NL8703017A

NL8703017A - COMPOSITE SKATING BODY, AND METHODS FOR MAKING THE COMPOSITE SKATING BODY.

Info

Publication number: NL8703017A
Application number: NL8703017A
Authority: NL
Original assignee: Eurac Advanced Composites B V
Priority date: 1987-12-14
Filing date: 1987-12-14
Publication date: 1989-07-03
Also published as: NO885535L; NO885535D0; JPH01236076A; EP0321026A2; EP0321026A3

Description

- 1 - 4*- 1 - 4 *

Composiet schaatslichaam, alsmede werkwijzen voor het maken van het composiet schaatslichaam.Composite skating body, as well as methods for making the composite skating body.

De vinding heeft betrekking op een ijsschaats van het type ’noor', en wel in het bijzonder op een met continue vezel versterkt composiet schaatslichaam dat een uit-zettingscoëfficiënt heeft die nagenoeg gelijk is aan die 5 van het schaatsstaal en waarin het schaatsstaal wordt gelijmd of gelast. Het schaatslichaam bestaat uit de buis, schaatsstaal en de zool- en haksteunen met resp. zool- en hakplaat.The invention relates to an ice skate of the 'noor' type, in particular to a continuous fiber reinforced composite skating body which has an expansion coefficient substantially equal to that of the skating steel and in which the skating steel is glued or welded. The skating body consists of the tube, skating steel and the sole and heel supports with resp. sole and heel plate.

Door het composiet op te bouwen uit verschillende lagen 10 continue vezels die zowel in de lengte richting als in hoeken van +45 en -45 graden ten opzichte van de lengterichting zijn georiënteerd, die in een matrix met een positieve uitzettingscoëfficiënt liggen, waarbij het volumeaandeel van de matrix in het composiet maximaal 60 15 % is, wordt bereikt dat de uitzettingscoëfficiënt van composiet en schaatsstaal nagenoeg aan elkaar gelijk zijn en heeft het schaatslichaam voldoende buig- en torsie-stijfheid verkregen.By building the composite from several layers of 10 continuous fibers oriented both in the longitudinal direction and in angles of +45 and -45 degrees to the longitudinal direction, which lie in a matrix with a positive expansion coefficient, the volume proportion of the matrix in the composite is a maximum of 60 to 15%, it is achieved that the coefficient of expansion of composite and skating steel are almost equal to each other and the skating body has obtained sufficient bending and torsional stiffness.

Het idee om de uitzettingscoëfficiënt van het 20 composiet waarvan het schaatslichaam is gemaakt, gelijk te maken aan die van het schaatsstaal, is bij met continue vezel versterkte ijschaatsen, nieuw. De PCT-aanvraag met publicatienummer WO 67/05818, waarin de koolstofvezel wordt genoemd, schenkt geen aandacht aan de problemen die het 25 gevolg zijn van het verschil in uitzettingscoëfficiënt van 8703017 f ' - 2 - composiet en schaatsstaal.The idea of making the expansion coefficient of the composite of which the skating body is made equal to that of the skating steel is new in continuous fiber reinforced ice skates. The PCT application with publication number WO 67/05818, which mentions the carbon fiber, does not address the problems arising from the difference in expansion coefficient of 8703017 f '- 2 - composite and skate steel.

Bij de ontwikkeling van het schaatslichaam werd gestreefd naar een zo laag mogelijk gewicht van het schaatslichaam gecombineerd met voldoende buigstijfheid en 5 torsieweerstand. Daarom is de schaats gemaakt van een composiet materiaal dat een laag gewicht koppelt aan hoge sterkte en stijfheid. Door het gebruik van materialen die verschillende uitzettingscoëfficiënten hebben, kan men problemen verwachten die het gevolg zijn van het verschil 10 in die uitzettingen, zoals het loslaten van het schaatsstaal van het composiet door trek- en drukspanningen in de lijmlaag.In the development of the skating body, the aim was to have the lowest possible weight of the skating body combined with sufficient bending stiffness and torsion resistance. Therefore, the skate is made of a composite material that combines low weight with high strength and rigidity. By using materials that have different coefficients of expansion, problems can be expected due to the difference in those expansions, such as the release of the skating steel from the composite due to tensile and compressive stresses in the adhesive layer.

De eigenschappen van een composiet materiaal worden bepaald door de soort vezels zoals koolstof, glas, 15 aramide of polyetheen, de ligging van de vezels t.o.v. elkaar, het type hars, zoals epoxy, nylon, polester, polyetherimide, polyphenyleensulfide en het vezelgehalte. Aan de buis voor een schaats worden hoge buigstijfheids-eisen gesteld evenwijdig aan het schaatsstaal, en torsie-20 weerstand tussen hak- en voetplaat. Dit wordt bereikt door de vezel zowel in de lengterichting als in een hoek van bijvoorbeeld +45 en -45 graden ten opzichte van die lengterichting te leggen. Door deze laagsgewijze opbouw ontstaat een optimale balans tussen buigstijfheid en torsiestijf-25 heid.The properties of a composite material are determined by the type of fibers such as carbon, glass, aramid or polyethylene, the position of the fibers relative to each other, the type of resin, such as epoxy, nylon, polyester, polyetherimide, polyphenylene sulfide and the fiber content. The tube for a skate has high bending stiffness requirements parallel to the skate steel, and torsional resistance between the heel and foot plate. This is achieved by laying the fiber both in the longitudinal direction and at an angle of, for example, +45 and -45 degrees relative to that longitudinal direction. This layered construction creates an optimum balance between bending stiffness and torsional stiffness.

Daarnaast bevordert ook het profiel van de buis de buigstijfheid en torsiestijfheid. Een probleem bij het toepaeeen van twee totaal verschillende materialen voor buis (composiet) en schaatsstaal (staal), is het verschil 87030 1 7 - 3 - in uitzetting bij temperatuurwisselingen door de ongelijke uitzettingscoëfficiënt van composiet en staal. Het is daarom gewenst de uitzettingscoëfficiënt van de composiet gelijk te maken aan die van het schaatsstaal, zodat de 5 belasting, veroorzaakt door temperatuurwisselingen op de verbinding tussen composiet en schaatsstaal, wordt voorkomen.In addition, the profile of the tube also promotes bending stiffness and torsional stiffness. A problem with the use of two completely different materials for tube (composite) and skate steel (steel) is the difference 87030 1 7 - 3 - in expansion at temperature changes due to the uneven expansion coefficient of composite and steel. It is therefore desirable to make the expansion coefficient of the composite equal to that of the skating steel, so that the load caused by temperature changes on the connection between composite and skating steel is prevented.

De uitzettingscoëfficiënt van het composiet is te sturen door middel van de juiste keuze van de soort 10 vezel en matrixmaterialen in combinatie met vezelhoeken en vezel-matrix volumegehalte. Aangezien koolstof-, poly-etheen-, en aramidevezels een negatieve uitzettingscoëffi-ciënt hebben ( resp. -1.10~e, -8,5.10~6 en -2.10~e °K1 ) en de gekozen matrixmaterialen zoals epoxy, nylon, ( resp. 15 +97.10~e en +100.10~e °K~' ), en dergelijke, een positieve uitzettingscoëfficiënt hebben, is, door het combineren van verschillende vezelhoeken en vezel-matrix volumegehaltes de uitzetting van het composiet gelijk te maken aan die van het schaatsstaal. Hierdoor zal de verbinding tussen het 20 composiet en het schaatsstaal alleen nog mechanisch belast zij n.The expansion coefficient of the composite can be controlled by the correct choice of the type of fiber and matrix materials in combination with fiber angles and fiber matrix volume content. Since carbon, polyethylene, and aramid fibers have a negative expansion coefficient (-1.10 ~ e, -8.5.10 ~ 6 and -2.10 ~ e ° K1, respectively) and the selected matrix materials such as epoxy, nylon, (resp. 15 + 97.10 ~ e and + 100.10 ~ e ° K ~ '), and the like, have a positive coefficient of expansion, by combining different fiber angles and fiber matrix volume contents, the expansion of the composite is equal to that of the skating steel. As a result, the connection between the composite and the skating steel will only be mechanically loaded.

De vorm van de buis wordt bepaald door het type schaats, de 'noor'. Een 'noor' heeft een relatief grote lengte ten opzichte van de breedte en moet een scherpe hoek 25 kunnen maken tussen ijs en schaatszool.The shape of the tube is determined by the type of skate, the 'noor'. A 'Norwegian' has a relatively great length relative to the width and must be able to make an acute angle between ice and skate sole.

De buis van het schaatslichaam is zodanig geconstrueerd dat de buis een optimale buig- en torsie-stijfheid koppelt aan een, binnen de grenzen van de .sterkte-eigenschappen, zo laag mogelijk gewicht en een 87030 17 ' -4- t uitzettingscoëfficiënt die nagenoeg gelijk is aan die van het schaatsstaal.The tube of the skating body is constructed in such a way that the tube combines optimal bending and torsional stiffness with an, within the limits of the strength properties, the lowest possible weight and an 87030 17 '-4-t expansion coefficient that is almost equal. is that of the skating steel.

In vergelijking tot de metalen schaatsbuis is de ruimte in de van het composiet gemaakte buis groot* 5 Hierdoor gaat de buis fungeren als resonantieruimte en wordt het geluid van het glijden van het schaatsstaal over het ijs en het klappen van het schaatsstaal op het ijs, hinderlijk versterkt. Om deze geluiden te dempen, wordt de ruimte in de buis gevuld met schuim, en/of met een 10 voorgevormd schuimdeel.Compared to the metal skate tube, the space in the tube made of the composite is large * 5 This causes the tube to act as a resonance space and the noise of the skating steel sliding on the ice and the skating steel clapping on the ice becoming annoying strengthens. To muffle these noises, the space in the tube is filled with foam, and / or with a preformed foam section.

De hak- en voetsteun en hak- en voetplaat zijn eveneens van composiet materiaal, als hiervoor beschreven, gemaakt. Zij zouden echter ook van een hooggevulde spuitgiet- of giethars gemaakt kunnen worden. De steunen 15 worden op de buis gelijmd, gelast of mechanisch bevestigd. Mechanische bevestiging, bij voorbeeld door middel van klinken of schroeven, van haksteun en zoolsteunen op de buis, heeft als voordeel dat de steunen zonder beschadiging van de buis kunnen worden vervangen door nieuwe of andere 20 steunen en platen.The heel and foot rest and heel and foot plate are also made of composite material, as described above. However, they could also be made of a highly filled injection molded or casting resin. The supports 15 are glued, welded or mechanically attached to the pipe. Mechanical fixing, for example by means of riveting or screwing, of the heel support and sole supports to the pipe, has the advantage that the supports can be replaced by new or different supports and plates without damaging the pipe.

De buis kan op verschillende manieren worden gemaakt. In de eerste twee werkwijzen wordt de buis op een discontinue manier geproduceerd <fig. 1 en fig. 2). De onder III. beschreven productiewijze kan continu worden 25 uitgevoerd <fig. 3).The tube can be made in different ways. In the first two methods, the tube is produced in a discontinuous manner <fig. 1 and 2). The under III. described production method can be carried out continuously <fig. 3).

I. De buis (nr. 3) bestaat uit twee schaaldelen <fig, 2, nr. 10). De schaaldelen <nr 10) worden in positieve en/of negatieve matrijshelften geperst, of onder vacuüm gevormd. Hiervoor kunnen zowel droge vezels of 870 30 17 ' -5- weefsels/vlechtsels of combinaties hiervan worden gebruikt waaraan de hars wordt toegevoegd middels injectie (zgn. resin transfer molding of resin injection molding) als voorgeïmpregneerde vezels, weefsels of vlechtsel©. De 5 schaaldelen kunnen ook d. m. v. thermovormen van een thermoplastische composietplaat gemaakt worden.I. The tube (no. 3) consists of two shell parts (fig. 2, no. 10). The shell parts <No. 10) are pressed into positive and / or negative mold halves, or are formed under vacuum. Both dry fibers or 870 30 17 '-5 fabrics / braids or combinations thereof can be used for this purpose, to which the resin is added by injection (so-called resin transfer molding or resin injection molding) and pre-impregnated fibers, fabrics or braid ©. The 5 scale parts can also d. m. v. thermoforms can be made from a thermoplastic composite sheet.

De schaaldelen worden met het schaatsstaal (nr. 4) samengelijmd of gelast en/of mechanisch bevestigd; dit is afhankelijk van het type hars dat wordt gebruikt 10 (thermohardend resp. thermoplastisch). De ruimte tussen de schaaldelen (fig. 2, nr. 11) kan worden gevuld met schuim of met een voorgevormd schuimdeel om het geluid, dat de schaats tijdens het schaatsen maakt, te dempen.The shell parts are glued or welded together with the skating steel (no. 4) and / or mechanically fastened; this depends on the type of resin used (thermosetting or thermoplastic). The space between the shell parts (fig. 2, no. 11) can be filled with foam or with a preformed foam part to dampen the noise that the skate makes while skating.

Hierna worden de voorsteunen <fig. 1, nr. 2) met 15 voetplaat (fig. 1, nr. 5) en de haksteun (fig. 1, nr. 6) met de bakplaat (fig. 1, nr, 7) op de buis gelijmd, gelast of gemonteerd.After this, the front supports <fig. 1, no. 2) with 15 base plate (fig. 1, no. 5) and the chop support (fig. 1, no. 6) with the baking plate (fig. 1, no. 7) glued, welded or mounted on the pipe .

II. De buis (nr. 3) wordt uit één deel gevormd om een al of niet verwijderbare kern (fig 3, nr. 8). De 20 vezels, weefsels of vlechtsels worden onder de gewenste hoeken op de kern aangebracht. De matrix wordt geïnjecteerd en gepolymeriseerd. Hiervoor kunnen ook weer evt. prepregs worden gebruikt. Indien een thermoplastisch composiet gebruikt wordt, kan men de buis in een thermovormproces 25 maken. De buis wordt op lengte afgekort en dicht gemaakt of afgerond (zoals op fig. 1). Hierna worden de voorsteunen (fig.1, nr. 2) met voetplaat (fig. 1, nr. 5) en de haksteun (fig. 1, nr. 6) met de bakplaat (fig. 1, nr. 7) op de buis gelijmd, gelast of mechanisch bevestigd. Hierop 8703017 ' - 6 - wordt de schaatsschoen gemonteerd.II. The tube (No. 3) is formed in one piece around a core, which may or may not be removable (Figure 3, No. 8). The fibers, fabrics or braids are applied to the core at the desired angles. The matrix is injected and polymerized. For this also possible. prepregs are used. If a thermoplastic composite is used, the tube can be made in a thermoforming process. The tube is cut to length and closed or rounded (as in fig. 1). After this, the front supports (fig. 1, no. 2) with foot plate (fig. 1, no. 5) and the heel support (fig. 1, no. 6) with the baking plate (fig. 1, no. 7) on the tube glued, welded or mechanically attached. The skating shoe is mounted on this 8703017 '- 6 -.

III, De buis (vormdeel nr, 9) wordt continu geproduceerd door middel van pultrusion of thermovormen (zogenaamde rollforming). In het geval van pultrusion 5 worden de vezels in lengterichting samen met vlechtsels of weefsels door een matrijs getrokken. De thermoharde of thermoplastische hars kan middels injectie of via een harsbad worden toegevoerd. Na polymerisering in de matrijs wordt de buis op lengte afgekort. Het thermovormen gebeurt 10 door het doorvoeren van een boven het verwekingspunt verwarmde thermoplastische composiet door een matrijs of voorgevormde rollen. De thermoplast koelt in de matrijs of tussen de rollen af en wordt stabiel waarna de buis afgekort kan worden. De uiteinden van de buis worden 15 dichtgemaakt en de voorsteunen (fig. 1, nr. 2) met voetplaat (fig. 1, nr. 5) en de haksteun (fig. 1, nr. 6) met de bakplaat (fig. 1, nr. 7) worden op de buis gelijmd, gelast of mechanisch bevestigd. Hierop wordt de schaatsschoen gemonteerd.III, The tube (mold part no. 9) is continuously produced by means of pultrusion or thermoforming (so-called rollforming). In the case of pultrusion 5, the fibers are drawn lengthwise along with braids or fabrics through a die. The thermoset or thermoplastic resin can be fed by injection or via a resin bath. After polymerization in the mold, the tube is cut to length. Thermoforming is effected by passing a thermoplastic composite heated above the softening point through a die or preformed rollers. The thermoplastic cools in the mold or between the rollers and becomes stable, after which the pipe can be shortened. The ends of the tube are closed and the front supports (fig. 1, no. 2) with base plate (fig. 1, no. 5) and the chop support (fig. 1, no. 6) with the baking tray (fig. 1) No. 7) are glued, welded or mechanically attached to the pipe. The skate shoe is mounted on this.

87030178703017

Claims

1. Skate, of the "Norwegian" type, characterized in that the skate iron is contained in a hollow, or plastic-filled, end-closed, tube made of continuous fiber-reinforced plastic, which has an expansion coefficient, which is substantially equal to that of the skate steel, and simultaneously has sufficient bending stiffness in the longitudinal direction of the skate iron and sufficient torsional stiffness between the sole and heel plate, and is connected to the skate shoe via supports.

Skate according to claim 1, characterized in that the hollow tube is filled with a sound-damping material, such as foam and / or a preformed foam part.

Skate according to claims 1 and 2, characterized in that the sole and heel supports and sole and chopping plate 15 are made of fiber-reinforced composite or of a high-grade injection-molded resin or casting resin and are glued, welded or mechanically attached.

Method for producing the skate tube according to claims 1, 2 and 3, characterized in that the shell parts are pressed into positive and / or negative mold halves or formed under vacuum, wherein dry fibers or fabrics or braids a combination of these to which resin is added is used.

Method for producing the skate tube according to claims 1, 2 and 3, characterized in that the shell parts are pressed into positive and / or negative mold halves or formed under vacuum, with pre-impregnated fibers, fabrics or braids are used.

6. Method for producing the tube of the skate according to claims 1, 2 and 3, characterized in that the shell parts are pressed into positive and / or negative mold halves or formed under vacuum, using a thermoplastic composite plate .

Method for producing the skate tube according to claims 1, 2 and 3, characterized in that the tube is formed in one piece around a core, which may or may not be removable, around which the dry fibers, fabrics or braids are applied, after which the matrix is injected and polymerized, or around which preimpregnated fibers, fabrics and / or braids are applied and polymerized, or around which a thermoplastic composite is thermoformed.

Method for producing the skate tube according to claims 1, 2 and 3, characterized in that the dry continuous fibers simultaneously polymerize with the dry tissues or braids, after impregnation with a thermoset or thermoplastic resin. drawn through a heated mold and the stable tube is shortened to length.

Method for producing the skate tube according to claims 1, 2 and 3, characterized in that for the reinforcement use is made of hybrid 87030 17-9 * m continuous yarns and / or fabrics and / or braid requirement which are passed through a heated die and shortened to length after cooling.

10. Method for producing the tube of the skate according to claims 1 2 and 3, characterized in that the dry continuous fibers are drawn through a mold simultaneously with the dry tissues or braids, in which by means of a thermoset or thermoplastic resin is injected, polymerization takes place and the stable tube is shortened to length.

Method for producing the skate tube according to claims 1, 2 and 3, characterized in that a thermoplastic composite heated above the softening point is passed to a mold or preformed rollers and after which the stable tube is cut to length abbreviated. 8703017