WO2019015801A1

WO2019015801A1 - Ski core made of fibre-stabilised stone material

Info

Publication number: WO2019015801A1
Application number: PCT/EP2018/000363
Authority: WO
Inventors: Kolja Kuse; Simon Jacomet
Original assignee: Kolja Kuse; Simon Jacomet
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2019-01-24
Also published as: DE202017003752U1

Abstract

The invention describes a ski core made of stone ware, which has a height development that corresponds to the height development of the ski, is incorporated lengthwise in a ski and is prestressed with a fibre-stabilising jacket to protect against breaking, thereby ensuring, by means of well-damping mineral materials, the damping that is important for a ski, while avoiding breaking. Preferably a unidirectional laid fabric is used on the underside of the fibre jacket, which laid fabric ensures the maximum rigidity for long-term prestressing. To increase prestressing in operation and to enable prestressing to be adjusted, the core can be heated by applying a voltage source.

Description

Ski-Kern aus faserstabilisiertem Steinmaterial Ski core made of fiber-stabilized stone material

Die Auswahl von Materialien in der Skiverarbeitung ist eines der Kernthemen beim Bau von Ski. In der Vergangenheit wurden Ski aus Holz gebaut. Zum Beginn der Skientwicklung war dies sicherlich deshalb zielführend, weil es zum Beginn der Entwicklung kein einfacher zur verarbeitendes Material gab, um schnell zu dem gewünschten Ziel zu kommen, die Kunst des Skifahrens überhaupt zu entwickeln. Das Anbringen von Kanten aus Stahl ist relativ einfach mit Schrauben möglich gewesen, um nur eine der Entwicklungsschritte, die sich beim Ausprobieren für eine Weiterentwicklung des Sports als Notwendigkeit herausstellten, zu nennen. The selection of materials in ski processing is one of the core issues in the construction of skis. In the past, wooden skis were built. At the beginning of the development of the ski, this was certainly expedient because at the beginning of the development there was no easier to process material to quickly reach the desired goal of developing the art of skiing at all. The attachment of steel edges has been relatively easy with screws possible to name just one of the development steps that turned out to be a necessity for further development of the sport.

In dieser Entwicklungsphase stellte sich natürlich auch schnell heraus, dass Holz seine Grenzen hat, zum Beispiel in der mechanischen Belastbarkeit. Aus diesem Grund fing man bald an nach anderen Materialien zu suchen, zum Beispiel Stahl, der in Folge das Holz komplett ersetzte. Auch bei Stahl stellte sich schnell heraus, dass es Belastbarkeitsgrenzen gibt, und zwar in diesem Fall die Dauerbelastung eine Grenze setzte. Stahl verliert bei Dauerlastwechseln die Steifigkeit und wird müde, was sich darin äußert, dass dem Ski die nötige Vorspannung abhanden kommt und nach einiger Zeit des Gebrauchs vollständig verloren geht. Zum anderen waren solche Ski aus Stahl relativ schwer im Vergleich zum Ski aus Holz. In this phase of development, of course, quickly turned out that wood has its limits, for example in the mechanical load capacity. For this reason, one soon began to look for other materials, for example steel, which replaced the wood completely in a row. In the case of steel, too, it soon became apparent that there were limits of loading capacity, and in this case the continuous load imposed a limit. Steel loses stiffness during continuous load changes and becomes tired, which is expressed by the fact that the ski loses the necessary preload and is completely lost after some time of use. On the other hand, such skis made of steel were relatively heavy compared to wooden skis.

Im nächsten Schritt wurde Aluminium verwendet, welches wesentlich leichter ist als Stahl, was sich im spezifischen Gewicht wiederspiegelt, welches um einen Faktor 2,8 geringer ist, als das von Stahl. In the next step, aluminum was used, which is much lighter than steel, which is reflected in the specific gravity, which is lower by a factor of 2.8 than that of steel.

Aus diesem Grund waren solche Ski nun wieder deutlich leichter und hatten aber den Nachteil, dass die elastische Verformbarkeit von Aluminium nicht die gleiche Qualität hat, wie die von Stahl, so dass sich schon bei einer einmaligen Überlast solche Ski sehr schnell komplett verbiegen, was zur Folge hat, dass eine Überlast anders als beim Stahl dazu führt, dass der Ski nicht wieder in die ursprüngliche Form kommt, da er durch Überlast lokal partiell verbogen wird, da eine Überlast beim Stahl über eine weitere Strecke der Geometrie verteilt wird und sich deshalb nicht unmittelbar lokal äußert, sondern wie erwähnt eher in eine Dauerlastermüdung mündet. For this reason, such skis were again significantly lighter and had the disadvantage that the elastic deformability of aluminum does not have the same quality as that of steel, so that even with a single overload such skis very much bend completely quickly, which has the consequence that an overload unlike the steel causes the ski does not return to its original shape, as it is locally partially bent by overload, as an overload on the steel over another stretch of geometry is distributed and therefore not directly expressed locally, but as mentioned rather leads to a permanent fatigue.

Ein verbogener Alu-Ski kann nur noch entsorgt werden. A bent aluminum ski can only be disposed of.

Im nächsten Schritt wurden Kunststoffe ausprobiert, welche die oben beschriebenen Nachteile fast ausnahmslos ausgleichen und auch dauerhaft in der gewünschten Form bleiben, insbesondere dann, wenn die Kunststoffe mit Hilfe von Fasermaterialien wie Glasfasern, Steinfasern und Kohlefasern stabilisiert sind. Als bindende Harze werden die üblichen Kunstharze verwendet, entweder Duroplaste oder auch thermoplastische Verbund harze. Ein Nachteil ist hier die fehlende Dämpfung. In the next step, plastics were tried, which almost without exception compensate for the disadvantages described above and also remain permanently in the desired shape, in particular when the plastics are stabilized with the aid of fiber materials such as glass fibers, stone fibers and carbon fibers. As binding resins, the usual resins are used, either thermosets or thermoplastic composite resins. A disadvantage here is the lack of damping.

Im nächsten Schritt wurden Hybridstrukturen ausprobiert, die wieder die Materialien wie Holz, Stahl und Aluminium ins Spiel brachten, jedoch nunmehr nur noch partiell und durch Stabilisierung mit den oben erwähnten faserstabilisierten Kunststoffen wie GFK und CFK, beziehungsweise auch Steinfasergelegen, die mit Kunstharz stabilisiert und den restlichen Materialien verklebt werden. In the next step, hybrid structures were tried, which again brought the materials such as wood, steel and aluminum into play, but now only partially and by stabilization with the above-mentioned fiber-stabilized plastics such as GRP and CFRP, or also stone fiber layers stabilized with synthetic resin and the remaining materials are glued.

Als völlig neue Stufe im Skibau ist die Verwendung von Stein anzusehen, der im nächsten Schritt ausprobiert wurde, da eine Faser-Ummantelung des Natursteins dazu führt, dass dieser nicht mehr bricht und seine Elastizität ausspielen kann, die er unter Druck bzw. Vorspannung hat. Ein typischer Granit hat das gleiche E- Modul wie Aluminium und auch das gleiche spezifische Gewicht wie Aluminium, wenn er mit einem Mantel aus Carbonfasern versehen ist. Die Beschichtung des Steins mit der Faser wird so durchgeführt, dass der Stein unter dauerhafte Vorspannung kommt. Die Dauerelastizität ist dabei dann gegeben, wenn die Vorsspannung hoch genug ist, dass die Streckgrenze des Natursteins nicht überschritten wird, was durch die Vorspannung mit Carbon im Zuglastfall verhindert wird. Granit hat eine ähnlich hohe Druckbelastbarkeit im plastischen Bereich, wie Stahl. Dass Naturstein bruchfrei flexibel gemacht werden kann, wird zum Beispiel in der EP 106 20 92 beschrieben. Das beruht auf der Tatsache, dass Stein ein ähnliche geringes e-Modul hat wie Aluminium, also unter Druck eine hohe Elastizität zeigt. Dies führt dazu, dass Naturstein auch im Skibau, wie in der EP 106 20 92 beschrieben, eingesetzt werden kann. Erste am Markt getestete Ski mit einem Kern aus ummanteltem Stein zeigten auch nach Jahren der Belastung keine Risse im Steinmaterial. Der Vorteil äußerte sich nicht nur in einer hohen Steifigkeit ähnlich der von Stahl, bei gleichzeitig geringem Gewicht ähnlich dem von Aluminium, sondern auch darin, dass der Naturstein eine gute Dämpfung, die auf das Dämpfungsmaß von Granit von 2% zurückgeführt werden kann, in den Ski bringt, was eine angenehme Laufruhe, schnellen Schwingungsabbau und eine gute Stoßdämpfung zur Folge hat. A completely new stage in ski construction is the use of stone, which was tried out in the next step, because a fiber sheathing of natural stone means that it can no longer break and play its elasticity, which it has under pressure or bias. A typical granite has the same modulus of elasticity as aluminum and also the same specific gravity as aluminum, if it is provided with a sheath of carbon fibers. The coating of the stone with the fiber is carried out so that the stone comes under permanent bias. The Permanent elasticity is given when the pre-stress is high enough that the yield strength of the natural stone is not exceeded, which is prevented by the bias with carbon in Zuglastfall. Granite has a similarly high compressive strength in the plastic range, such as steel. The fact that natural stone can be made flexible without fracture is described for example in EP 106 20 92. This is based on the fact that stone has a similar modulus of elasticity to aluminum as aluminum, which means that it has high elasticity under pressure. As a result, natural stone can also be used in ski construction, as described in EP 106 20 92. The first ski tested on the market with a core of coated stone showed no cracks in the stone material even after years of stress. The advantage was expressed not only in a high rigidity similar to steel, at the same time low weight similar to that of aluminum, but also in that the natural stone good damping, which can be attributed to the degree of damping of granite of 2%, in the Ski brings what a pleasant smoothness, fast vibration reduction and a good shock absorption has the consequence.

Zu diesem Zweck wird der Stein mit dieser Erfindung in der gesamten Länge in den Ski gebracht, um die Schwingungsenergie über die gesamte Länge des Skis abzubauen. Dazu wird die Geometrie des Steinkerns dem Höhenzug des Skis angepasst, was zum Kern der Erfindung wird. For this purpose, the stone is brought into the ski with this invention in the entire length in order to reduce the vibrational energy over the entire length of the ski. For this purpose, the geometry of the stone core is adapted to the ridge of the ski, which becomes the core of the invention.

Bei dieser neuen Anmeldung geht es um die passende Ausführung solcher Kerne aus ummanteltem Stein über die gesamte Länge des Ski. Da der Stein nur unter ausreichender Vorspannung bruchfrei bleibt, ist die Vorspannung bei diesem Prozess eine Grundvoraussetzung, um den Stein auf der gesamten Länge dauerhaft elastisch zu halten und vor Ermüdung durch Haarrisse zu schützen, auch wenn er in der Mitte einen relativ starken Höhenzug hat. Um das zu erreichen, muss der Steinkern an der Spitze des Ski und am Ende jedoch auch so dünn sein, dass er in die normale Geometrie eines Skis hinein passt und im Verbund mit den anderen benötigten Materialien seinen Platz findet. This new application is about the appropriate design of such cores of coated stone over the entire length of the ski. Since the stone remains fracture-free only under sufficient prestress, the prestressing in this process is a basic requirement to keep the stone permanently elastic over the entire length and to protect it against fatigue by hairline cracks, even if it has a relatively high ridge in the middle. To achieve this, the stone core at the top of the ski and at the end, however, must be so thin that it fits into the normal geometry of a ski and fits in with the other materials needed.

Aus diesem Grund wird der Steinkern aus einer beidseitig faserstabilisierten Platte aus Stein, wie in der EP 106 20 92 beschrieben, mit dem Wasserstrahl einer Querschnitts-Geometrie der gewünschten Ski-Form folgend ausgeschnitten und anschließend mit Hilfe von GFK und CFK, Dyneema, Aramidfasern oder Basaltfasern, vorzugsweise jedoch mit steifen Carbonfasern vollummantelt oder teilummantelt, aus Kostengründen vorzugsweise nur an Oberseite und Unterseite, da die Kerne bereits durch das beidseitige Beschichten der Basisplatte aus Stein eine vor-stabilisierende Seitenbeschichtung haben, damit der an den Enden sehr dünne Steinkern beim Schneiden mit Wasserstahl nicht brechen. Die Dicke der Platte richtet sich danach, wie stark der Steinkern im Ski zur Stabilität und Dämpfung beitragen soll. Hier gibt es viele Variationsmöglichkeiten schmalere oder breitere Steinkerne zu verarbeiten und den Rest mit leichten anderen Materialien oder gar Hohlräumen, die auch schaumgefüllt sein können, zu füllen. Anschließend werden die Deckschichten auf einen solchen Korpus aufgebracht und die üblichen Stahlkanten eingearbeitet. Außer Naturstein kann auch Kunststein zur Anwendung kommen, wie zum Beispiel harzgebundene Steinmehle, Keramik, hochfester Beton und auch Glaskeramik oder Glas, die jedoch alle ein unterschiedliches Dämpfungsverhalten aufweisen. Aus diesem Grund ist ein kompakter Granit aus derzeitiger Sicht ein gut passendes und einfach herzustellendes Material für den beschriebenen Verbund. Im Prinzip eignen sich alle druckstabilen Mineralien, die im Folgenden als Steingut bezeichnet werden. Besondere Stabilisierungseigenschaften ergeben sich dann, wenn mindestens an der Unterseite des Steingutkerns unidirektionale Fasergelege zum Einsatz kommen, um durch die hohe Steifigkeit solcher Gelege eine optimale Vorspannung des Steinguts zu gewährleisten. Wenn das Carbongelege vorn und hinten zusätzlich mit einem Stromanschluss versehen wird, kann der Steinkern auch beheizt werden, was die Vorspannung während der Beheizung erhöht. For this reason, the stone core from a double-sided fiber-stabilized stone plate, as described in EP 106 20 92, following cut with the water jet of a cross-sectional geometry of the desired ski shape and then using GRP and CFK, Dyneema, aramid fibers or Basalt fibers, but preferably fully coated with stiff carbon fibers or partially sheathed, for cost reasons, preferably only on top and bottom, since the cores have already by the two-sided coating of the base plate made of stone a pre-stabilizing side coating, so that at the ends very thin stone core when cutting Do not break the water steel. The thickness of the plate depends on how strong the stone core in the ski is to contribute to stability and damping. There are many possible variations to process narrower or wider stone cores and fill the rest with light other materials or even cavities, which can also be foam filled. Subsequently, the cover layers are applied to such a body and incorporated the usual steel edges. Apart from natural stone, it is also possible to use artificial stone, such as, for example, resin-bound stone flours, ceramics, high-strength concrete and also glass ceramics or glass, which, however, all have a different damping behavior. For this reason, a compact granite from the current point of view is a well-fitting and easy to produce material for the composite described. In principle, all pressure-stable minerals, which are referred to below as stoneware are suitable. Special stabilization properties arise when unidirectional fiber webs are used at least on the underside of the earthenware core, in order to achieve optimum prestressing of the fiber due to the high rigidity of such clutches To ensure stoneware. If the carbon bridge front and rear is additionally provided with a power connection, the stone core can also be heated, which increases the bias voltage during heating.

Da die Fasern einen niedrigen ohmschen Widerstand haben und der Faserquerschnitt relativ klein ist, kann bereits mit einer geringen Spannung ein relativ hoher Strom zum Fluss gebracht werden, der zunächst die Faser und im nächsten Schritt den Steinkern aufheizt. Da der Ausdehnungskoeffizient des Steins um Faktoren höher ist als die der Faser, entsteht in Folge automatisch eine natürliche Verstärkung der Vorspannung, der gesamte Ski wird durch die Beheizung extrem viel steifer, da der Ausdehnungskoeffizient der Carbonfaser quasi Null beträgt. Since the fibers have a low ohmic resistance and the fiber cross-section is relatively small, even at a low voltage, a relatively high current can be brought to flow, which first heats the fiber and in the next step the stone core. Since the coefficient of expansion of the stone is higher by factors than that of the fiber, a natural reinforcement of the prestressing automatically ensues, the entire ski becomes extremely stiffer due to the heating, since the expansion coefficient of the carbon fiber is virtually zero.

Die Abb. 1 zeigt in der Abbildung oben einen Mitten-Längs-Schnitt durch einen solchen Steingutkern (1 ), der mit Carbonfasermaterial (2 ) vollummantelt ist und in der unteren Abbildung eine Seitenansicht des ummantelten Kerns mit der Carbonschicht 2 an der Oberfläche. Jeweils links ist die Spitze des Skikerns dargestellt und rechts das Ski-Ende. Die Abb. 2 zeigt einen 90° Querschnitt A- A durch den Längs-Schnitt in Abb. 1 und einen 90° Gesamt- Querschnitt B-B durch den Kern in Seitenansicht aus Abb. 1., sowie in Abb. 3 die Drauf- bzw. Unteransicht des ummantelten Kerns mit der Carbonschicht (2 ) an der Oberfläche. Es können auch je Ski zwei Steinkerne an den beiden Seiten eingebaut werden, so dass die Steinkerne an der Seite zu sehen sind. In diesem Fall wird auf die äussere Seitenbeschichtung durch Fasern verzichtet, damit der Stein auch optisch zur Geltung kommt. In einem Spezialfall kann der Ski auch im gesamten Kern aus faserstabilisiertem Stein bestehen. Fig. 1 shows in the figure above a middle-longitudinal section through such a earthenware core (1), which is vollummantelt with carbon fiber material (2) and in the lower figure, a side view of the sheathed core with the carbon layer 2 at the surface. The top of the ski core is shown on the left and the ski end on the right. The Fig. 2 shows a 90 ° cross-section A-A through the longitudinal section in Fig. 1 and a 90 ° total cross-section BB through the core in side view of Fig. 1, and in Fig. 3, the top or Bottom view of the sheathed core with the carbon layer (2) on the surface. It is also possible to install two stone cores on each side of the ski so that the stone cores can be seen on the side. In this case, the outer side coating is dispensed with fibers, so that the stone is also visually appealing. In a special case, the ski can also consist of fiber-stabilized stone throughout the core.

Claims

Patentansprüche claims

[1] Anordnung von einem Ski mit einem Kern aus faserstabilisiertem Steingut, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern teilummantelt oder komplett faserummantelt durch die Faser vorgespannt wird und eine geometrische Form hat, deren Höhenverlauf in Längsrichtung gesehen in der Mitte höher ist, als an den beiden Enden. [1] Arrangement of a ski with a core of fiber-stabilized earthenware, characterized in that the core is partially sheathed or completely fiber-coated by the fiber is biased and has a geometric shape whose height profile seen in the longitudinal direction is higher in the middle, as at the two End up.

[2] Anordnung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Höhenverlauf des Kerns in Längsrichtung kontinuierlich der variierenden Dicke des zu stabilisierenden Ski entspricht. [2] Arrangement according to claim 1, characterized in that the height profile of the core in the longitudinal direction continuously corresponds to the varying thickness of the ski to be stabilized.

[3] Anordnung gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Höhenverlauf des Kerns kontinuierlich der variierenden Dicke des zu stabilisierenden Ski abzüglich der unteren und oberen Deckschicht oder den unteren und oberen Deckschichten entspricht. [3] Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the height profile of the core continuously corresponds to the varying thickness of the ski to be stabilized minus the lower and upper cover layer or the lower and upper cover layers.

[4] Anordnung gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die faserstabilisierende Ummantelung mit Hilfe von Carbonfasern, Glasfasern, Steinfasern, Dyneema, Aramidfasern oder einem Gemisch dieser Fasern ausgeführt ist. [4] Arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the fiber-stabilizing sheath is carried out with the aid of carbon fibers, glass fibers, stone fibers, Dyneema, aramid fibers or a mixture of these fibers.

[5] Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich in einer Schicht der Ummantelung eine Carbonschicht oder carbonfaserhaltige Schicht befindet, die mindestens zwei für einen Stromfluss notwendige Stromeinleitungsanschlüsse hat, um den Skikern durch Stromfluss in der Faser zu beheizen. [5] Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that in a layer of the sheath is a carbon layer or carbon fiber-containing layer having at least two current injection necessary for current flow to heat the ski core by current flow in the fiber.

[6] Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steingut ein Naturstein, Gneis, Marmor, Basalt, Quarzit oder Kunststein, Beton, Keramikmaterial, Glas bzw. Glaskeramik ist. [6] Arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that the earthenware is a natural stone, gneiss, marble, basalt, quartzite or artificial stone, concrete, ceramic material, glass or glass ceramic.

[7] Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die die Faser stabilisierende klebstoffartige Kunstharz- Verbindung ein duro- oder thermo-plastisches Harz ist. [7] Arrangement according to claim 1 to 6, characterized in that the fiber stabilizing adhesive-like synthetic resin compound is a thermosetting or thermoplastic resin.

[8] Anordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der stabilisierenden Faserschichten auf der Unterseite des Steingutkerns ein unidirektionales Fasergelege ist. [8] Arrangement according to claim 1 to 7, characterized in that at least one of the stabilizing fiber layers on the underside of the earthenware core is a unidirectional Fasergelege.

[9] Anordnung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Steinkern sich durch die Faserbeschichtung in einem permanenten Zustand der Vorspannung befindet. [9] Arrangement according to claim 1 to 8, characterized in that the stone core is located by the fiber coating in a permanent state of bias.

[10] Anordnung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass je Ski zwei Steinkerne an den Aussenseiten eingebaut werden, wobei die Aussenseite keine Faserbeschichtung besitzt. [10] Arrangement according to claim 1 to 8, characterized in that each ski two stone cores are installed on the outside, wherein the outside has no fiber coating.