment sector. Durability is also very high, making it a cost-effective option over its service life compared to other building materials with these strength properties.
  • Vibration tests were carried out on test specimens of a core layer 2, with the test specimens having dimensions of approximately 1m vibration length and approximately 10cm width.
  • damping coefficients between 0.004 and 0.01 were calculated for almost all concrete specimens during damping measurements. Measurements at load level zero show that the concrete specimens behave more stiffly than the ski and wooden specimens in the uncracked state. As expected, the damping values of the concrete specimens increased significantly at load level one. In the subsequent load levels two and three, it can be observed that the damping coefficient did not increase further compared to load level one for those specimens that did not fail due to the increased load, despite further cracking. In summary, the average damping coefficient of the textile-reinforced concrete specimens in the cracked state is 0.025.
  • the damping values from the preliminary tests are of a similar order of magnitude to those of a conventional ski.
  • the bending stiffness of the textile-reinforced components in the cracked state is lower than that of comparable skis with a wooden core. This makes the freeride sector particularly suitable for a sports device according to the invention.
  • textile-reinforced core layers 2 are prestressed, which prevents the matrix material 4 from cracking under load. This significantly increases stiffness, opening up other areas of application, such as classic downhill skis. Furthermore, it is advantageous that, in a textile-reinforced concrete core, the layers above and below it, also made of fibers such as carbon, exhibit virtually the same material properties. Thus, they can function together as a unit.

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Sportgerät zum Gleiten auf Oberflächen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Sportgeräte zum Gleiten auf Oberflächen sind im Stand der Technik bekannt, und umfassen beispielsweise Ski wie Alpinski, Langlaufski, und Tourenski, oder auch Snowboards. Des Weiteren fallen hierunter auch Wasserski oder Wakeboards. Weitere Sportgeräte zum Gleiten auf Oberflächen ergeben sich für den Fachmann aus diesen beispielhaften Verweisen. Allen derartigen Sportgeräten ist gemein, dass diese auf ihren konkreten Einsatzzweck abgestimmte mechanische Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise können Alpinski mit einem großen Spektrum an Biege- und Verwindungssteifigkeit produziert werden, um sie auf die Bedürfnisse von Skifahrern unterschiedlichen Fahrkönnens abzustimmen. Auch können Skier hierdurch auf ihren Einsatzzweck, beispielsweise für Tiefschnee-, Gelände- oder Pistenfahrten abgestimmt werden. Wettkampfski für Skirennen auf Skipisten weisen beispielsweise eine besonders hohe Biege- und Verwindungssteifigkeit auf, um besonders schnelle Kurvenfahrten zu ermöglichen und eine hohe Laufruhe zu gewährleisten.
  • Herkömmlicherweise weisen Ski einen Holzkern, die sogenannte Kernschicht auf, auf welche eine oder mehrere Schichten aus verschiedenen Materialien aufgebracht werden. Zumindest eine weitere Schicht, welche den sogenannten Belag bildet, ist hierbei der Oberfläche, beziehungsweise dem Schnee im Betrieb zugewandt. Des Weiteren ist in der Regel eine Designschicht vorgesehen, welche auf der dem Schnee abgewandten Seite des Skis angebracht ist. Im Stand der Technik ist auch bekannt, die Kernschicht aus anderen Materialien wie Holz zu fertigen. Beispielsweise wurden Versuche unternommen, das Holz der Kernschicht durch mit Fasern ummanteltes Steinmaterial zu ersetzen. Ein derartiger Ski ist aus der DE 20 2017 003 752 U1 bekannt. Hierdurch können die mechanischen Eigenschaften des Skis auf einfache Weise an den Einsatzzweck angepasst werden.
  • Ein Nachteil von derartigen Lösungen besteht darin, dass die Kernschicht im Betrieb des Skis durch die kontinuierlich auf den Ski wirkenden Kräfte ermüdet. Dies führt dazu, dass das aus der DE 20 2017 003 752 U1 bekannte Steinmaterial beginnt, brüchig zu werden, wodurch sich dessen mechanischen Eigenschaften verändern, und die Biege- und/oder Verwindungssteifigkeit des derart aufgebauten Skis nachlässt. Im schlimmsten Fall führt dies dazu, dass die Kernschicht ihre Kohäsion verliert und zerbröselt, wodurch der Ski an einer oder mehreren Stellen knickt. Ist dies passiert, dann ist der Ski unbrauchbar und kann nur mehr entsorgt werden. Dokument DE 1082534 B offenbart die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sportgerät zum Gleiten auf Oberflächen bereitzustellen, welches diese Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
  • Erfindungsgemäß wird dies durch die Bereitstellung eines Sportgeräts zum Gleiten auf Oberflächen mit den Merkmalen von Anspruch 1 erreicht.
  • Das erfindungsgemäße Sportgerät zum Gleiten auf Oberflächen weist einen mehrschichtigen Aufbau, umfassend eine Kernschicht und zumindest eine weitere, der Oberfläche im Betrieb zugewandte Schicht auf. Die Kernschicht erstreckt sich im Wesentlichen entlang einer gesamten Länge des Sportgeräts, und umfasst ein Matrixmaterial und zumindest eine Lage aus Fasern. Die Kernschicht weist zudem einen, entlang der Länge des Sportgeräts im Wesentlichen zentral angeordneten Zentralbereich auf. Das Matrixmaterial ist im Wesentlichen entlang des gesamten Zentralbereichs von der zumindest einen Lage durchsetzt, und das Matrixmaterial ist ein mineralischer Baustoff wie Beton. Zudem weist die Lage aus Fasern eine Vorspannung auf.
  • Durch die Konstruktion der Kernschicht in dem Zentralbereich des Sportgeräts aus dem Matrixmaterial und der vorgespannten Lage aus Fasern, welche das Matrixmaterial zumindest in dem Zentralbereich durchsetzt, können die Biegeeigenschaften beziehungsweise die Spannungs- und Dehnungseigenschaften, sowie die Dämpfungseigenschaften des Sportgerätes in diesem Zentralbereich auf die jeweilige Anwendung hin gezielt angepasst werden. Zudem werden durch die Vorspannung der Lage aus Fasern zusätzlich Druckspannungen erzeugt, welche ein Entstehen von Rissen bei Belastung vermeiden oder stark verzögern. Somit wird auch ein graduell fortschreitendes Zerbrechen oder Zerbröseln des Matrixmaterials verhindert oder zumindest stark verzögert. Hierdurch wird die Lebensdauer des Sportgerätes verbessert.
  • Vorzugsweise erstreckt sich der Zentralbereich im Wesentlichen entlang einer gesamten Länge des Sportgeräts. Hierdurch können die mechanischen Eigenschaften in jedem Bereich des Sportgeräts durch die Verbindung des Matrixmaterials und der Lage aus Fasern zielgerichtet ausgestaltet werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sportgeräts umfasst die Kernschicht beidseitig an den Zentralbereich anschließend jeweils einen Bereich, welcher aus einem von dem Zentralbereich verschiedenen Material gefertigt ist. Hierdurch kann der Zentralbereich von dem Rest des Sportgeräts verschiedene mechanische Eigenschaften aufweisen.
  • Vorzugsweise ist die zumindest eine Lage aus Fasern in einer Längsrichtung und/oder Querrichtung der Kernschicht vorgespannt. Hierdurch kann die Torsionssteifigkeit und die Biegesteifigkeit des Sportgeräts variiert werden.
  • Des Weiteren kann die Vorspannung der zumindest einen Lage aus Fasern entlang der Längsrichtung und/oder der Querrichtung der Kernschicht variieren. Hierdurch können verschiedene Bereiche des Sportgeräts unterschiedlich stark vorgespannt sein.
  • Die Lage aus Fasern kann beispielsweise Kunststofffasern, Glasfasern, Basaltfasern, Aramidfasern, Carbonfasern und/oder natürliche Fasern wie Bambusfasern umfassen, wobei die Fasern vorzugsweise zu einem oder mehreren Faserbündel zusammengefasst und mit beispielsweise Epoxidharz imprägniert sind. Vorzugsweise werden die imprägnierten Faserbündel an der Oberfläche besandet. Durch die Wahl des Fasermaterials kann somit ebenfalls eine Anpassung der Spannungs- und Dehnungseigenschaften der Kernschicht erreicht werden.
  • Das Matrixmaterial ist vorzugsweise ein Beton mit Zuschlagskörnern, welche einen Durchmesser von maximal 4mm aufweisen. Hierdurch kann eine besonders feinkörnige Struktur des Matrixmaterials erreicht werden.
  • Gemäß der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sportgeräts ist das Matrixmaterial von mehreren Lagen aus Fasern durchsetzt, und zumindest zwei Lagen weisen eine Vorspannung auf. Hierdurch kann die Biegefestigkeit des Sportgeräts erhöht werden. Vorzugsweise weisen die zumindest zwei vorgespannten Lagen voneinander verschiedene Vorspannungsrichtungen auf und/oder sind verschieden stark vorgespannt. Hierdurch kann die Biegefestigkeit des Skis progressiv erhöht werden.
  • Das Sportgerät ist gemäß der bevorzugten Ausführungsvariante ein Ski oder ein Snowboard. Vorzugsweise ist zumindest eine Skibindung oder eine Snowboardbindung in jenem Bereich des Skis oder des Snowboards angeordnet, in welchem sich der Zentralbereich der Kernschicht befindet.
  • Vorzugsweise ist die Vorspannung derart gewählt, dass die Vorspannung in den Fasern mehr als 0% und bis zu 60% der Bruchfestigkeit der Fasern beträgt. Somit können die Fasern auch nur leicht gestreckt sein, wodurch eine Faserausrichtung erreicht wird.
  • Das erfindungsgemäße Sportgerät, sowie bevorzugte und alternative Ausführungsvarianten werden in weiterer Folge anhand der Figuren näher erläutert.
    • Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Sportgeräts mit einer Kernschicht.
    • Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung der Kernschicht in einer Draufsicht.
    • Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung der Kernschicht in einer Seitenansicht.
  • Ein erfindungsgemäßes Sportgerät 1 zum Gleiten auf Oberflächen mit einem mehrschichtigen Aufbau ist in Figur 1 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Die Oberfläche an sich ist nicht dargestellt. Wie Figur 1 zu entnehmen ist, umfasst das erfindungsgemäße Sportgerät 1 eine Kernschicht 2 und zumindest eine weitere, der Oberfläche im Betrieb zugewandte Schicht 3. Bei dieser Schicht 3 kann es sich beispielsweise um einen Gleitbelag handeln, wenn das Sportgerät 1 als Wintersportgerät, wie beispielsweise als Ski oder Snowboard ausgeführt ist. Die Kernschicht 2 erstreckt sich im Wesentlichen entlang einer gesamten Länge des Sportgeräts 1, und umfasst ein Matrixmaterial 4 und zumindest eine Lage 5 aus Fasern. Die Kernschicht 2 weist zudem einen, entlang der Länge des Sportgeräts 1 im Wesentlichen zentral angeordneten Zentralbereich 6 auf, wobei das Matrixmaterial 4 im Wesentlichen entlang des gesamten Zentralbereichs 6 von der zumindest einen Lage 5 durchsetzt ist, und das Matrixmaterial 4 ein mineralischer Baustoff wie Beton ist. Im Rahmen der Erfindung verwendbarer Beton ist auch Feinkornbeton mit einer Korngröße von vorzugsweise weniger als 4 mm. Der Zentralbereich 6 der Kernschicht 2 kann zudem als Fertigteil oder aus Ortbeton hergestellt werden. Die Lage 5 ist in Figur 2 und Figur 3 ebenfalls dargestellt, welche den Zentralbereich 6 in schematischer Darstellung von oben und von der Seite zeigen. Die Lage 5 aus Fasern weist zudem eine Vorspannung auf. Diese Vorspannung kann beispielsweise im Rahmen der Produktion der Kernschicht 2 aufgebracht werden, indem die Lage 5 aus Fasern beispielsweise mit einem Spannrahmen, einer Klemmvorrichtung oder sonstigen Hilfsmitteln vorgespannt wird, und anschließend mit dem Matrixmaterial 4 umgossen wird. Die Klemmvorrichtung und/oder der Spannrahmen umfassen vorzugsweise einen oder mehrere Hydraulikzylinder zum Aufbringen der Vorspannung. Hierdurch erhält die Kernschicht 2 in dem Zentralbereich 6 eine Vorspannung, welche durch die auf die Lage 5 aus Fasern aufgebrachte Vorspannung definiert ist. Durch diese Vorspannung erhält das Sportgerät in dem Zentralbereich 6 Spannungs-, Dehnungs-, und Dämpfungseigenschaften, welche während der Produktion des Sportgeräts 1 an die geplante Anwendung des Sportgeräts 1 angepasst werden können. Hierdurch können unter Verwendung derselben Konstruktionsmaterialien und derselben Methode eine Reihe an Sportgeräten 1 mit verschiedenen Eigenschaften produziert werden. Dies reduziert die Produktionskosten des erfindungsgemäßen Sportgeräts 1. Durch diese Konstruktionsmethode lassen sich sehr dünnwandige Querschnitte im Bereich von 8-12 mm mit im Vergleich zu Holzquerschnitten sehr hohen Tragfähigkeiten, sowie höheren Verdreh- und Biegesteifigkeiten bei adäquaten Dämpfungsverhalten herstellen, wobei dies von der Anzahl der Lagen 5 an Fasern, deren Vorspannung und dem Material der Fasern abhängt. Die Dauerhaftigkeit ist ebenfalls sehr hoch und stellt dadurch im Vergleich zu anderen Baustoffen mit diesen Festigkeitseigenschaften eine über die Lebensdauer wirtschaftliche Variante dar.
  • Vorzugsweise ist die Vorspannung derart gewählt, dass die Vorspannung in den Fasern mehr als 0% und bis zu 60% der Bruchfestigkeit der Fasern beträgt. Somit können die Fasern auch nur leicht gestreckt sein, wodurch eine Faserausrichtung erreicht wird. Insbesondere können Vorspannungen von 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55% und 60% und Bereiche zwischen diesen Werten vorgesehen sein. Zudem können die Fasern in unterschiedlichen Raumrichtungen unterschiedlich stark, beispielsweise im Rahmen der genannten Vorspannungen vorgespannt sein.
  • Gemäß der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sportgeräts 1 erstreckt sich der Zentralbereich 6 im Wesentlichen entlang einer gesamten Länge des Sportgeräts 1. Hierdurch kann die Vorspannung mittels der Lage 5 auf das gesamte Sportgerät 1 aufgebracht werden. Alternativ kann die Kernschicht 2 beidseitig an den Zentralbereich 6 anschließend jeweils einen Bereich umfassen, welcher aus einem von dem Zentralbereich 6 verschiedenen Material gefertigt ist. Beispielsweise können die an den Zentralbereich 6 anschließenden Bereiche aus Fiberglas, Holz, Carbon usw. gefertigt sein. Das Sportgerät 1 kann auch nur einseitig an den Zentralbereich 6 anschließend einen Bereich umfassen, welcher aus einem von dem Zentralbereich 6 verschiedenen Material gefertigt ist.
  • Die zumindest eine Lage 5 aus Fasern kann in einer in Figur 2 ersichtlichen Längsrichtung L der Kernschicht 6, und/oder in einer Querrichtung Q der Kernschicht 6 vorgespannt sein. Hierdurch können Biegefestigkeit und Torsionssteifigkeit des erfindungsgemäßen Sportgeräts 1 unabhängig voneinander ausgestaltet werden. Die Vorspannung der zumindest einen Lage 5 aus Fasern kann zudem entlang der Längsrichtung L und/oder der Querrichtung Q der Kernschicht 2 variieren. Hierdurch können unterschiedliche Bereiche des Sportgeräts 1 verschiedene mechanische Eigenschaften aufweisen.
  • Die Lage 5 aus Fasern kann gemäß der bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Sportgeräts 1 Kunststofffasern, Glasfasern, Basaltfasern, Aramidfasern, Carbonfasernund/oder natürliche Fasern wie Bambusfasern umfassen. Durch die mechanischen Eigenschaften der gewählten Fasern können die mechanischen Eigenschaften der Kernschicht 2 zielgerichtet ausgestaltet werden. Die Fasern können auch in verarbeiteter Form vorliegen. Beispielsweise kann durch die Fasern ein Filz, ein Gewebe, ein Gestrick, gestickte Textilien usw. gebildet werden. Zudem kann die Lage aus Fasern gebündelte Endlosfasern, oder mehrere Längsfaserstränge mit oder ohne Querfaserstränge umfassen. Die Lage kann somit aus gebündelten Endlosfasern, einem Einzelfaserstrang, mehreren parallelen Fasersträngen, verarbeiteten Textilien wie Geweben, Geflechten, Gewirken, Gestricken und/oder Gesticken bestehen oder diese umfassen. Die Fasern können auch in Form von verarbeiteten Produkten wie Stäben oder Litzen vorliegen. Zudem können die jeweiligen Faserbündel imprägniert sein und/oder auch eine bearbeitete Oberfläche, wie beispielhaft eine Besandung, zur Verbesserung der Verbundeigenschaften aufweisen. Vorzugsweise sind die Fasern besandete oder unbesandete Carbonfaserstränge.
  • Das gewählte Matrixmaterial 4 ist vorzugweise ein Beton mit Zuschlagskörnern, welche einen Durchmesser von maximal 4mm aufweisen. Derartiger Beton wird auch als Feinkornbeton oder Mörtel bezeichnet. Alternativ können auch Matrixmaterialien wie beispielsweise Steingut verwendet werden. Das Matrixmaterial 4 kann auch, wie in Figur 3 ersichtlich, von mehreren Lagen 4 aus Fasern durchsetzt sein, wobei zumindest zwei Lagen 5 eine Vorspannung aufweisen. Diese zumindest zwei vorgespannten Lagen 5 können zudem voneinander verschiedene Vorspannungsrichtungen aufweisen und/oder verschieden stark vorgespannt sein.
  • Wie eingangs dargelegt, kann das Sportgerät 1 ein Ski oder ein Snowboard sein. Das erfindungsgemäße Sportgerät kann jedoch beispielsweise auch ein Wasserski, ein Wakeboard und ähnliches sein. Vorzugsweise ist zudem zumindest eine Skibindung oder eine Snowboardbindung im jenem Bereich des als Ski oder des Snowboard ausgebildeten Sportgeräts 1 angeordnet, in welchem sich der Zentralbereich 6 der Kernschicht 2 befindet.
  • Durch im Rahmen der gegenständlichen Erfindung vorgesehene Kernschicht 2 und deren Aufbau lassen sich sehr dünnwandige Querschnitte im Bereich von 8-12 mm mit im Vergleich zu Holzquerschnitten sehr hohen Tragfähigkeiten, sowie höheren Verdreh- und Biegesteifigkeiten bei adäquatem Dämpfungsverhalten herstellen, welche abhängig von den mechanischen Eigenschaften und der Querschnittsfläche der eingebetteten Faserbewehrung, sowie dem Grad der Vorspannung ist, wodurch sich eine neue Anwendung im Sportgerätesektor Ski ergibt. Die Dauerhaftigkeit ist ebenfalls sehr hoch und stellt dadurch im Vergleich zu anderen Baustoffen mit diesen Festigkeitseigenschaften eine über die Lebensdauer wirtschaftliche Variante dar.
  • Der Skikern oder auch die Kernschicht 2 des Skis ist seit jeher das Herzstück jedes Skis. Früher gab es Holzski, danach wurde bis heute der Kern aus Holz gemacht. Die Ummantelung des Kerns erfolgt mit hochwertigen Materialien, um Eigenschaften der Ski zu beeinflussen. Nahezu alle hochwertigen Skier sind Sandwichkonstruktionen. Die Vorspannung des Skis ist eine der wichtigsten Eigenschaften für das Fahrverhalten der Skier. Um diese und weitere Faktoren wie die Laufruhe und Elastizität zu maximieren, wurden schon viele Holzarten als Naturmaterial verwendet. Die Lagen darüber und darunter werden mit erstklassigen Materialien wie Carbon und Titanal variiert.
  • Es wurden Ausschwingversuche an Prüfkörpern einer Kernschicht 2 durchgeführt, wobei die Prüfkörper Abmessungen von ca. 1m Ausschwinglänge und ca. 10cm Breite aufweisen.
  • Es wurden acht verschiedene Prüfkörper dem Ausschwingversuch mit unterschiedlichen Laststufen unterzogen. Der Prüfkörper PK6 ist unbewehrt, alle anderen Prüfkörper PK1 bis PK5 wurden zweilagig bewehrt, wobei die Lagen 5, Textilbewehrungen aus Carbonfasern umfassen, welche mit Epoxidharz getränkt und glatt bzw. zusätzlich besandet ausgeführt wurden. Weiters gibt es einen Prüfkörper aus Holz und einen Ski als Referenzprüfkörper. Beginnend mit "Laststufe 0", in der die Prüfkörper unbelastet und im ungerissenen Zustand untersucht worden sind, wurde mit jeder weiteren Laststufe die Belastung erhöht. In der Laststufe 1 wurden die Prüfkörper bis zu einer definierten Kraft belastet, wobei in diesem Fall bei allen bewehrten Bauteilen sich die ersten Risse bildeten. Dabei konnte mit beginnender Rissbildung in den textilbewehrten Prüfkörpern bei fortschreitender Laststeigerung eine Veränderung bei den dynamischen Eigenschaften beobachtet werden. Im Mittel lag die Frequenz der Schwingung nach Lastanregung bei circa 8Hz für die gerissenen Prüfkörper in der Laststufe eins. Das ist gegenüber der Frequenz im ungerissenen Zustand der Laststufe null eine Abnahme von 35% und gleichzeitig eine Annäherung an die Frequenz des Ski-Prüfkörpers. In den weiteren Laststufen zwei und drei kann man bei den Prüfkörpern, bei denen es zufolge der Laststeigerung nicht zu einem Versagen gekommen ist, erkennen, dass die Frequenz im Vergleich zur Laststufe eins nur sehr gering abgenommen hat.
  • Bei der Messung der Dämpfung wurde im ungerissenen Zustand bei fast allen Betonprüfkörpern ein Dämpfungsgrad zwischen 0,004 und 0,01 berechnet. Die Messungen in der Laststufe null zeigen, dass sich die Betonprüfkörper im ungerissenen Zustand steifer verhalten als die Ski- und Holzprüfkörper. Wie zu erwarten war, steigen die Dämpfungswerte der Betonprüfkörper aus Beton in der Laststufe eins deutlich. In den weiteren Laststufen zwei und drei kann man bei den Prüfkörpern, bei denen es zufolge der Laststeigerung nicht zu einem Versagen gekommen ist, erkennen, dass der Dämpfungsgrad trotz weiterer Rissbildung im Vergleich zur Laststufe eins nicht weiter ansteigt. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass der Mittelwert des Dämpfungsgrads der Textilbeton-Prüfkörper im gerissenen Zustand 0,025 beträgt.
  • Die Dämpfungswerte der Vorversuche liegen in einer ähnlichen Größenordnung wie die eines konventionellen Skis. Die Biegesteifigkeit hingegen ist bei den textilbewehrten Bauteilen im gerissenen Zustand geringer als vergleichbare Skis mit einem Holzkern. Dadurch eignet sich insbesondere der Freeride Sektor für ein erfindungsgemäßes Sportgerät 1.
  • Im Rahmen der Erfindung werden textilbewehrte Kernschichten 2 vorgespannt, wodurch unter Belastung das Matrixmaterial 4 rissfrei bleibt. Dadurch erhöht sich die Steifigkeit wesentlich, wodurch auch andere Einsatzgebiete wie zum Beispiel klassische Pistenski erschlossen werden können. Darüber hinaus ist es ein Vorteil, dass bei einem Kern aus Textilbeton die darüber- und darunterliegenden Schichten ebenfalls aus Fasern wie Carbon nahezu die gleichen Materialkennwerte aufweisen. Somit können diese als Einheit zusammenwirken.

Claims (13)

  1. Sportgerät (1) zum Gleiten auf Oberflächen mit einem mehrschichtigen Aufbau, umfassend eine Kernschicht (2) und zumindest eine weitere, der Oberfläche im Betrieb zugewandten Schicht (3), wobei die Kernschicht (2) ein Matrixmaterial (4), wobei das Matrixmaterial (4) ein mineralischer Baustoff wie Beton ist, und zumindest eine Lage (5) aus Fasern umfasst, und sich im Wesentlichen entlang einer gesamten Länge des Sportgeräts (1) erstreckt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kernschicht (2) einen, entlang der Länge des Sportgeräts (1) im Wesentlichen zentral angeordneten Zentralbereich (6) aufweist, wobei das Matrixmaterial (4) im Wesentlichen entlang des gesamten Zentralbereichs (6) von der zumindest einen Lage (5) durchsetzt ist, wobei die Lage (5) aus Fasern eine Vorspannung aufweist.
  2. Sportgerät (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Zentralbereich (6) im Wesentlichen entlang einer gesamten Länge des Sportgeräts (1) erstreckt.
  3. Sportgerät (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschicht (2) beidseitig an den Zentralbereich (6) anschließend jeweils einen Bereich umfasst, welcher aus einem von dem Zentralbereich (6) verschiedenen Material gefertigt ist.
  4. Sportgerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Lage (5) aus Fasern in einer Längsrichtung (L) der Kernschicht (2) vorgespannt ist.
  5. Sportgerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Lage (5) aus Fasern in einer Querrichtung (Q) der Kernschicht (2) vorgespannt ist.
  6. Sportgerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung der zumindest einen Lage (5) aus Fasern entlang einer Längsrichtung (L) und/oder einer Querrichtung (Q) der Kernschicht variiert.
  7. Sportgerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage (5) aus Fasern Kunststofffasern, Glasfasern, Basaltfasern, Aramidfasern, Carbonfasern und/oder natürliche Fasern wie Bambusfasern umfasst.
  8. Sportgerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial (4) ein Beton mit Zuschlagskörnern ist, welche einen Durchmesser von maximal 4mm aufweisen.
  9. Sportgerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial (4) von mehreren Lagen (5) aus Fasern durchsetzt ist, und zumindest zwei Lagen (5) eine Vorspannung aufweisen.
  10. Sportgerät (1) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei vorgespannten Lagen (5) voneinander verschiedene Vorspannungsrichtungen aufweisen und/oder verschieden stark vorgespannt sind.
  11. Sportgerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sportgerät (1) ein Ski oder ein Snowboard ist.
  12. Sportgerät (1) gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Skibindung oder eine Snowboardbindung in jenem Bereich des Skis oder des Snowboards angeordnet ist, in welchem sich der Zentralbereich (6) der Kernschicht (2) befindet.
  13. Sportgerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung derart gewählt ist, dass die Vorspannung der Fasern mehr als 0% und bis zu 60% der Bruchfestigkeit der Fasern beträgt.
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