NO885535L

NO885535L - SKOEYTE.

Info

Publication number: NO885535L
Application number: NO88885535A
Authority: NO
Inventors: Martinus Van Den Aker
Original assignee: Stamicarbon
Priority date: 1987-12-14
Filing date: 1988-12-13
Publication date: 1989-06-15
Also published as: NL8703017A; NO885535D0; JPH01236076A; EP0321026A3; EP0321026A2

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en skøyte som i det vesentlige omfatter et glideelement, et skøytelegeme og en sko, og som en del av skøytelegemet omfatter en rørformet del av et fiberforsterket matriksmateriale, hvori glideelementet er festet. Et skøytelegeme vil generelt omfatte et rør, en såle og en hælstøtte og en såle og en hælplate, på hvilken skoen er montert. The present invention relates to a skate which essentially comprises a sliding element, a skating body and a shoe, and as part of the skating body comprises a tubular part of a fibre-reinforced matrix material, in which the sliding element is fixed. A skate body will generally comprise a tube, a sole and heel support and a sole and heel plate, on which the shoe is mounted.

En slik skøyte er kjent fra WO-A-87/05818. Ved utviklingen av et skøytelegeme, så er hensiktet å kombinere den lavest mulige skøytelegemevekt med tilstrekkelig bøyningsfasthet og torsjonsstyrke. Derfor er skøyten fremstilt av et fiberforsterket plastmateriale som kombinerer en lav vekt med en høy bøyfasthet og torsjonsstyrke. Such a skate is known from WO-A-87/05818. When developing a skating body, the aim is to combine the lowest possible skating body weight with sufficient bending strength and torsional strength. Therefore, the skate is made of a fiber-reinforced plastic material that combines a low weight with a high bending strength and torsional strength.

Ulempen ved denne kjente skøyte er at ved temperaturforandringer vil det oppstå skjærspenninger mellom skøytele-gemet og glideelementet, som følge av forskjell i utvidelseskoeffisienten mellom det fiberforsterkete plastmateriale som anvendes for røret av skøytelegemet og glideelementet. Temperaturforandringer finner sted som følge av den store forskjell mellom temperaturen ved fremstilling, lagringstem-peratur og brukstemperatur. Dette kan eventuelt føre til at bindingen mellom skøytelegemet og glideelementet brytes. The disadvantage of this known skate is that with temperature changes, shear stresses will occur between the skating body and the sliding element, as a result of a difference in the expansion coefficient between the fibre-reinforced plastic material used for the tube of the skating body and the sliding element. Temperature changes take place as a result of the large difference between the temperature during manufacture, storage temperature and use temperature. This may possibly lead to the bond between the skating body and the sliding element being broken.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en skøyte som ikke har denne ulempe. The purpose of the invention is to provide a skate which does not have this disadvantage.

Dette oppnås i henhold til oppfinnelsen ved en rørformet del som er konstruert på en slik måte at dens varmeutvidelseskoeffisient i lengderetningen for glideelemenet er praktisk talt den samme som for glideelementet, ved å anvende kontinuerlige fibre med en utvidelseskoeffisient under null med et matriksmateriale med en utvidelseskoeffisient over null, og fibrene er tilstede i matriksmaterialet i minst to retninger. This is achieved according to the invention by a tubular part which is constructed in such a way that its coefficient of thermal expansion in the longitudinal direction of the sliding element is practically the same as that of the sliding element, by using continuous fibers with a coefficient of expansion below zero with a matrix material with a coefficient of expansion above zero, and the fibers are present in the matrix material in at least two directions.

Matriksmaterialet forsterket med kontinuerlige fibre kan The matrix material reinforced with continuous fibers can

også omtales som en kompositt.also referred to as a composite.

En fagmann kan ved hjelp av formelen I som retningslinje beregne den resulterende utvidelseskoeffisient for matriksen og fibrene og fibrene orientert i én retning. A person skilled in the art can, using formula I as a guideline, calculate the resulting coefficient of expansion for the matrix and the fibers and the fibers oriented in one direction.

som gjøres lik utvidelseskoeffisienten for glideelementet (o<g) . Utvidelseskoeffisienten for en kompositt forsterket med kontinuerlige fibre (ac) kan bestemmes fra utvidelseskoeffisientene for fibrene og matriksen (cxf hen. ocm) , volumandelene av fibrene og matriksen (Vf henh. Vm), og fiber- og matrikselastisitetene (henh. Ef og Em). which is made equal to the expansion coefficient of the sliding element (o<g) . The expansion coefficient for a composite reinforced with continuous fibers (ac) can be determined from the expansion coefficients of the fibers and the matrix (cxf hen. ocm), the volume fractions of the fibers and the matrix (Vf hen. Vm), and the fiber and matrix elasticities (hen. Ef and Em) .

Imidlertid for formålet med foreliggende oppfinnelse er fibrene anordnet i spesielle vinkler i forhold til hverandre, hvilket betyr at formelen 1 ikke kan anvendes som sådan fordi fibrene har en negativ utvidelseskoeffisient i lengderetningen, men ikke i tverretningen. However, for the purpose of the present invention, the fibers are arranged at special angles in relation to each other, which means that formula 1 cannot be used as such because the fibers have a negative expansion coefficient in the longitudinal direction, but not in the transverse direction.

I henhold til oppfinnelsen består komposittmaterialet av flere lag av kontinuerlige fibre som eksempelvis er orientert i lengderetningen og tverretningen eller ved eksempelvis vinkler på +45° og -45° i forhold til lengderetningen, slik at summen av utvidelseskoeffisientene i lengderetningen for flere lag av fibre er lik den ønskete totale utvidelseskoeffisient i lengderetningen for fibrene. Det kan være fordelaktig å orientere fibrene i matriksen i vinkler på + og -45° i forhold til lengderetningen av hensyn til torsjonsstyrken, men oppfinnelsen er ikke begren-set til disse vinkler, heller ikke er det nødvendig å bygge opp komposittmaterialet fra flere lag, sålenge den ønskete utvidelseskoeffisient i lengderetningen oppnås. According to the invention, the composite material consists of several layers of continuous fibers which are, for example, oriented in the longitudinal and transverse directions or at, for example, angles of +45° and -45° in relation to the longitudinal direction, so that the sum of the expansion coefficients in the longitudinal direction for several layers of fibers is equal to the desired total coefficient of expansion in the longitudinal direction of the fibers. It can be advantageous to orient the fibers in the matrix at angles of + and -45° in relation to the longitudinal direction for reasons of torsional strength, but the invention is not limited to these angles, nor is it necessary to build up the composite material from several layers, as long as the desired expansion coefficient in the longitudinal direction is achieved.

En hvilken som helst ønsket verdi for ac kan erholdes på basis av det faktum at utvidelseskoeffisientene for matriksen vanligvis er større enn null, mens de for fibrene vanligvis er mindre enn null. I den etterfølgende tabell er gitt eksempler på fiber- og matriksmaterialer med noen materialer av hvilke glideelementet kan fremstilles, sammen med utvidelseskoeffisientene, uten at oppfinnelsen begrenses til disse eksempler. Any desired value for ac can be obtained on the basis of the fact that the expansion coefficients of the matrix are usually greater than zero, while those of the fibers are usually less than zero. In the following table, examples of fiber and matrix materials are given with some materials from which the sliding element can be produced, together with the expansion coefficients, without the invention being limited to these examples.

Tabellen viser at matriksmaterialet med en positiv utvidelseskoeffisient i kombinasjon med bare glassfibre vil i de fleste tilfeller ikke gi den ønskete utvidelseskoeffisient. The table shows that the matrix material with a positive expansion coefficient in combination with only glass fibers will in most cases not give the desired expansion coefficient.

I eksemplene IV og V er fibre- og matrikskombinasjoner i henhold til oppfinnelsen nærmere belyst. In examples IV and V, fiber and matrix combinations according to the invention are explained in more detail.

For å oppnå et produkt med gode mekaniske egenskaper er en høy volumandel av fibermaterialet viktig. Volumandelen av matriksmaterialet vil vanligvis ikke overstige 60%. Sammenlignet med et metallskøyterør er rommet inne i røret fremstilt av et komposittmateriale stort. Som et resultat av dette kan røret virke som et resonanslegeme, og lyden av glideelementet som glir over isen og glideelementet som treffer isen kan forsterkes til et punkt hvor det blir en ulempe. For å dempe disse lyder, vil rommet inne i røret fylles med skum og/eller med en for-formet skumdel. In order to achieve a product with good mechanical properties, a high volume proportion of the fiber material is important. The volume proportion of the matrix material will not usually exceed 60%. Compared to a metal skating tube, the space inside the tube made of a composite material is large. As a result, the pipe can act as a resonant body and the sound of the sliding element sliding over the ice and the sliding element hitting the ice can be amplified to the point where it becomes a nuisance. To dampen these sounds, the space inside the tube will be filled with foam and/or with a pre-formed foam part.

Glideelementet kan eksempelvis fremstilles av stål eller annet metall eller fra et keramisk materiale med høy hårdhet og sliteresistens, slik som aluminiumoksyd, zirkoniumoksyd, siliciumnitrid og siliciumkarbid. Fortrinnsvis fremstilles det av stål. The sliding element can, for example, be manufactured from steel or other metal or from a ceramic material with high hardness and wear resistance, such as aluminum oxide, zirconium oxide, silicon nitride and silicon carbide. Preferably it is made of steel.

Hæl- og sålestøtten og hæl- og såleplaten blir fortrinnsvis også fremstilt av det ovenfor beskrevne komposittmateriale. Imidlertid kan det også fremstilles med sprøytestøping med et materiale med høyt fyllstoffinnhold eller fra en støpeharpiks. Det er også mulig å fremstille hæl- og sålestøtten og hæl- og såleplaten i ett stykke.Støttene festet til røret ved liming, sveising eller ved hjelp av mekaniske midler. Mekanisk festing av hæl- og sålestøtten til røret, eksempelvis ved nagler eller skruer, har den fordel at støttene kan erstattes med nye eller andre støtter og plater uten å ødelegge røret. The heel and sole support and the heel and sole plate are preferably also produced from the composite material described above. However, it can also be produced by injection molding with a material with a high filler content or from a casting resin. It is also possible to manufacture the heel and sole support and the heel and sole plate in one piece. The supports are attached to the tube by gluing, welding or using mechanical means. Mechanical fastening of the heel and sole support to the pipe, for example with rivets or screws, has the advantage that the supports can be replaced with new or other supports and plates without damaging the pipe.

Skøyten kan eksempelvis fremstilles ved én av fremgangsmå-tene beskrevet i de etterfølgende eksempler I, II eller III. Fremgangsmåten i henhold til eksempel I og II er diskon-tinuerlig, mens fremgangsmåten i henhold til eksempel III kan utføres kontinuerlig. The skate can, for example, be produced by one of the methods described in the following examples I, II or III. The method according to examples I and II is discontinuous, while the method according to example III can be carried out continuously.

I eksemplene IV og V er valg av matriks og fibre med forskjellige glideelementer indikert. I figurene 1,2og3er vist et eksempel på en fremstilt skøyte. In examples IV and V, the choice of matrix and fibers with different sliding elements is indicated. Figures 1, 2 and 3 show an example of a manufactured skate.

Figur 1 er et sideriss av den fullstendige skøyte.Figure 1 is a side view of the complete skate.

Figur 2 er et tverrsnitt gjennom A-A.Figure 2 is a cross section through A-A.

Figur 3 viser et tverrsnitt i det tilfelle hvor røret er støpt i ett stykke. Figure 3 shows a cross-section in the case where the pipe is cast in one piece.

I de etterfølgende fremstillingseksempler vil det henvises til henvisningstallene i disse teginger. In the subsequent manufacturing examples, reference will be made to the reference numbers in these drawings.

EKSEMPEL IEXAMPLE I

Røret (3) består av to skalldeler. Skalldelene (10) er støpt i positive og/eller negative formhalvdeler, eller er vakuumformete. For dette formål kan anvendes tørre fibre, tekstil/matter eller kombinasjoner derav, til hvilke harpik-sen tilføres ved sprøyting (såkalt harpiksoverføringsstøping eller harpikssprøytestøping), såvel som for-impregnerte fibre, tekstiler eller matter. Skalldelene kan også fremstilles ved varmeforming av en termoplastisk kompositt-plate. Skalldelene limes eller sveises og/eller festes mekanisk til glideelementet (4), avhengig bl.a. av anvendt type matriksmateriale (varmeherdende eller termoplastisk). Rommet mellom skalldelene (fig. 2, 11) kan fylles med skum eller med en for-formet skumdel. Deretter blir sålestøtten (fig. 1, 2) med såleplaten (fig. 1, 5) og hælstøtten (fig. 1, 6) med hælplaten (fig. 1, 7) limt, sveiset eller festet mekanisk til røret. På disse kan skøyteskoen monteres. The tube (3) consists of two shell parts. The shell parts (10) are cast in positive and/or negative mold halves, or are vacuum formed. For this purpose, dry fibres, textiles/mats or combinations thereof can be used, to which the resin is added by spraying (so-called resin transfer molding or resin injection moulding), as well as pre-impregnated fibres, textiles or mats. The shell parts can also be produced by thermoforming a thermoplastic composite sheet. The shell parts are glued or welded and/or fixed mechanically to the sliding element (4), depending on i.a. of the type of matrix material used (thermosetting or thermoplastic). The space between the shell parts (fig. 2, 11) can be filled with foam or with a pre-shaped foam part. Then the sole support (fig. 1, 2) with the sole plate (fig. 1, 5) and the heel support (fig. 1, 6) with the heel plate (fig. 1, 7) are glued, welded or mechanically attached to the tube. The skates can be mounted on these.

EKSEMPEL IIEXAMPLE II

Røret (3) er støpt i ett stykke rundt en fjernbar eller ikke-fjernbar kjerne (fig. 3, 8). Fibrene, tekstilen eller mattene påføres kjernen i de ønsket vinkler. Matriksen sprøytes inn og polymeriseres. Det er også mulig å anvende halv-fabrikata for dette formål. Hvis det anvendes et termoplastisk komposittmateriale kan røret fremstilles ved en varmeformingsprosess. Rommet inne i røret (fig. 2, 11) kan fylles med skum eller med en for-formet skumdel. Røret avkortes til ønsket lengde og lukkes eller avrundes (som i fig. 1). Deretter blir sålestøtten (fig. 1, 2) med såleplaten (fig. 1, 5) og hælstøtten (fig. 1, 6) med hælplaten (fig. 1, 7) limt, sveiset eller festet mekanisk til røret. På disse blir skøyteskoen montert. The tube (3) is cast in one piece around a removable or non-removable core (fig. 3, 8). The fibres, textile or mats are applied to the core at the desired angles. The matrix is injected and polymerized. It is also possible to use semi-finished products for this purpose. If a thermoplastic composite material is used, the pipe can be produced by a heat forming process. The space inside the tube (fig. 2, 11) can be filled with foam or with a pre-formed foam part. The pipe is shortened to the desired length and closed or rounded (as in Fig. 1). Then the sole support (fig. 1, 2) with the sole plate (fig. 1, 5) and the heel support (fig. 1, 6) with the heel plate (fig. 1, 7) are glued, welded or mechanically attached to the tube. The skates are mounted on these.

EKSEMPEL IIIEXAMPLE III

Røret (støpt del 9) er fremstilt kontinuerlig ved hjelp av "pultrusion" eller varmeforming (såkalt valseforming). For tilfellet "pultrusion" blir fibrene trukket gjennom en form sammen med matter eller tekstiler. Den varmeherdende eller termoplastiske harpiks kan tilføres ved injeksjon eller via et harpiksbad. Etter polymerisering i formen blir røret avkortet til ønsket lengde. Varmeforming finner sted ved å føre et termoplastisk komposittmateriale som er oppvarmet til over mykningspunktet gjennom en form eller forvarmete valser. Det termoplastiske materiale avkjøles i formen eller mellom valsene og blir stabilt, hvoretter det kan avkortes. Rommet inne i røret (fig. 2, 11) kan fylles med skum eller med en for-formet skumdel. Endene av røret lukkes og sålestøtten (fig. 1, 2) med såleplaten (fig. 1, 5) og hælstøtten (fig. 1, 6) med helplaten (fig. 1, 7) limes, sveises eller festes mekanisk til røret. På disse blir skøyteskoen montert. The tube (cast part 9) is manufactured continuously using "pultrusion" or heat forming (so-called roll forming). In the case of "pultrusion", the fibers are pulled through a mold together with mats or textiles. The thermosetting or thermoplastic resin can be supplied by injection or via a resin bath. After polymerization in the mold, the tube is cut to the desired length. Thermoforming takes place by passing a thermoplastic composite material that has been heated to above the softening point through a mold or preheated rollers. The thermoplastic material cools in the mold or between the rollers and becomes stable, after which it can be shortened. The space inside the tube (fig. 2, 11) can be filled with foam or with a pre-formed foam part. The ends of the tube are closed and the sole support (Fig. 1, 2) with the sole plate (Fig. 1, 5) and the heel support (Fig. 1, 6) with the full plate (Fig. 1, 7) are glued, welded or mechanically attached to the tube. The skates are mounted on these.

EKSEMPEL IVEXAMPLE IV

Glideelementet er fremstilt av stål med en varmeutvidelses-koef fisient på +12 . 10~<6>K-<1>. Skøytelegemet er fremstilt av karbonfiberforsterket epoksyharpiks. 77% av fibrene blir anordnet i formen i vinkler på +38° - 40° og -38° - -40°, og23% i en vinkel på 0°. Fiberinnholdet i forhold til det totale komposittmateriale var 48 vekt%. The sliding element is made of steel with a thermal expansion coefficient of +12. 10~<6>K-<1>. The skate body is made of carbon fiber reinforced epoxy resin. 77% of the fibers are arranged in the mold at angles of +38° - 40° and -38° - -40°, and 23% at an angle of 0°. The fiber content in relation to the total composite material was 48% by weight.

EKSEMPEL VEXAMPLE V

Glideelementet er fremstilt av et siliciumnitrid keramisk materiale med en utvidelseskoeffisient på +3,2 - 10~<6>K-<1>. Skøytelegemet er fremstilt av karbonfiberforsterket epoksyharpiks. 78 % av fibrene er anordnet i støpeformen i en vinkel på 90°, og 22% i en vinkel på 0°. Fiberinnholdet i forhold til det totale komposittmateriale var 55 volum%. The sliding element is made of a silicon nitride ceramic material with an expansion coefficient of +3.2 - 10~<6>K-<1>. The skate body is made of carbon fiber reinforced epoxy resin. 78% of the fibers are arranged in the mold at an angle of 90°, and 22% at an angle of 0°. The fiber content in relation to the total composite material was 55% by volume.

Claims

1. Skate, essentially comprising a sliding element, a skating body and a shoe, which includes as part of the skating body a tubular part of fiber-reinforced matrix material into which the sliding element is attached, characterized in that the tubular part is constructed in such a way that the thermal expansion coefficient in the longitudinal direction of the sliding element is essentially equal to that of the sliding element, by using continuous fibers with an expansion coefficient below zero with a matrix material with an expansion coefficient greater than zero, the fibers being present in the matrix material in at least two directions.

2. Skate according to claim 1, characterized in that the combination of fibers and matrix material is obtained by applying several layers of fibers to each other.

3. Skate according to any one of claims 1-2, characterized in that part of the fibers are arranged at an angle from -10° to -50° and from +10° to +50° in relation to the longitudinal direction.

4. Skate according to any one of claims 1-3, characterized in that the volume fraction of the matrix material is less than 60%.

5. Skate according to any one of claims 1-4, characterized in that the tubular part is filled with a sound-absorbing component, for example foam.

6. Method for manufacturing the tubular part of a skating body according to any one of claims 1-5, characterized in that the tubular part is produced from two shell parts which are pressure-moulded or vacuum-formed into positive or negative mold halves using dry fibres, textiles, mats or knitted textiles or combinations thereof, to which resin is added.

7. Method for manufacturing a tubular part of a skating body according to any of claims 1-5, characterized in that the tubular part is produced in one piece using fibres, textiles, mats or knitted textiles or combinations thereof, to which resin is added.

8. Method according to any one of claims 6-7, characterized in that one or more thermoplastic composite plates are used.

9. Method for producing the tubular skating part according to any of claims 1-5, characterized in that the tubular part is produced by starting from fibres, textiles, mats or knitted textiles or combinations thereof which are formed by pulling them through a form, after which the tubular part is shortened to the desired length.

10. Method according to claim 9, characterized in that a heat-setting or thermoplastic material, suitable for impregnation, is added to fibres, textiles, mats or knitted textiles or combinations thereof, before forming or during forming by injection into the mould.

11. Form according to any one of claims 6-10, characterized in that at least part of the fibres, textiles, mats, knitted textiles or combinations thereof consist of fibers containing a material suitable for impregnation.

12. Tubular part for a skating body according to any one of claims 1-5 obtained by a method according to any one of claims 6-11.

13. Tubular part of a skating body according to claim 12, in which a sliding element is attached.