EP4496640A1 - Sportgerät zum gleiten auf oberflächen - Google Patents

Sportgerät zum gleiten auf oberflächen

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Publication number
EP4496640A1
EP4496640A1 EP23711939.1A EP23711939A EP4496640A1 EP 4496640 A1 EP4496640 A1 EP 4496640A1 EP 23711939 A EP23711939 A EP 23711939A EP 4496640 A1 EP4496640 A1 EP 4496640A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fibers
sports equipment
layer
core layer
matrix material
Prior art date
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Granted
Application number
EP23711939.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4496640C0 (de
EP4496640B1 (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
Priority date (The priority date 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 date listed.)
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 EP4496640C0 publication Critical patent/EP4496640C0/de
Publication of EP4496640B1 publication Critical patent/EP4496640B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • 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 sports equipment for sliding on surfaces according to the preamble of claim 1.
  • Sports equipment for sliding on surfaces includes, for example, skis such as alpine skis, cross-country skis and touring skis, or even snowboards. This also includes water skis or wakeboards. Further sports equipment for sliding on surfaces will be apparent to the expert from these exemplary references. What all such sports equipment has in common is that it has mechanical properties tailored to its specific intended use. For example, alpine skis can be produced with a wide range of bending and torsional stiffness to suit the needs of skiers of varying skill levels. Skis can also be tailored to their intended use, for example for deep snow, off-road or piste skiing. Competition skis for ski races on ski slopes, for example, have a particularly high level of bending and torsional rigidity in order to enable particularly fast cornering and to ensure a high level of smoothness.
  • skis have a wooden core, the so-called core layer, to which one or more layers of different materials are applied. At least one further layer, which forms the so-called covering, faces the surface or the snow during operation. Furthermore, a design layer is usually provided, which is attached to the side of the ski facing away from the snow. It is also known in the prior 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 fiber-coated stone material. Such a ski is known from DE 202017 003 752 Ul. This allows the mechanical properties of the ski to be easily adapted to the intended use.
  • a disadvantage of such solutions is that the core layer fatigues during operation of the ski due to the forces continuously acting on the ski. This leads to the stone material known from DE 202017 003 752 Ul beginning to become brittle, which changes its mechanical properties, and the bending and/or torsional rigidity of the ski constructed in this way decreases. In the worst case scenario, this causes the core layer to lose its cohesion and crumble, causing the ski to buckle in one or more places. If this happens, the ski is unusable and can only be thrown away. It is the object of the present invention to provide a sports device for sliding on surfaces which avoids these disadvantages of the prior art.
  • the sports equipment according to the invention for sliding on surfaces has a multi-layer structure, comprising a core layer and at least one further layer facing the surface during operation.
  • the core layer extends substantially along an entire length of the sports equipment and comprises a matrix material and at least one layer of fibers.
  • the core layer also has a central region arranged essentially centrally along the length of the sports equipment.
  • the matrix material is essentially penetrated by the at least one layer along the entire central region, and the matrix material is a mineral building material such as concrete.
  • the layer of fibers has a prestress.
  • the bending properties or the stress and expansion properties, as well as the damping properties of the sports equipment in this central area can be adjusted to the respective can be specifically adapted to the application.
  • the pre-stressing of the layer of fibers creates additional compressive stresses, which prevent or greatly delay the formation of cracks under load. This also prevents or at least greatly delays a gradual breaking or crumbling of the matrix material. This improves the lifespan of the sports equipment.
  • the central region extends essentially along an entire length of the sports equipment. This allows the mechanical properties in every area of the sports equipment to be designed in a targeted manner by connecting the matrix material and the layer of fibers.
  • the core layer comprises an area on both sides of the central area, which is made of a material different from the central area.
  • the central area can have different mechanical properties from the rest of the sports equipment.
  • the at least one layer of fibers is prestressed in a longitudinal direction and/or transverse direction of the core layer. This allows the torsional rigidity and bending rigidity of the sports equipment to be varied.
  • the pretension of the at least one layer of fibers can vary along the longitudinal direction and/or the transverse direction of the core layer. As a result, different areas of the sports equipment can be prestressed to different degrees.
  • the layer of fibers can include, for example, plastic fibers, glass fibers, basalt fibers, aramid fibers, carbon fibers and / or natural fibers such as bamboo fibers, the fibers preferably being combined into one or more fiber bundles and impregnated with, for example, epoxy resin.
  • the impregnated fiber bundles are preferably sanded on the surface.
  • the matrix material is preferably concrete with aggregate grains that have a maximum diameter of 4mm. This allows a particularly fine-grained structure of the matrix material to be achieved.
  • the matrix material is interspersed with several layers of fibers, and at least two layers have a prestress.
  • the at least two prestressed layers have different prestressing directions from one another and/or are prestressed to different degrees. This allows the bending strength of the ski to be progressively increased.
  • the sports equipment is a ski or a snowboard.
  • at least one ski binding or a snowboard binding is arranged in that area of the ski or snowboard in which 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 breaking strength of the fibers. This means that the fibers can only be slightly stretched, thereby achieving fiber alignment.
  • Figure 1 shows a sectional view of a sports device according to the invention with a core layer.
  • Figure 2 shows a schematic representation of the core layer in a top view.
  • Figure 3 shows a schematic representation of the core layer in a side view.
  • a sports device 1 according to the invention for sliding on surfaces with a multi-layer structure is shown in a sectional view in FIG. The surface itself is not shown.
  • the sports device 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 coating if the sports device 1 is used as a winter sports device, such as is designed as a ski or snowboard.
  • the core layer 2 extends essentially along an entire length of the sports equipment 1 and comprises a matrix material 4 and at least one layer 5 made of fibers.
  • the core layer 2 also has a central region 6 arranged essentially centrally along the length of the sports equipment 1, the matrix material 4 being penetrated by the at least one layer 5 essentially along the entire central region 6, and the matrix material 4 being a mineral building material such as concrete is.
  • Concrete that can be used within the scope of the invention is also fine-grain concrete with a grain size of preferably less than 4 mm.
  • the central area 6 of the core layer 2 can also be made as a prefabricated part or from in-situ concrete.
  • the position 5 is also shown in Figure 2 and Figure 3, which show the central area 6 in a schematic representation from above and from the side.
  • the layer 5 made of fibers also has a prestress.
  • This prestressing can be applied, for example, as part of the production of the core layer 2 by prestressing the layer 5 of fibers, for example with a clamping frame, a clamping device or other aids, and then casting the matrix material 4 around it.
  • the clamping device and/or the clamping frame preferably comprise one or more hydraulic cylinders for applying the preload.
  • the core layer 2 in the central region 6 receives a prestress, which is defined by the prestress applied to the layer 5 of fibers.
  • This pretension gives the sports equipment in the central area 6 tension, expansion and damping properties, which can be adapted to the planned application of the sports equipment 1 during the production of the sports equipment 1. This allows a range of sports equipment 1 with different properties to be produced using the same construction materials and the same method.
  • This construction method makes it possible to produce 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, whereby this depends on the number of Layers 5 of fibers, the pre-tension of which depends on the material of the fibers.
  • the durability is also very high and therefore represents an economical variant over the service life compared to other building materials with these strength properties.
  • the prestress is selected such that the prestress in the fibers is more than 0% and up to 60% of the breaking strength of the fibers.
  • the fibers can only be slightly stretched, thereby achieving fiber alignment.
  • biases 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 different degrees in different spatial directions, for example within the framework of the prestresses mentioned.
  • the central region 6 extends essentially along an entire length of the sports equipment 1.
  • the preload can be applied to the entire sports equipment 1 by means of the layer 5.
  • the core layer 2 can include an area on both sides of the central area 6, which is made of a material that is different from the central area 6.
  • the areas adjoining the central area 6 can be made of fiberglass, wood, carbon, etc.
  • the sports equipment 1 can also only include an area on one side of the central area 6, which is made of a material that is different from the central area 6.
  • the at least one layer 5 made of fibers can be prestressed in a longitudinal direction L of the core layer 6, which can be seen in FIG. 2, and/or in a transverse direction Q of the core layer 6.
  • the prestressing of the at least one layer 5 made of fibers can also vary along the longitudinal direction L and/or the transverse direction Q of the core layer 2.
  • different areas of the sports equipment 1 can have different mechanical properties.
  • the layer 5 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 designed in a targeted manner through the mechanical properties of the selected fibers.
  • the fibers can also be in processed form. For example, a felt, a fabric, a knitted fabric, embroidered textiles, etc. can be formed by the fibers.
  • the layer of fibers can comprise bundled endless fibers, or several longitudinal fiber strands with or without transverse fiber strands.
  • the layer can therefore consist of bundled endless fibers, a single fiber strand, several parallel fiber strands, processed textiles such as wovens, braids, knitted fabrics, knitted fabrics and/or embroideries consist of or include these.
  • the fibers can also be in the form of processed products such as rods or strands.
  • the respective fiber bundles can be impregnated and/or also have a processed surface, such as sanding, to improve the composite properties.
  • the fibers are preferably sanded or unsanded carbon fiber strands.
  • the selected matrix material 4 is preferably a concrete with aggregates which have a maximum diameter of 4mm. Such concrete is also referred to as fine combination concrete or mortar. Alternatively, matrix materials such as stoneware can also be used.
  • the matrix material 4 can also, as can be seen in Figure 3, be penetrated by several layers 4 of fibers, with at least two layers 5 having a prestress. These at least two prestressed layers 5 can also have different prestressing directions and/or be prestressed to different degrees.
  • the sports equipment 1 can be a ski or a snowboard.
  • the sports equipment according to the invention can also be, for example, a water ski, a wakeboard and the like.
  • at least one ski binding or a snowboard binding is arranged in that area of the sports equipment 1 designed as a ski or snowboard in which the central area 6 of the core layer 2 is located.
  • the core layer 2 provided in the context of the present invention and its structure make it possible to produce 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, which depends on the mechanical properties and the cross-sectional area of the embedded fiber reinforcement, as well as the degree of prestressing, resulting in a new application in the ski sports equipment sector.
  • the durability is also very high and therefore represents an economical variant over its service life compared to other building materials with these strength properties.
  • the ski core or core layer 2 of the ski has always been the heart of every ski. There used to be wooden skis, but until today the core was made of wood. The core is covered with high-quality materials to influence the properties of the skis. Almost all high-quality skis are sandwich constructions. The preload of the ski is one of the most important properties for the handling of the skis. In order to maximize these and other factors such as smooth running and elasticity, many types of wood have been used as natural materials. The layers above and below are varied with first-class materials such as carbon and titanium. Vibration tests were carried out on test specimens of a core layer 2, the test specimens having dimensions of approximately oscillation length and approximately 10cm width.
  • test specimen PK6 is unreinforced, all other test specimens PK1 to PK5 were reinforced in two layers, with layers 5 comprising textile reinforcements made of carbon fibers, which were soaked with epoxy resin and made smooth or additionally sanded.
  • layers 5 comprising textile reinforcements made of carbon fibers, which were soaked with epoxy resin and made smooth or additionally sanded.
  • test specimen made of wood and a ski as a reference test specimen. Starting with “load level 0”, in which the test specimens were examined unloaded and in an uncracked state, the load was increased with each additional load level. In load level 1, the test specimens were loaded up to a defined force, in which case the first cracks formed in all reinforced components.
  • the damping values from the preliminary tests are of a similar order of magnitude to that of a conventional ski.
  • the bending stiffness of the textile-reinforced components when cracked is lower than comparable skis with a wooden core.
  • textile-reinforced core layers 2 are prestressed, as a result of which the matrix material 4 remains free of cracks under load. This significantly increases the rigidity, which means that other areas of application such as classic piste skis can also be opened up.

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Sportgerät (1) zum Gleiten auf Oberflächen mit einem mehrschichtigen Aufbau, umfassend eine Kernschicht (2) und zumindest eine weitere, der Oberfläche im Betrieb zugewandte Schicht (3), wobei sich die Kernschicht (2) im Wesentlichen entlang einer gesamten Länge des Sportgeräts (1) erstreckt und ein Matrixmaterial (4) und zumindest eine Lage (5) aus Fasern umfasst, wobei 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, und das Matrixmaterial (4) ein mineralischer Baustoff wie Beton ist, wobei die Lage (5) aus Fasern eine Vorspannung aufweist.

Description

Sportgerät zum Gleiten auf Oberflächen
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 Verwindung s Steifigkeit 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 Verwindung s Steifigkeit 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 202017 003 752 Ul 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 202017 003 752 Ul bekannte Steinmaterial beginnt, brüchig zu werden, wodurch sich dessen mechanischen Eigenschaften verändern, und die Biege- und/oder Verwindung s Steifigkeit 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. 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 Kemschicht und zumindest eine weitere, der Oberfläche im Betrieb zugewandte Schicht auf. Die Kemschicht erstreckt sich im Wesentlichen entlang einer gesamten Länge des Sportgeräts, und umfasst ein Matrixmaterial und zumindest eine Lage aus Fasern. Die Kemschicht 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 Konstmktion der Kemschicht 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 Dmckspannungen 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 Kunststofffasem, Glasfasern, Basaltfasem, Aramidfasem, Carbonfasern und/oder natürliche Fasern wie Bambusfasem 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 Zuschlagskörnem, 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 Faserau srichtung 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 Kemschicht 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 Kemschicht 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 Faserau srichtung 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, Aramidfasem, 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 Endlosfasem, oder mehrere Längsfaserstränge mit oder ohne Querfaserstränge umfassen. Die Lage kann somit aus gebündelten Endlosfasem, 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 Zuschlagskömern, welche einen Durchmesser von maximal 4mm aufweisen. Derartiger Beton wird auch als Feinkombeton 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 Kemschicht 2 befindet.
Durch im Rahmen der gegenständlichen Erfindung vorgesehene Kemschicht 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 Skikem oder auch die Kernschicht 2 des Skis ist seit jeher das Herzstück jedes Skis. Früher gab es Holzski, danach wurde bis heute der Kem aus Holz gemacht. Die Ummantelung des Kerns erfolgt mit hochwertigen Materialien, um Eigenschaften der Ski zu beeinflussen. Nahezu alle hochwertigen Skier sind Sandwichkonstmktionen. 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 Kemschicht 2 durchgeführt, wobei die Prüfkörper Abmessungen von ca. Im Aus schwinglänge 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

Patentansprüche:
1. Sportgerät (1) zum Gleiten auf Oberflächen mit einem mehrschichtigen Aufbau, umfassend eine Kemschicht (2) und zumindest eine weitere, der Oberfläche im Betrieb zugewandten Schicht (3), wobei sich die Kernschicht (2) im Wesentlichen entlang einer gesamten Länge des Sportgeräts (1) erstreckt und ein Matrixmaterial (4) und zumindest eine Lage (5) aus Fasern umfasst, 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, und das Matrixmaterial (4) ein mineralischer Baustoff wie Beton 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 Kemschicht (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 Kemschicht variiert.
7. Sportgerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage (5) aus Fasern Kunststofffasern, Glasfasern, Basaltfasem, Aramidfasern, Carbonfasem 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 Zu schlag skömern 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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