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SCHI
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Diese Erfindung betritt einen Schi. im bsond-r;i betrifft sie einen
Schi aus einen mehrschichtigen Platel-ia~.
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Derzeit werden Schier oft aus Kunststoff und ir.sbesonders in der
sogenaiinten "Sandwichbauweise" hergestellt, bei der eine leichte Kernschicht von
glasfaserverstärkten Harzschlchten eingeschlossen wird. Die Kernschicht kann dabei
aus aneinanderliegenden röhrenförmigen Bauteilen bestehen. Weiters ist bekannt,
daß Schier so hergestellt werden, daß eine geschäumte Kunststoffkernschicht zu beiden
Seiten von Gummischichten eingeschlossen wird. Aus der US-PS 3 689 731 ist bekannt,
daß energieabsorbierende Werkstoffe in mehrschichtigen Schiern verwendet werden,
um die Vibrationen der Schienden zu dämpfen. Wenn jedoch die Schispitzen oder die
Schienden zu vibrieren oder zu flattern beginnen, oder wenn sie gar beim Gleiten
über Unebenheiten in der Schipiste in Resonanz kommen, sinken die Stabilität und
die Führung des Schis beträchtlich. Dies kann ungünstig und sogar geährlich sein.
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Erfindungsgemäß können diese Dampfungsanforderange.n wirkungsvoll
durch einen einfachen mehrschichtige Aufbau des Schis erfüllt werden, wobei auch
die Bruchfestigkeit beträchtlich angehoben werden kann. Es genügt dabei, eine Kernschicht
odr Tragschicht aus einem steifen aber nicht spröden Material (aas mit epoxyharzimprägnierten
Glasfaserschichten überzogen oder in diese eingehüllt ist, wie bei den derzeit verwendeten
Schiern) auf zumindest einem Teil von zumindest einer Seite (Oberseite/Uterseite)
mit Gummi oder einem gummiartigen Material zu über,iehen, in dem Fasern eingebettet
sind. Das gummiartige Material enthält ein thermoplastisches (biegsames) Harz und/oder
ein Elastomer. Cin vulkanisierbares Elastomer ist dabei sehr geeignet. Das cunmiartige
Material zeigt eine bessere Vibrationsdämpfung des Schis bei freien Schwingungen.
Diese Dämpfung kann dabei teilweise der Selbstdämpfung des gummiartigen Materials
und teilweise der Reibung und Verformung der Fasern zugeschrieben werden, die in
dieser Schicht eingebettet sind Unter dynamischen Lastbedingunge
wird
das viskoelastische Verhalten des Schis verbessert: Abgesehen von einem elastischen
Verhalten, das durch einen Elas tiz itätsmodul E' gekennzeichnet ist, der durch
das Einbringen von Fasern in die gummiartige Schicht erhöht wurde, wird das Dämpfungsvermögen
durch einen Dämpfungsmodul E" bestimmt. Die gummiartige Schicht besitzt vorzugsweise
eine gute Biegsamkeit und ein Selbstdämpfungsvermögen über einen breiten Temperaturbereich
(-40°C bis +600C) sowie ein gutes Adhäsionsvermögen an die eingebetteten Fasern.
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Dadurch, daß Fasern mit einer hohen Zugfestigkeit <Zugfestigkeit
>2000N/mm2) und einem hohen E-Modul (57 106 N/mm2) eingebettet werden, nimmt
auch die Festigkeit und Steifigkeit des Schis zu. Geeignete Materialien für die
Fasern sind Glas, Kohlenstoff Bor, Polyamid, Polyaramid, Polyester und/oder Metallfasern
oder Drähte. Es können auch Fasern aus veschiedenen materialien verwendet werden.
Die Fasern können geschnitten oder endlos, entweder einzeln oder gebündelt, beispielsweise
in Form von Garnen, Kabeln oder Fäden eingelegt werden. Weiters können die Fasern
in die gummiartige Schicht auch verwebt, geflochten oder unverwebt verarbelc2t werden.
Das Fasermaterial erstreckt sich vorzugsweise ln der Längsrichtung des Schis, besonders,
wenn dieser eine hohe Zugfestigäeit und einen hohen E-Modul besitzen soll. Dadurch
zeigen sich gleichzeitig zwei Vorteile: einerseits eine Erhöhung des Dämpfungsvermögens
und andererseits eine höhere Steif igkeit des Schis. Stahlfäden sind für das Einbetten
in Fasermaterial besonders geeignet. Dabei kann der Stahlfadenaufbau in der oberen
Schicht sich vom Stahlfadenaufbau in der unteren Schicht unterscheiden. Die Tragschicht
des Schis besitzt vorzugsweise eine Dichte zwischen 45 g/dm³ und 1000 g/dm³ und
kann daher aus: Balsaholz, thermoplastischen Schaumstoffen (z.B. ABS-Schaum), Polyurethanschaum,
Polymethacrylimidschaum oder aus wabenförmigen Aufbauten (z.B. aus Aluminiumstreifen)
bestehen. Falls es erwünscht ist, kann der geschäumte Kern auch faserverstärkt sein.
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Weiters hat es sich als vortelltwaft erwiesen, zwischen Glasfaser/Epoxyharzschicht
(die jetzt die leichte Kernschicht einschließt) und der gummiartigen Schicht (Schichten)
eine spezielle Befestigungsschicht vorzusehen, wenn die Adhäsion zwischen diesen
beiden Schichten nur schwacij ist (z.B. bei gewöhnlichem Gumnii). Diese Zwischenschicht
kann, abgesehen von der Adhäsion, auch die mechanische Befestigung zwischen der
Epoxyglasfaserschicht und der gummiartigen Schicht verbessern. Zu diesem Zweck kann
sie beispielsweise ein Glasfasergewebe enthalten, von dem die eine Seite der ebenen
Fläche teilweise in der gummiartigen Schicht eingebettet ist, während die andere
Seite in der viskosen Epoxyschicht liegt. Dieser Vorgang wird während der Erzeugung
des Schis vorgenommen.
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Bei einer Ausführungsform des Schis, der besonders der Vorzug gegeben
wird, ist die steife Materialschicht vom gummiartigen Material eingeschlossen, das
die eingebetteten Fasern enthält. Die Fasern müssen sich dabei über zumindest einen
Teil der ebenen Seiten des Schis erstrecken. Die Erfindung schließt auch das näher
beschriebene Verfahren ein, mit dem ein eingeschlossener Schikern in einer Form
hergestellt wird.
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Der Schi gemäß dieser Erfindung wird nun an Hand der beiliegenden
Zeichnungen beschrieben, in denen zeigt: Fig. 1 den Querschnitt durch einen Schiaufbau,
der an beiden Seiten mit einem gummiartigen Material überzogen ist, und Fig. 2 den
Querschnitt durch einen Schiaufbau, wobei die steife Kernschicht von einem gummiartigen
Platerial eingeschlossen ist.
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Für den Aufbau des Schis gemäß Fig. 1 werden zwei ölgehärtete Stahlstreifen
7 in einer Form angeordnet, worauf als gummiartige Schicht 4 eine 1,2 mm dicke,
unvulkanisiert Gummifolie auf den Streifen aufgebracht wird. In dieser Folie sind
durch Strangpressen zu je cm Streifenbreite 3,5 messingbeschichtete Stahlfäden 6
mit einem Aufbau von 5 x 0,25 (fünf verdrillte Drähte von 0,25 Durchmesser) und
einer Bruchdehnung von etwa 1,5% eingebettet.
Ein Glasfasergewebe
(nicht dargestellt) ist auf der Gummifolie (300 g/m²) als Befestigin'jsschicht angeordnet
und unter normalen Vulkanisationsdruck und -temperatur mit dieser verbunden, um
die Stahlstreifen und das Glasgewe fest an der Gummischicht zu befestigen.
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Auf analoge Art wird ein identischer, stahlfädenverstärkter Gummistreifen
5 in einer zweiten Form auf zwei Aluminiumstreifen 8 (die als Oberkanten des Schis
dienen) angeordnet, daraufhin mit einem Glasgewebe als Befestigungsschicht bedeckt
und zur Vereinigung vulkanisiert.
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Die erste Schichtplatte (4,7) wird nun am Boden der Endschiform angeordnet
und auf der Oberseite der Glasfaserbefestigungsschicht werden vier Schichten von
einseitig gerichteten, epoxyimprägnierten Glasfasærbündeln 11 in der Längsrichtung
des Schis vorgesehen. Darauf wird die Kernschicht ausgebildet, die aus drei aneinandergelagerten
Balsaholzstreifen 1 besteht, zwischen denen senkrecht£, vorcjehärtete Wände 10 aus
Glasfaser/Epoxyharz-Verbindungen vorgesehen sind. Zwischen und rund um die Streifen
1 wird ein epoyharzimprägniertes Glasgewebe 2 geschlungen, wobei sich die kette
in Länsgrichtung des Schis erstreckt. Rund um diesen Kern wird wird ein dialog imprägniertes
Glasgewebe 3 so geschlungen, daß Kette Ud Schuß mit der Längsachse des Schis einen
Winkel von etwa 450 einschließen.
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Auf diese Art besitzt die Kernschicht einen hinreichenden Torsionswiderstand.
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Daraufhin wird die Kernschicht wiederum mit ungefähr sechs Axialschichten
von epoxyimprägnierten Glasfaserbündeln 11 bedeckt. Diese Axialglasfaserschichten
11 unter und über der Kernschicht dienen dazu, die Steifigkeit und Biegefestigkeit
in der Längsrichtung des Schis zu erhöhen.
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Zum Schluß wird die gummiartige Schicht 5, die eingangs vulkanisiert
und mit Oberkanten 8 sowie einem Glasfaserbefestigungsgewebe versehen wurde, auf
der Kernschicht angeordnet. Daraufhin wird die Form geschlossen und ihr Inhalt bei
der geeigneten Temperatur einige Stunden gehärtet.
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Nachdem der Schi aus der Form entfernt wurde werden ein Belag 12,
z.B. aus polyäthylen, und eine thermoplastische (z.B.
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ABS) Deckfolie 9 aufgeklebt.
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Der auf diese Art entstandene Schi besitzt eine Länge von 1,9 m und
weist im Mittelpunkt eine Breite von 68 mm und eine Stärke von 16,5 mm auf. Er wiegt
2,2 kg. Der unbelastete Schi ruht normalerweise in zwei geraden Bereichen auf dem
Boden: einer querliegenden Berührungslinie A in der Nähe der aufwärts gebogenen
Schispitze und einer querliegenden Berührungslinie B in der Nähe der hinteren Querkante
des Schis. Das Dämpfungsverhalten des Schis wurde wie folgt getestet: der hintere
Teil des Schis wurde in eine Zwinge eingespannt und auf das freie Ende wurde eine
einzige Biegelast senkrecht zur Schiebene aufgebracht, sodaß die Schiebene im Belastungspunkt
mit einer Amplitude von 5 cm ausgelenkt wurde.
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Bei der Freigabe der auf diese Art belasteten Schispitze wurde die
abklingende Schwingung (in die Ruhelage zurück) mit einem Aufzeichengerät aufgenommen.
Die Schwingungsaufnahme wurde 15 cm hinter dem Berührungspunkt A des Schis und die
Zwinge 9 cm hinter dem Mittelpunkt des Schis (zum hinterende zu) angeordnet.
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Das logarithmische Dekrement
und das Dämpfungsverhältnis = (%) wurden aus der aufgezeichneten Schwingungskurve
abgeleitet. Für ein homogenes Material ist das Verhältnis von aufeinanderfolgenden
Schwingungsamplituden a /a (o (p(n-l) konstant. Da jedoch der p p+1 Schi gemäß dieser
Erfindung einen heterogenen Aufbau besitzt, werden d und 6 entsprechend abnehmen,
wenn die Schwingung abstirbt (ausklingt). In unserem Fall wurden das Dämpfungsverhältnis
und das logarithmische Dekrement während der ersten Sekunde der abklingenden Schwingungsamplitude
bestimmt und mit entsprechenden Werten von einigen im Handel erhältlichen Schiern
verglichen, die auf die gleiche Art geprüft wurden. Für Schier nach dieser Erfindung
ergab
sich ein #= 4%, wogegen bei bekannten Schiern niedrigere Werte aufgezeichnet wurden:#
= 2,6%; # = 2,8%; # = 1,77%. In Ubereinstimmung mit dieser Prüfung zeigen nur Holzschier
ein höheres Dämpfungsverhältnis j= 5t. Dies zeigt, daß das Dämpfungsverhalten des
Schis gemäß dieser Erfindung bereits nahe dem Dämpfungsverhalten von Holzschiern
ist. Es ist weitgehendst bekannt, daß Holzschier ein besseres Dämpfungsverhalten
zeigen, als herkömmliche Schier mit Glasfaserverstärkungen oder wabenförmigen Kernen.
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Ein anderer wichtiger Dämpfungsparameter für Schier ist jene Geschwindigkeit
mit der die Schwingung absti ta(das sogenannte Abklinqverhältnis) D = 8,68 C (dB/sec),
wobei C=ln ° ° ist und von d und der Eigenfrequenz
d abhängt, wobei m die Masse und k die Federkonstante des Schis ist.
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Die hier angeführten Schwingungsamplituden aO und as beziehen sich
auf jene Werte, die am Beginn der Schwingung (aO) bzw.
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nach einer Zeitspanne von 1 sec (as) gemessen wurden. Für den Schi
c3escin dieser Erfindung wurde ein Mittelwert für d von 29 dB/sec gefunden, der
bereits sehr hoch ist. Dabei ist ersichtlich, daß dieser Wert weiter dadurch gehoben
werden kann, daß man die Steifigkeit des Schis bei im wesentlichen gleicher Masse
erhöht. Die Eigenfrerluerlz wird dann dadurch vergrößert, daß man die leichte Kernschicht
etwas dicker macht. Erfindungsgemäß ist es möglich, aus Kunststoffen Schier herzustellen,
die verbesserte Dämpfungseigenschaften und eine höhere Festigkeit besitzen, ohne
daß die Abmessungen oder das Gewicht dieser herkömmlichen Schier verändert werden
müssen. Dadurch wird der Aufbau des Schis relativ einfach.
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Wenn die gummiartige Schicht einen vulkanisierbaren Gummi enthält,
können die Metallstreifen während der Schiherstellung direkt mit dieser Schicht
verbunden werden. Dadurch, daß die Stahlkanten mit dem gummiartigen Material vorzugsweise
über die gesamte Länge verbunden sind, wird eine Art schwimmender Aufbau geliefert,
der Schockwellen von der Spitze oder dem Ende absorbiert und zerstreut und dadurch
die Hochgeschwindigkeitssteuerung des Schis verbessert.
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Die gummiartige Schicht an der Unterseite kann so zusammengesetzt
sein, daß sie genügend gleitfähig ist, um als Belag für den Schi zu dienen.
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Der in Fig 2 gezeigte Schi ist wie folgt aufgebaut: Eine Kernschicht
1 aus einem leichten und steifen Material, beispielsweise aus Balsatwolz, geschäumten
Kunststoff (z.B. aus Polyurethanen oder Polyacrylsäuren) oder einem wabenförmigen
Aufbau (Aluminium), wird in Stücke geschnitten und in die geeignete Form gebracht,
d.h. nahe der Form des endgültigen Schis.
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Diese Kernschicht wird von einem Gewebe 2 und dann von einem Gewebe
3 aus Glasfasern umschlossen, die mit einem in der Wärme aushärtendem Harz imprägniert
sind. Die Kette (oder der Schuß) des Gewebes 2 erstreckt sich in der Längsrichtung
des Schis, während sie beim Gewebe 3 mit der Längsrichtung des Schis einen Winkel
von etwa 450 einschließt. Daraufhin werden Längsschichten 11 aus harzimprägnierten
Glasfasern auf den ebenen Flächen des Kernaufbaues 1,2,3 aufgebracht und diese Aufbau
von einer weiteren Folie 3a aus einem imprägnierten Glasgewebe eingeschlossen. Die
Schichte 3 und 3a erhöhen besonders den Torsionswiderstand des Schis. Dieser Schichtaufbau
des Kernes 1,2,3,11,3a wird in einer geeigneten Form angeordnet und für die Aushärtung
des Harzes erhitzt.
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Nun wird dieser verfestigte Aufbau 1,2,3,11,3a in eine unvulkanisierte
Guitunischicht 5 mit einer Stärke von etwa 0,75 mm eingehüllt, die zwei Reihen von
40 Stahlfäden 6 mit einem Aufbau von 5 x 0,175 (fünf verdrillte Drähte von 0,175
Durchmesser) besitzt, die eine Bruchdehnung von etwa 1,5% aufweist. Dabei ist eine
Reihe unter dem verfestigten Aufbau und die andere Reihe darüber jeweils mit einer
Breite von etwa 50 mm angeordnet.
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Somit sind auch die Seitenflächen des verfestigten Aufbaus mit Gummi
überzogen. Bei diesem Herstellungsverfahren entfällt der anschließende Arbeitsgang,
bei dem die Seitenkanten auf den Schi geklebt und diese Kanten ausgerichtet werden.
Dadurch wird die Herstellung wesentlich vereinfacht.
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Daraufhin werden die beiden Stahlkanten 7 in einer zweiten Form angeordnet
und zwischen diesen Kanten eine steife Platte 13 vorgesehen, die beispielsweise
aus Harz besteht, das mit Glasfasern verstärkt ist, die in Längsrichtung des Schis
ausgerichtet sind. Darauf wird der Kernaufbau angeordnet, der vom Gummi eingeschlossen
und mit den Aluminiumoberkanten 8 sowie einer weiteren steifen Schicht 13 bedeckt
ist. Daraufhin wird die Form geschlossen und 15 min lang auf eine Temperatur von
etwa 150 C erhitzt, um den Gummi zu vulkanisieren und alle Schichten zu verbinden
und zu festigen. Dabei ist ersichtlich, daß es vorteilhaft ist, zwischen die Schichten
13 und 5 geeignete Klebstoffe aufzubringen, beispielsweise einen Klebstoff auf eine
der Schichten.
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Schließlich wird auf die Oberseite des auf diese Weise entstandenen
Schikörpcrs eine Oberflächenfolie 9, beispielsweise aus einem Mischpolymerisat auf
Basis von Acrylnitril-Butadien-Styroi, und auf die Unterseite eine andere Schicht
12, beispielsweise aus Polyoxymethylen geklebt.
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Auf dem Punkt, an dem der Schuh befestigt werden muß, ist im Aufbau
üblicherweise eine Verstärkungsplatte eingesetzt, die beispielsweise aus Aluminium
besteht und 0,5 mm stark ist.
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Es ist ersichtlich, daß dem gummiartigen Material Gleitmittel beigegeben
werden können.
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Die Maßnahmen gemäß dieser Erfindung sind nicht auf Schier für Schnee
beschränkt. Die guten Dämpfungseigenschaften zusammen mit der hohen Bruchfestigkeit
können vorzugsweise auch bei anderen Schiern, z.B. Wasserschiern sowie auf Gleitflächen
von Schnellbooten, Hubschraubern, Schibobs und Schlitten mit Raupenantrieb (Schneemobile)
angewandt werden.
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Es ist auch möglich, einen analogen Dämpfungseffekt dadurch zu erhalten,
daß man die Fasern so in der gummiartigen Schicht anordnet, daß sie nicht vorwiegend
auf Zug oder Druck sondern auf Schub oder Torsion beansprucht werden. Weiters können
an
den Seitenkanten des Schis auch gumilliartige Streifen mit eingebetteten
Fasern aufgebracht werden.
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Es wird angenommen, daß die Anordnung der Fasern in verseilten Bündeln
das Dämpfungsvermögen des Schiaufbaus überraschendverbessert. Die Faserbündel, z.B.
Stahlfäden, sollen vorzugsweise eine Bruchdehnullg zwischen etwa 1,5% und 8% aufweisen.
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Auf diese Art nehmen die spiralenförmigen Fasern in den verseilten
Bündeln Energie auf, wenn sie entweder unter axialem Druck oder Zug belastet werden.
Weiters trägt die elastische Verformung des umschließenden, gummiartigen Materials,
das den Bündelaufbau durchdringt, zum Dämpfungsverrnögen des Schis bei.
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Weiters behindern die verdrillten Bündel in den gummiartigen Schichten
nicht das Anbringen der Bindung auf dem Schi, um die Schischuhe auf den Schiern
zu befestigen.
L e e r s e i t e