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"Ski" Die Erfindung betrifft einen Ski mit einem Laufsohlenbelag
aus einem Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften, insbesondere aus Polyäthylen.
Derartige Skier besitzen in der Regel außer der Laufsohle noch einen oberen und
einen unte-Wenn belag von gegenüber dem Skikern erhöhter Festigkeit,
der
in erster Linie zur Aufnahme der bei der Biegung des Skis von diesem aufzunehmenden
Kräfte dient.
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Laufohlenbeläge aus Kunststoffen guter Gleiteigenschaften, insbesondere
aus Polyäthylen, haben sich wegen ihrer Gleiteigenschaften a'llgemein durchgesetzt.
Sie haben jedoch einerseits den Nachteil einer geringen Verschleißfestigkeit und
andererseits den Nachteil geringer Zug- und Druckfestigkeit.
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Hinzu kommt ein hoher Wärmeausdehnungskoeffizient, der das Verhalten
des Skis in Abhängigkeit von der Temperatur ändert.
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Die Erfindung schafft einen Ski-, welcher je nach Konstruktion zumindest
einige der dargelegten Mängel, vorzugsweise- jedoch alle diese Mängel beseitigt,
dadurch, daß der Laufsohlenbelag durch Kohlenstoff-Fasern verstärkt wird. Der Anteil
der Kohlenstoff-Fsern beträgt dabei vorteilhaft etwa 10 bis 50 Gew.% des Laufsohlenbelages,
vorzugsweise liegt er zwischen 20 und 40 Gew.%. zu . E Ein Gewichtsprozentanteil-von
etwa 30 % wird für besonders günstig erachtet.
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Durch die Verstärkung des Laufsohlenbelages- mit Kohlenstoff-Fasern
erhält der Laufsohlenbelag eine'Festigkeit, die seinen Einsatz als konstruktives
Zug- und Druckkräfte aufnehmendes Material erlaubt, so daß es vielfach möglich wird,
den normalerweise vorhandenen unteren Biegekräfte aufnehmenden Be-oder teilweise
lag ganz/wegfallen zu lassen. Weiter wird-durch den geringen
Wärmeausdehnungskoeffizienten
der Kohlenstoff-Fasern (0,6 x 10-6 in Faserrichtung) das ungünstige Wärmedehnungsverhalten
des Polyäthylens weitestgehend ausgeglichen. Auch die hohe Vibrationsdämpfung der
Kohlenstoff-Fasern wirkt sich im Verbund mit dem Laufsohlenbelag günstig auf den
Ski aus. Bettet man die Kohlenstoff-Fasern in den Laufsohlenbelag ein, und zwar
so, daß die Kohlenstoff-Fasern im wesentlichen über die ganze Dicke des Laufsohlenbelages
verteilt sind, so wird der Abriebbeiwert gegenüber dem beispielsweise von Polyäthylen
ganz außerordentlich erhöht, ohne daß die Gleiteigenschaften des Polyäthylens wesentlich
verschlechtert werden. Kohlenstoff-Fasern haben nämlich ebenfalls einen niedrigen
Reibungskoeffizienten.
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Die Bindung zwischen den Kohlenstoff-Fasern und dem Polyäthylen, die
zumindest bei in den Laufsohlenbelag eingebetteten Kohlenstoff-Fasern von wesentlicher
Bedeutung ist, hängt unter anderem von der Art der Kohlenstoff-Fasern ab. Die verhältnismäßig
glatten Kohlenstoff-Fasern haben durch eine Vorimprägnierung der Fasern mit einem
gute Hafteigenschaften aufweisenden Haftvermittler, auch-Finish genannt, eine sehr
gute Bindung zu den gebräuchlichen Bettungsmaterialien. (Der Haftvermittler kann
beispielsweise auf die Fasern vor deren Verbindung mit dem Polyäthylen aufgesprüht
werden.) Will man den Verschleiß der Kohlenstoff-Fasern und damit eine Verringerung
der Festigkeit des Laufsohlenbelages im Laufe der Zeit vermeiden, so besteht die
Möglichkeit, die Kohlenstoff-Fasern nur inden oberen
Teil des Laufsohlenbelages
einzubetten. In konstruktiver Hinsicht kan n man hierbei so vorgehen, daß man die
Kohlenstoff-Fasern in die obere Schicht des zweischichtig ausgebildeten Laufsohlenbelages
einbettet. Ein Kunststof-fschichtmaterial insbesondere ein Polyäthylenschichtmaterial,
mit eingebetteten Koh lenstoff-Fasern kann beispielsweise erzeugt werden, indem
man das Granulat bereits mit Nohlenstoff-Fasern gemischt in den Extruder eingib-t,-
der zur Erzeugung des Kunststoff-Flächenmaterials dient. Auf diese Weise erhält
man zunächst nur einen Laufsohlenbelag, in dem die Kohlenstoff-Fasern nicht orientiert
sind.-Da eine Orientierung der Kohlenstoff-Fasern in Skilängsrichtung (unter einer
Orientierung in Skilängsrichtung wird hier eine Faseranordnung verstanden, bei der
die durchschnittliche Richtungskomponente der einzelnen Fasern in Skilängsrichtung
wesentlich größer ist als in beiden Skiquerrichtungen) von Vorteil ist, wird das
extrudierte Kuns-tstoff-Flächenmaterial vor dem Aufbringen auf den Ski vorteilhaft
in noch weichem Zustand in Längsrichtunggereckt. Die Reckung kann auch durch eine
Streckung mittels Kalandrierwalzen beim Extrudieren des mit Kohlefasern gefüllten
Bettungsmaterials erfolgen. Das bringt nicht nur eine gwünschte Orientierung der
Kunststoffmoleküle, sondern auch die Orientierung der Kohlenstoff-Fasern. Das Maß
der Orientierung hat man dabei durch das Maß der Reckung in der Hand.
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Bei dieser Anordnung. kann man auch verhältnismäßig kurze Kohlenstoff-Fasern
verwenden, da längere Fasern beim Durchgang durch den Extruder zerbrochen würden.
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Eine andere Möglichke-it zur Einbettung der Kohlenstoff-Fasern
in
den Laufsohlenbelag besteht darin, daß man den Laufsohlenbelag aus mehreren Kunststoffschichten
ausbildet und jeweils zwischen diese Schichten, also mindestens zwischen zwei Schichten,
die-Kohlenstoff-Fasern einbringt und dach die Schichten unter Erwärmung zusammenkaschiert,
beispielsweise zusammenkalandriert. Auch hier kann man durch nachträgliches Recken
eine gegebenenfalls gewünschte Orientierung erreichen Diese Art des Aufbringens
hat unter anderem den Vorteil, daß man die Verteilung der Kohlenstoff-Fasern über
die Dicke des Laufsohlenbelages willkürlich wählen kann. So kann man dafür Sorge
tragen, daß auf diese Weise die untere Schicht des von Laufsohlenbelages völlig/Kohlenstoff-Fasern
frei ist und damit optimale Gleiteigenschaften aufweist. Man kann auch die Kohlenstoff-Fasern
bereits bei der Fertigung in das Schichtmaterial für den Laufsohlenbelag einbringen
und dieses nachträglich mit einer Kohlenstoff-Faser-freien unteren Beschichtung
mit optimalen Gleiteigenschaften versehen.
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Die Kohlenstoff-Fasern können auch auf der Oberseite des Laufsohlenbelages
liegen und mit diesem stoffschlüssig verbunden sein. In diesem Fall erfolgt die
Verbindung der Kohlenstoff-Fasern mit dem Laufsohlenbelag zweckmäßig mittels eines
Klebers, der die Fasern auch untereinander verbindet. Geeignete Kleber sind beispielsweise
Epoxyharzkleber, wie sie in der Skifabrikation vielfach verwendet werden.
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Eine Anordnung von Kohlenstoff-Fasern auf der Oberseite des
Laufsohlenbelages
oder in mindestens einer Schicht im Inneren des Laufsohlenbelages unter nachträglichem
Zusammenkaschieren des Laufsohlenbelages um die innere Kohlenstoff-Faserschicht
hat den Vorteil, daß man die Anordnung der Fasern im Laufsohlenbelag weitgehend
bestimmen kann. Im einfachsten Fall werden die Kohlenstoff-Fasern in Form einer
zwerdimersionalen Wirrlage ein- bzw. aufgebracht. Unter einer zweidimensionalen
Wirrlage wird hierbei eine Wirrlage verstanden, deren Erstreckung in der dritten
Dimension gegenüber der Erstreckung in den beiden ersten Dimensionen sehr klein
ist. Auch kann eine gewisse Orientierung der Fasern in Skilängsrichtung erreicht
werden.
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Weiter besteht die Möglichkeit, die Fasern ausgerichtet -aufzubringen.
So können die Kohlenstoff-Fasern in Form von mindesten: zwei Schichten mit ausgerichteten
Fasern in den Laufsohlenbelag ein- bzw. auf diesen aufgebracht werden, wobei sich
die Faserrichtungen kreuzen. Ordnet man hierbei eine Faserschicht in Skilängsrichtung
verlaufend an, so kann man die andere Faserschicht quer zum Ski verlaufen lassen.
Die zweite Schicht wird hierbei vorteilhaft dünner gehalten als die erste. Es besteht
auch die Möglichkeit, zwei glèich starke Schichten unter einem spitzen Winkel zur
Skilängsrichtung anzuordnen. In diesem Fall können beispielsweise die Fasern beider
Schichten mit der Skilängsrichtung einen Winkel von 15 bis 250 einschließen.
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Die Kohlenstoff-Fasern können dann auch in Form eines Gewebes ein-
bzw. aufgebracht werden. Das Gewebe kann auch ein Gittergewebe sein. Die Kettfäden
verlaufen vorteilhaft in Skilängsrichtung,
während die Schußfäden
in Skiquerrichtung verlaufen. In diesem m Fall sind letztere vorteilhaft schwächer
als erstere.
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Werden die Kohlenstoff-Fasern in einer mehr oder weniger orientierten
Wirrlage eingebracht, so kann ihre Länge zwischen 2 mm und 30 mm liegen. Größere
Längen werden aus wirt--sctaftlichen Gründen in diesem Fall zweckmäßig nicht verwendet.
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erden die Kohlenstoff-Fasern jedoch in Form von Faserlagen oder Geweben
verwendet, so erfolgt ihr Einsatz zweckmäßig in Form von Kohlenstoff-Faserlagen
oder -Geweben, welche Folyacrylnitrildurch Verkohlung entsprechender/Faserlagen
oder -Gewebe erzeugt wurden.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten,
die Erfindung verkörpernden vorteilhaften Ausführungsformen näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Ski gemäß Erfindung,
etwa in natürlicher Größe.
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Fig. 2 zeigt schematisch in vergrößertem Maßstab einen Teilschnitt
durch eine andere Ausführungsform eines Skis gemäß Erfindung.
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Fig. 3 zeigt schematisch einen Teilschnitt durch eine dritte Ausführungsform
eines Skis gemäß Erfindung.
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Fig. 4 bis 7 zeigen jeweils schematisch Möglichke-ifen der Anordnung
von
Kohlenstoff-Fasern von der Skioberseite her gesehen, wobei die Skilängsrichtung
durch einen Preil angedeutet ist Der In Fig. 1 gezeigte Ski 1 besitzt e-inen Kern
2, Stahlkanten 3 und einen Laufsohlenbelag 4 aus Polyäthylen. Auf seiner oberseite
trägt der Kern 2 einen hochfesten Belag 5, der beispielsweise von einem Metallblech
oder einer glasfaserverstärkten Epoxyharzschicht gebildet wird.- Erfindungsgemäß
sind nun in den Laufsohlenbelag 4- Kohlenstoff-Fasern 6 in der aus Fig. 4 ersichtlichen
Iängsorientierten Wirrlage angeordnet. Die Fasern haben eine mittlere Länge von
be-ispie-lsweise 2 bis 30 mm. Werden d-ie Kohlen-stoff-Fasern bereits beim Extrudieren
der Polyäthylenlaufsohle in das Polyäthylen eingebracht, so wird die mittlere Faserlänge
natürlich näher an der unteren der genannten Grenzen liegen als an der oberen Zur
Erläuterung ist noch darauf hinzuweise, daß die Zeichenebene in Fig.4 ii mit der
Oberen Fläche 4a des Laufsohlenbelages 4 zusammenfällt. Fig.- 4 zeigt also das Bild,
das sich bieten würde, wenn man von oben auf einen Laufsohlenbelag 4 blicken würde,
dessen Polyäthylen vollständig durchsichtig ist.
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Man erkennt, daß durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Ski 1 auf
einen: dem oberen Belag 5- entsprechenden zusätzlichen unteren Belag verzichten
kann. Die Polyäthylenlaufsohle 4 kann infolge der Kohlenstoff-Faserneinlage dünn
gehalten werden, da
sie nun einen hochfesten Verbundwerkstoff darstellt,
der darüber hinaus trotz guter Gleiteigenschaften außerordentlich verschleißfest
ist.
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Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt durch eine andere Ausführungsform eines
Skis gemäß Erfindung. Der Einfachheit halber ist in Fig. 2 lediglich der linke untere
Quadrant des geschnittenen Skis dargestellt. Der hier gezeigte Ski 10 besitzt ebenfalls
einen Kern 12, Stahlkantenstreifen 13 und einen Laufsohlenbelag 14 aus Polyäthylen.
Der Laufsohlenbelag 14 ist hier zweischichtig. Die obere und dickere Schicht 15
ist in gleicher Weise wie die Laufsohle 4 des Skis 1 mit Kohlenstoff-Fasern verstärkt.
Die untere Schicht 16 ist eine relativ dünne Polyäthylenschicht 16, die mit der
kohlenstoffverstärkten Polyäthylenschicht 15 der Laufsohle 14 ganzflächig verschweißt
ist. Die untere Schicht 16 hat hier nur eine Stärke von wenigen zehntel Millimetern,
beipielsweise 0,2 bis 0,5 mm.Für besonders zweckmäßig wird eine Stärke von 0,3 mm
angesehen. Die dünne Schicht 16 gewährleistet optimale Gleiteigenschaften. Wenn
sie verschlissen ist, kann eine neue Schicht aufgebracht werden.
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Es kann jedoch auch nun auf der Kohlenstoff-Fasern-verstärkten Teilschicht
15 weitergefahren werden. Der geringe Abfall der Gleiteigenschaften liegt ohne weiteres
im Rahmen des Tragbaren.
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Insbesondere aus Fig. 2 erkennt man, daß die Anordnung der Polyäthylenlaufsohlen
4 und 14 in Bezug auf die Stahlkanten streifen 3 bzw. 13 in bisher üblicher Weise
erfolgen kann.
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Nach der Montage oder anderweitigen Verbindungen des Skikerns mit
den Stahlkantenstreifen wird der Laufsohlenbelag 4 bzw. 14 in üblicher Weise aufgebracht.
Wenn gewünscht, kann natürlich auch auf der Unterseite zwischen den Laufsohlenbelag
und dem Skikern eine weitere hochfeste Belagschicht vorgesehen sein.
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Erforderlich ist dies jedoch in der Regel nicht.
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Bei den bisher beschriebenen Beispielen können der Laufsohlenbelag
4 bzw. die Teilschicht 14 desselben beispielsweise auch dadurch mit Kohlenstoff-Fasern
armiert sein, daß der Belag 4 bzw. dessen Schicht 14 aus mehreren Teilschichten
zusammengesetzt ist, zwischen welchen sich die Kohlenstoff-Fasern erstrecken. Die
Teilschichten sind dann vorteilhaft miteinander verschweißt. Die Kohlenstoff-Faserschichten
können hier ähnlich wie in Fig. 4 eingebracht sein. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit,
beispielsweise zwei dünne Lagen parallel zueinander verlaufender Kohlenstoff-Fasern
7 gemäß Fig. 5 zwischen zwei Polyäthylenschichten einzulegen. Vorteilhaft haben
hier die in Skilängsrichtung verlaufenden Fasern eine größere Dicke als die in Skiquerrichtung
verlaufenden Fasern. Das gleiche Ziel kann aber auch durch unterschiedliche Dichte
der Anordnung gleich starker Fasern erreicht werden. Eine andere Möglichkeit besteht
in der Anordnung einer Kohlenstoff-Faserschicht 8, die aus zwei Lagen von Kohlenstoff-Fasern
besteht.
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Jede Lage besteht hierbei, wie aus Fig. 6 ersichtlich, aus einer Vielzahl
parallel zueinander verlaufender langer Kunsttoff-Fasern. Die Kohlenstoff-Fasern
beider Lagen verlaufen
unter dem gleichen verhältnismäßig kleinen
spitzen Winkel zur SkilSngsrichtung.
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Ferner besteht die Möglichkeit, auch Kohlenstoff-Faserschichten gemäß
Fig 5 und 6 jeweils aus mehr als zwei Lagen parallel zueinander verlaufender Kohlenstoff-Fasern
zusammenzusetzen. In der Regel werden jedoch zwei Lagen ausreichend sein.
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Schließlich kann auch eine Kohlenstoff-Fasereinlage gemäß Fig.
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7 vorgesehen werden. Hierbei ist die Kohlenstoff-Fasereinlage 9 aus
verhältnismäßig starken Kettfäden 9a und verhältnismäßig schwachen Schußfäden 9b
zu einem Gewebe verwebt. Wie angedeutet, verlaufen hierbei die starken Kettfäden'in
Skilängsrichtung Der in Fig, 3 gezeigte Ski 2Q besitzt ebenfalls einen Skikern 22,
Stahlkanten 23 und einen Laufsohlenbelag 24. Dieser besteht aus einer oberen Kohlenstoff-Faserschicht
25 und einer unteren ausschließlich aus geeignetem Kunststoff, wie vorzugsweise
Polyäthylen bestehenden Gleitschicht 26. Die Kohlenstoff-Faserschicht 25 kann dabei
beispielsweise nach einer der Fig.
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gemäß Fig. 4 bis 7 aufgebaut sein. Diese Kohlenstoff-FaserverstErkunogsschicht
ist vorteilhaft mit einem Epoxyharz zu einem dünnen Laminat verklebt, welches auch
mit der unteren Laufschicht 26 verklebt oder verschweißt ist.
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Die-Ausführungsbeispiele zeigen, daß man verhältnismäßig freie
Hand
in der Wahl der Anordnung der Kohlenstoff-Fasern in oder an dem Laufsohlenbelag
hat. Das Ergebnis wird jedoch besonders günstig, wenn man dafür sorgt, daß die Kohlenstoff-Fasern
im oder am Laufsohlenbelag von der skikrnseitigen Grenze des Laufsohlenbelages keinen
allzu großen Abstand haben, damit sich nicht eine größere Polyäthylenschicht zwischen
Laufsohlenbelag und dem Kohlenstoff-Faser-verstärkten Laufsohlenbereich erstreckt.-
Letzteres wird man meist nur dann in Kauf nehmen, wenn die Kohlenstoff-Fasern nicht
als tragendes Skielement, sondern in erster Linie zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit
der Laufsohle in diese eingebettet sind.
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Wenn auch in den vorhergehenden Beispielen eine PolyäthylenlaWsohle
als bevorzugte Ausführungsform erläutert wurde, so können auch andere thermoplastische
oder duroplastische --Werkstoffe, wie z.B. Polytetrafluoräthylen, Polypropylen,
Polyamid, Polycarbonat oder PVC gemäß Erfindung mit Kohlenstoff-Fasern verstärkt
werden.
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Patentansprüche: