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.