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Ski mit Schwingungsdämpfungsfaser und Verfahren zu seiner
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Herstellung Herstellung Die Erfindung betrifft einen Ski oder anderes
auf Stoß und Verformung stark beanspruchtes Sportgerät.
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Der moderne Ski ist aus einer Vielzahl unterschiedlicher Bauelemente
zu einem festen Verbund zusammengesetzt. Die hier zur Anwendung kommenden Werkstoffe,
wie z.B. Aluminiumlegierungen, hochfeste Laminate aus faserverstärkten Kunstharzen,
Holz und/oder Schaumkunststoffkern, Thermoplaste, elastische Schichten, hochfeste
Klebeschichten, Stahlkanten und dgl., besitzen sehr unterschiedliche physikalische
Eigenschaften. Sie bestimmen in Verbindung mit der Formgebung des
Skis
(Dicke, Breite, Biegelinie, Taillierung u.a.) im wesentlichen die Fahreigenschaften.
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Ein wichtiges Qualitätsmerkmal des Skis ist das Schwingungsaufnahmevermögen
und die Schwingungsdämpfung. Für dieses Eigenschaftsbild sind vor allem die Elastizitätsmodule
der einzelnen Bauteile verantwortlich. Je höher der Elastizitätsmodul eines Bauteils
ist, desto größere Schwingungsenergie entsteht i.allg. und in gleichem Maße sinkt
das Dämpfungsvermögen des Bauteils ab.
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Um eine Schwingungsdämpfung zu erreichen, ist es bekannt, die Übertragungswirkung
von Bauelementen, welche infolge hoher Elastizitätsmodule hohe Schwingungsenergien
erzeugen, zu begrenzen, in dem man sie durch Einbau von elastischen Zwischenschichten
von den übrigen Teilen isoliert.
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DiesesVerfahren wird angewandt, in dem man z.B. Gummischichten zwischen
die Stahlkanten, ggf. auch Aluminiumoberkanten und den anliegenden Bauteilen anordnet.
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Eine weitere bekannte Maßnahme zur Verringerung der Schwingungswirkung
besteht darin, dass man die Stahlkante als größter Schwingungsveruraacher (E-Modul
= 2,1.106 2 kp/cm in kurze Abschnitte von einigen Zentimetern Länge unterteilt.
Bei der als gespalten Kante" oder "Gliederkante" bezeichnete Stahlkante wirkt dann
jedes Glied für sich, so daß infolge der unterbrochenen Spannungslinie die Eigenschwingung
des Bauteils Stahlkante weit zurückgedrängt ist.
Soweit es die Konstruktion
zulässt, werden zur Erzielung einer verbesserten Dämpfung auch Materialien mit elastischen
bis halbharten Eigenschaften anstelle von bisher harten Bauteilen (z.B. Metalloberkante)
angeordnet.
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Ausserdem sind Maßnahmen bekannt, ausserhalb des Ski-Verbundes Vorrichtungen
anzubringen, welche schwingungsdämpfend wirken. Diese Art der Dämpfung wirkt meist
nach dem Prinzip von an Federn angebrachten Ausgleichsmassen, die entgegen der Schwingung
wirken und somit die auftretende Schwingungsenergie mehr oder minder stark schlucken.
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Obwohl durch diese schwingungsverbessernden Maßnahmen, welche auch
noch relativ aufwendig sind, eine gewisse Verbesserung erzielt wird, reicht sie
für eine optimale Dämpfung bei weitem nicht aus.
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Die bisherigen Möglichkeiten einer Schwingungsdämpfung können auch
nicht dadurch beliebig erhöht werden, dass man z.B.
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einfach mehr gummiähnlich wirkende Stoffe konstruktiv in den Ski-Verbund
einbaut; denn der Ski würde damit nicht nur untragbar schwer, weil elastische Materialien
kaum einen Beitrag zur Gesamtstabilität leisten, sondern er würde zusätzlich auch
noch erlahmen.
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Auch die unterteilte Stahlkante schwächt den Ski, so dass zum Ausgleich
der im unteren Bereich des Skis angeordnete tragende Zuggurt verstärkt werden muß.
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Ausserhalb des Skis angebrachte Vorrichtungen mit schwingungsdämpfenden
Eigenschaften erhöhen das Gewicht des Skis und
sind vor allem sehr
hinderlich.
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Da die Dämpfungsmaßnahmen nach der bisherigen Art immer mit einer
Gewichtserhöhung des Skis verbunden sind und das dadurch erreichte Dämpfungsvermögen
nur begrenzt wirkt, ist der Gesamtvorteil dieser meist aus einem Kompromiss der
vrschiedenen Einflüsse resultierenden Maßnahmen recht bescheiden.
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Gerade der moderne hochwertige Ski, dessen tragende Teile insbesonders
aus Gründen der Gewichtsreduzierung und der optimalen Biegelinie wegen, aus Bauteilen
mit hoher spezifischer Festigkeit (z.B. hochwertige Aluminiumlegierungen, faserverstärkte
Epoxydharze u.dgl.) bestehen, benötigt auf Grund der relativ hohen Eigenschwingungsenergie
dieser hochfesten Materialien eine verstärkte und defenierte Schwingungsdämpfung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ski zu schaffen mit
wirkungsvollerer optimaler Schwingungsdämpfung. Damit verbunden sollen die Laufeigenschaften
des Skis verbessert werden.
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Gemäß der vorliegenden Neuerung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass
starre, feste, längsgestreckte Körper wie Fasern, Drähte, Lamellen bevorzugt längsorientiert
in Abstand von der statisch neutralen Zone im Ski beweglich eingebettet und von
benachbartem Material umschlossen sind. Diese im Ski-Verbund lagernden beweglichen
Fasern o.dgl. haben die spezielle Aufgabe, bei Stoß und Verformung des Skis, gegenüber
dem
Material das die Fasern umgibt, eine Bewegung auszuführen und somit Reibungsenergie
zu erzeugen, welche der Schwingungsenergie entgegen wirkt. Diese Faser (Friktionsfaser)
kann verschiedene Längen, z.B. 1...50cm, und verschiedenen Querschnitt, z.B. 5o...
500 aufweisen.
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Vorzugsweise kommen Schwingungsdämpfungsfasern zum Einsatz mit möglichst
kleinem Querschnitt, jedoch noch so starr und formstabil, dass sie die bei der Skibelastung
auftretende Reibungsenergie übernehmen können; z.B. Glasfaserstränge kunstharzgebunden
mit Durchmesser von ca. 50...200pm, bestehend aus einer entsprechend kleinen Anzahl
von Glasspinnfäden oder Metalldraht sehr kleinen Durchmessers.
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Damit ein Großteil oder der gesamte Frequenzbereich der auftretenden
Schwingung erfasst werden kann, werden in einem Ski Friktionsfasern in unterschiedlichen
Längen und ggf. unterschiedlichen Dicken eingesetzt.
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Ein weiteres Merkmal der Neuerung besteht in der Verteilung und Anordnung
der Friktionsfasern über die Skilänge.
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So ist es z.B. zweckmäßig, die Friktionsfasern bei einem Slalomski
vor allem im vorderen Bereich anzuordnen, um damit an der Schaufel und im Bereich
vor der Bindung eine kurze Schwingungsabklingzeit zu erreichen. Weiterhin kann erfindungsgemäß
die Oberfläche dieser Antifibrationsfaser vor dem Einbringen in den Ski-Verbund
oder in das Skibauteil mit einem Gleitmittel versehen werden, welches vorzugsweise
thermoplastische Eigenschaften besitzt. Damit wird ein genau definierter und gleichbleibender
Reibungswert
der Friktionsfaser und ein Schutz gegen abrasiven
Abrieb an den reibenden Flächen nicht.
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Die thermoplastische Eigenschaft des Friktionsfasergleitmittels hat
den großen Vorteil, dass die Friktionsfaser bei verschiedenen Temperaturen unterschiedlich
wirkt. Auf Grund der temperaturabhängigen Konsistenz des auf die Friktiontaser aufgebrachten
Gleitmittels dämpft der Ski bei Minusgraden intensiver und greift während der Schwungphase
etwas härter.
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Da bei der Herstellung eines Skis oder eines Skibauteils nach der
Neuerung meist herstellungsbedingt ein Trennmittelauftrag auf die Oberfläche der
Friktionsfaser nötig ist, muß die aufgetragene Schicht Gleit- und Trenneigenschaften
besitzen.
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Erfindungsgemäß wird ein Gleitmittel eingesetzt, das zum überwiegenden
Teil aus niedrigmolekularen Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von 400...40
ooo besteht.
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Der Ski oder dergleichen besitzt nach dieser Neuerung eine Reihe sehr
wesentlicher Vorteile.
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Durch die wesentlich wirkungsvollere und für jeden Skityp optimal
programmierbare Schwingungsdämpfung kann der Ski unter schwierigen Bedingungen gut
geführt werden. Das unerwünschte Flattern, Springen und Prellen bei Harsch, Eis,
welligem und buckligem Gelände, wird stark' gemindert.
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Die Spurtreue des Skis ist wesentlich verbessert, da die störenden
Stöße von Unebenheiten und Bodenrippen mehr oder weniger vom Ski geschluckt werden.
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Bei modernen Skifahrtechniken wie die bei sportlicher Fahrweise
und
im Rennsport angewandte Umsteigetechnik mit schnellendem Abstoß bietet der erfindungsgemäße
Ski wichtige Verbesserungen. Die bei der Schwungauslösung erforderliche agresive
Kantenlandung auf dem äusseren Ski verursacht kein so starkes, durch den harten
Aufprall stoß erzeugtes Wegprellen.
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Die nachfolgende Steuerphase des Schwunges ist exakter, weil die Friktionsfaser
der Skiverformung eine definierte Kraftkomponente entgegensetzt; dies umso stärker,
je intensiver ein Stoß oder eine Erschütterung dem Ski entgegenwirkt. Der Ski ist
damit gegenüber den verschiedenen Fahrbahnbedingungen nicht mehr so sensibel.
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Da es sich beim Ski um ein Massenprodukt handelt, ist auch der zur
Erreichung dieser erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfungsart relativ geringer Aufwand
im Material- und Fertigungsbereich von Bedeutung.
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Nicht zuletzt wird ein Beitrag zur Sicherheit auf der Piste und eine
verminderte Beanspruchung der Gelenke des Fahrenden erreicht.
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Die Neuerung und weitere Einzelheiten der Erfindung sind anhand von
schematischen Zeichnungen dargestellt und an mehreren Ausführungsbeispielen näher
erläutert.
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Fig. 1 einen Querschnitt einer Ausführungsform eines rundum gewickelten
Skis (Torsionskastenbauweise) mit eingebrachter Friktionsfaser gemäß der Erfindung.
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Fig. 1,1 den Skiaufbau nach Fig. 1 mit vergrößertem Ausschnitt,
Fig.
2 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform eines sandwichartig aufgebauten
Skis (Sandwichverfahren) gemäß der Erfindung, Fig. 2,1 den Skiaufbau gemäß Fig.
2 mit vergrößertem Ausschnitt, Friktionsfaser vorgefertigt im Laminat, Fig. 2,2
wie Fig. 2,1 jedoch Friktionsfaser in zusätzlicher Schicht vorgesehen.
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Fig. 3 einen Skiquerschnitt einer weiteren Ausführungsform mit beliebigem
Aufbau, in welchem die Friktionsfaser im Randbereich des Kern eingebracht ist.
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Fig. 3,1 den Skiaufbau nach Fig. 3 mit vergrößertem Ausschnitt, Fig.
4 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform mit einer aus dem Mittelbereich
verlagerten statisch neutralen Zone, Fig. 5 eine Draufsicht eines Skis gemäß der
Erfindung; zeigt die bevorzugten Bereiche der Schwingungsdämpfung und entsprechende
Anordnung der im Ski-Verbund lagernden Friktionsfasern.
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Fig. 6/6,1 eine Längsansicht (vergrößert) einer Friktionsfaser mit
Sollbruchstellen gemäß der Erfindung.
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Der in Fig. 1 gezeigte Skiquerschnitt zeigt am Beispiel eines nach
der Torsionskastenbauweise hergestellten Skis, welcher üblicherweise aus Kern 1,
Torsionskasten 2, Oberkanten 3, Seitenwangen 4, Stahlkanten 5, Laufbelag 6, Deckplatte
7,
Metallverstärkungsschicht 9 besteht, und die erfindungsgemäß
in den Ski-Verbund eingebetteten Antifibrationsfasern 8.
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Bei dieser Skibauweise werden keine vorgefertigten Laminate verwendet,
sondern die Herstellung des tragenden hochfesten Kastenprofils -2- liegt beim Verarbeiter.
Der Skikern 1 wird in bekannter Weise mit Verstärkungsfasern und -geweben umwickelt,
mit Kunstharzen durchtränkt und verpreßt. Dies bietet den Vorteil, daß die Einbringung
der Friktionsfasern 8 während der Herstellung des Torsionskastens 2 erfolgen kann.
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Die mit Trenn- und Gleitmittel vorbehandelten Friktionsfasern8 werden
zusammen mit den tragenden Verstärkungsfasern verpreßt, wobei die Friktionsfasern
8 vorzugsweise möglichst weit von der statisch neutralen Zone 10, d.h. in den äußeren
Materialbereichen des Torsionskastens 2 eingelagert werden.
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Die Friktionsfasern 8 können im Zug-'2,1 oder Druckgurt 2,2 des Torsionskastens
2 oder in beiden eingebracht werden.
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Wird dieser Ski bei Gebrauch beansprucht, so erfolgt eine Dehnung
des unteren Zuggurtes 2,1 und eine Verkürzung des oberen Druckgurtes 2,2. Dabei
bewegen sich die starren Friktionsfasern 8 gegenüber den umgebenden Materialschichten.
Die dabei erzeugte Reibungsenergie wirkt der Schwingungsenergie entgegen, sodaß
sie diese kompensiert.
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In Fig. 1,1 sind in vergrößerter Darstellung die Friktionsfasern 2
und das ihnen umgebende Gleitmittel 6,1 ersichtlich.
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Am Beispiel eines sandwichartig aufgebauten Skis wird in Fig. 2 die
Möglichkeit dargestellt, die Friktionsfaser in
einem vorgefertigtem
Bauteil in den Skiverbund einzubringen.
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Diese Ski-Konstruktion unterscheidet sich von Fig. 1 vor allem dadurch,
daß vorgefertigte Laminate 2,1 und 2,2 oder Schichten 9, die die Friktionsfasern
bereits beinhalten, zur Anwendung kommen.
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Dabei kann die Friktionsfaser 8 in den vorgefertigten Laminaten 2,1
und 2,2 oder aber in einer zusätzlichen Schicht 9 Fig. 2,2 untergebracht sein.
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Diese Schicht 9 besteht wegen Gewichtsersparnis und der guten Atmungsfähigkeit
der Friktionsfaser wegen vorzugsweise aus Schaumstoff mit einer Dichte von 0,2 bis
0,5 kp/ dm3.
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Fig. 3 stellt einen Ski mit beliebigem Aufbau dar, in welchem die
Friktionsfasern 8 im äußeren Materialbereich des Skikerns 1 lagern. Der vergrößerte
Ausschnitt Fig. 3,1 aus Fig. 3 verdeutlicht die Anordnung der Friktionsfasern.
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Beim Ski nach Fig. 4 ist die statisch neutrale Zone 10 durch Verstärkung
des Druckgurtes 2,2 aus dem Mittelbereich nach oben verlegt. Die Friktionsfaser
8 wird hier nur im unteren Bereich eingelagert. Der Vorteil dieser Anordnung besteht
darin, daß durch den großen Abstand der Friktionsfaser 8 von der statisch neutralen
Zone 10 die Friktionsfasern sehr wirkungsvoll sind. Es ist auch möglich, dies umgekehrt
anzuordnen, jedoch wird vorzugsweise die Friktionsfaser unten am Zuggurt 2,1 eingelagert.
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Die in Fig. 5 gezeigte Verteilung der Friktionsfasern 8 auf die Skilänge
ist stark vom Skityp abhängig. Fig. 5 zeigt einen Slalom-Ski, bei welchem die Friktionsfasern
8 vor allem vorn konzentriert sind, damit der Ski vor allem im Schaufelbereich
und
im Bereich vor der Bindung eine kurze Schwingungsabklingzeit besitzt. Vor allem
beim Slalomski ist es wichtig, die in Fig. 5 schematisch angezeigten verschiedenen
Friktionsfaserlängen vorzusehen, damit ein möglichst großer Schwingungs-Frequenzbereich
erfaßt wird. Beim Abfahrtsski sind erfindungsgemäß die Friktionsfasern über die
Skilänge gleichmäßiger verteilt und auf Grund der benötigten härteren Dämpfung länger
ausgebildet, z.B. 20 bis 60 cm.
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Fig. 6 zeigt erfindungsgemäß eine rriktionsfaser, welche durch Sollbruchstellen11gekennzeichnet
ist. Die Friktionsfaserßist an diesen Stellen so stark verjüngt, daß sie bei der
ersten größeren Belastung bricht. Der Vorteil liegt im Fertigungsbereich, da bei
der Herstellung lange Fasern eingelegt werden können.
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In Fig. 6,1 ist eine FriktionsfaserGgezeigt, die mittels elastischen
Verbindungsstücken eine lange Faser bildet. Damit ist die nötige Bewegungsfreiheit
der Faserenden gewährleistet, insbesondere wenn die Friktionsfaser im oberen Bereich
des Skis (Druckgurt) angebracht ist.
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Die Konstruktion der im Gesamtverbund lagernden Friktionsfaser, welche
hier am Beispiel Ski demonstriert wird, ist auch bei ähnlich auf Stoß und Verformung
stark beanspruchten Sportgeräten, z.B. Tennisschläger, Eishockeyschläger, Skibob,
Golfschläger u. dgl., aber auch für andere technische Bestandteile anwendbar.