Brevet FR2237653A1 — publié le 19750214

La présente invention concerne les skis à hautes oaractéristiques d'amortissement des vibrations et, plus particulièrement un nouveau ski dans lequel l'agent amortisseur est une matière viscoélastique logée entièrement-dans le corps du ski. Les skieurs de compétition et les amateurs de vitesse doivent pouvoir conserver le contrôle de leur trajet-et veulent des skis qui, même aux plus hautes vitesses, restent en contaot stable avec la piste et absorbent les vibrations engendrées par les inégalites de celle-ci. En effet, comme l'a montré l'expérience, un ski vibrant fortement ne permet pas de virer avec précision, en particulier sllr les pentes glacées. En virage normal, ou en virage en dérapage, la carre métallique intérieure du ski doit rester en contact très stable avec la surface de'la piste pour que le skieur puisse équilibrer les forces centrifuges avec les forces de réaction de la piate. Certains modèles de ski ne satisfont pas à cette obligation. Par ailleurs, dans de telles con(litions, les skis métalliques ne peuvent être utilisés car ils ont tendance à vibrer fortement aux hautes vitesses. Des études approfondies ont montré que, parmi les facteurs qui influencent la stabilité et la caracteristique de vibration du ski, les deux paramètres déterminants principaux sont, d'une part, la fréquence des vibrations du ski et, d'autre part, sa capacité d'amortissement.Pour supprimer les vibrations, le ski doit être conçu de manière à avoir une haute capacité d'absorption des chocs, c'est-à- dire un pourvoir dsamortissement très élevé. Après avoir reconnu qu'un ski devait avoir un haut pouvoir d'amortissement des vibration bn a cherché à munir les skis de dispositifs amortisseurs. La plupart des skis modernes de haute performance sont des structures stratifiées composées de couches de matières différentes telles que fibres de verre, métal, bois, résinessynthétiques, caoutchouc, etc. qui sont liées les unes aux autres au cours de la fabrication du ski. Ces différentes matières sont choisies soigneusement en fonction de certaines caractéristiques favorables qu'elles peuvent donner à la structure du ski. De ce fait, les principales recherches faites en vue d'amortir les vibrations ont principalement porté sur les skis du type à couches multiples, c'est-a-dire stratifiés. Les brevets des Ftats-Unis d'Amérique n0 2 995 379 et 3 194 572 décrivent un ski comportant une couche interne de caoutchouc qui sert à amortir les vibrations du ski. Bien que le caoutchouc ait un effet amortisseur appréciable dans un ski stratifié, son pouvoir absorbant est cependant limité et il ne suffit pas à amortir convenablement un ski métallique qui doit être utilisé à grande vitesse sur des neiges dures ou glacées.On a cherché à améliorer l'amortissement des skis stratifiés par divers autres dispositifs. Certains de ceux-ci donnent de bons résultats, en ce qui concerne l'amortissement des vibrations, mais ont des inconvénients qui leur sont particuliers. Ainsi, par exemple, certains skis comportent des noyaux en bois dur qui participent à l'amortissement des vibrations. Cependant, les noyaux en bois sont des éléments lourds et coûteux et, de ce fait, augmentent le prix de revient du ski, tout en l'alourdissant exagérément. On a égale- ment cherché à remplacer les résines époxy par des polyesters armés de fibres de verre, afin d'augmenter des frottements internes, mais le polyester nta pas une durabilité suffisante et le ski perd rapidement ses qualités initiales. On a également oherché à remplacer les carres métalliques supérieures par des carres en matière plastique, mais cellesci sont plu5 tendres que le métal et les angles supérieurs du ski sont mal protégés et se détériorent rapidement.On a également remplacé les carres inférieures continues en acier par des carres fractionnées, mais ces carres ayant des solutions de continuité sont extrêmement coûteuses et augmentent exagérément le prix total du ski. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 537 717 décrit un autre type de dispositif amortisseur qui s'adapte à un ski olassique. Dans ce oas, on applique sur lasurSce supérieure du ski un stratifié qui comprend une couche de matière viscoélastique et une couche de contrainte constituée, en général, par une lame métallique. La couche viscoélastique est intercalée entre la surface supérieure du ski et la couche de contrainte, et relie cette dernière à la surface correspondante du ski. Ce procédé d'amortissement du ski donne de bons résultats, mais il a malheureusement certains inconvénients. En particulier, l'élément stratifié qui comprend la matière visooélastique et la couche de contrainte est à l'extérieur du ski et n'est donc pas protégé. I1 est exposé à des forces mécaniques, notamment aux ohocs exercés par l'autre skis et, par ailleurs, aux intempéries.La couche de contrainte n'est reliée au ski que par la couche de matière viscoélastique ets de ce fait, sa longévité est très limitée. Lorsque oe stratifié est appliqué sur la surface supérieure d'un ski existant, la présence de cette couche de contrainte inextensible et inoompressible affecte les autres caractéristiques du ski; telles que sa rigidité totale, son équilibrage en flexion et son équilibre thermique. Par ailleurs, cette couche de contrainte doit être relativement courte par rapport à la longueur totale du ski, étant appliquée sur la surface supérieure de ce dernier, elle doit se terminer au voisinage de la zone sur laquelle est montée la fixation. Ainsi, le dispositif décrit dans le brevet précité, bien qu'il améliore considérablement les caractéristiques d'amortissement du ski, a de- trop nombreux inconvénients pour pouvoir être normalement assooié à des skis (le réalisation industrielle. I1 faut noter que les inoonvénients du dispositif classique qui vient a'être décrit, résultent en grande partie du fait que ce stratifié amortisseur est rapporté sur la surface supérieure du ski. A première vue, il semble évident que ces inconvénients peuvent être éliminés si cetamortisseur stratifié e6t à irintérieur du ski au lieu d'être rapporté Sur Sa surface supérieure.Cependant, l'expérience montre que le simple transfert de ce dispositif décrit dans le brevet des Etats Unis d'Âmérique, nO 3 537 717 précité, de la surface supérieure du ski à un emplacement situé à l'intérieur de ce dernier, donne au ski des caractéristiques d'amortissement défavorables. Les résultats des essais démontrant cette détérioration de caractéristiques d'amortissement sont donnés dans la suite sur un tableau I.Cependant, les oaractdristiolles d'amortissement d'un ski peuvent être considérablement améliorées et les inconvénients mentionnés ci-dessus, inhérents au dispositif amortisseur classique à couche viscoélastiqueS peuvent entre pratiquement supprimés si un amortisseur stratifié comprenant une matière viscoélastique est incorporé au skis en partie intégrante de sa- struoture, et Si cet amortisseur interne comprend un élément de contrainte en matière à relativement haut module d'élasticités par exemple aluminium, acier, fibres de verre, etc., qui est pratiquement entièrement noyé dans la matière vis coélastique. L'invention est basée sur le fait que des avantages analogues peuvent être obtenus si le ski est muni d'un amortisseur interne qui estun stratifié comprenant un élément de contrainte à haut module d'élasticité, par exemple aluminium, acier, fibres de verre, etc. Cet élément est isolé sur sa majeure partie des autres composants de la structure du ski, d'une part,par une couche de matière-viscoélastique recouvrant une de ses surfaces et, d'autre part, par une couche de caoutchouc recouvrant son autre surface. Un tel amortisseur, dont l'élément de contrainte est isolé du reste du ski à la fois par une matière viscoélastique et par du caoutchouc,- assure un meilleur effet d'absorption des vibrations qu'un amortisseur incorporé dans lequel l'élément de contrainte est simplement noyé dans la matière viscoélastique, et par ailleurs est notablement moins cotteux Pour obtenir un résultat optimale la matière viscoélasti que doit être intercalée entre l'élément de contrainte et un composant voisin du ski chargé verticalement. L'élément de contrainte de l'amour tisseur peut être, le cas échéant, fixé directement au reste du ski, par un point situé, de préférence, le plus loin possible de la spatule du ski.Dans ce cas, il peut être fixé par un moyen quelconque, tel que des vis ou un adhésif, mais le reste de ses surfaces doit être isolé du reste de la structure du ski, å la fois par la matière viscoélastique et par le caoutchouc. Pour que l'effet d'absorption des vibrations soit maximal, cet amortisseur stratifié doit être disposé le plus loin possible de l'axe neutre du ski et, de préférence, au-dessous de cet axe pour qu'il soit hors du contact des vis qui, de manière classique, sont noyées dans le ski et servent au montage de la fixation. Un tel amortisseur à couches multiples peut être convenablement réalisé en fonction de la nature des autres composants du ski pour donner avec préoision à celui-ci les flexibilité, fréquence et caractéristiques. Cet amortisseur interne est à l'abri des chocs, des intempéries, car il est parfaitement protégé et ne risque pas de se cliver ou de se détériorer. La couche de matière-viscoélastique est protégée et renforcée par d'autres éléments du-ski qui sont plus résistants. Du fait que cet amortisseur précontraint est à l'intérieur du ski, sa longueur peut entre pratiquement égale à la longueur de ce dernier, ce qui double la contrainte maximale de cisaillement du stratifié, par rapport à l'amortisseur décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 537 717 précité. En fait, lorsque l'élément de contrainte est fixé directement sur l'extrémité arriere du ski, on constate que la contrainte maximale de cisaillement est environ quadruple par rapport à un amortisseur classique décrit dans ce brevet. La présente invention a donc pour objet un ski amorti ayant un amortisseur stratifié intérieur incorporé, composé d'un élément de contrainte et de couches de matière viscoélastique et de caoutchouc. L'élé- ment de contrainte est pratiquement isolé oomplètement des autres éléments du ski par un enrobage élastique dont au moins une partie a des propriétés viscoélastiques prononoées et dont le reste est du oaoutfhouo. En outre, cet amortisseur'est parfaitement protégé du fait qu'il est à l'intérieur du ski. L'invention sera décrite en détail ci-aprbs, en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: - la figure 1 est une coupe transversale d'une forme de réalisation du ski de l'invention; - la figure 2 est une coupe analogue d'un ski classique; - la figure 3 est une soupe analogue d'un ski classique modifié; Le ski 2 représenté à titre d'exemple sur la figure l est un stratifié multicouohe à fibres de verre. La couche décorative supérieure 4 est en BOBS, ce ski comprend deux carres supérieures protectrices 6 qui sont en métal, par exemple aluminium ou acier.Une couche de ré si s- tance à la charge 8 en fibres de verre est placée au-dessous de la couche supérieure 4 et entre les deux carres supérieures, au-dessus d'une Amef ou noyau 12, en bois. Une plaque de liaison 14 peut être noyée dans l'!me en bois 12, pour rigidifier la partie du ski supportant la fixation. Deux couches latérales 16 -en résine phénolique sont intercalées entre les carres supérieures 6 et une couche inférieure d'armature 18 en fibres de verre disposée sous 1 'ame en bois 12. Les carres inférieures--en acier 20 sont liées à la couche inférieure de fibre de verre 18 par une couche intermédiaire en caoutchouc 22. La semelle 24 est en polyéthylène tel que le polyéthylène disponible sur le marché, sous la marque "P-Tex". Ltamortisseur stratifié de l'invention est intercalé entre la semelle 24 et la couche inférieure 18 en fibres de verre. Cet amortisseur comprend une couche 26 en matière à haute viscoélasticité qui ests de préférence, liée à la - surface supérieure et aux surfaces latérales d'un élément de retenue 28 en matière à haut coefficient d'élasticité qui est, par exemple, une lame en aluminiums acier, -fibres de verre, ou matière ana logue La couche viscoélastique 26 est en élastomère et auto-adhésive à ltélément de contrainte 28, à la couche de fibres de verre 18 et à la couche de caoutchouc 22.Cette liaison peut êtres éventuellement, amélio- rée par une couche mince de résine époxy, du genre utilisé normalement pour lier ensemble les autres composants du ski. I1 faut noter que la couche de caoutchouc 22 est d'abord disposée entre les carres inférieures 20 et la couche de contrainte 18 en fibres de verre, descend ensuite entre la couche- 26 en matière visooélastique et la surface latérale intérieure des carres 20, et passe ensuite entre 11 élément de contrainte 28 et la surface supérieure de la semelle -24. De ce fait, la surface inférieure de l'élément de contrainte 28 est isolée de la semelle 24 par la couche de caoutchouc 22.Cette couche de caoutchouc 22 est liée à l'élément de contrainte 28 et aux autres couches en contact par un adhésif-.- Il faut noter que la couche 26 en matière viscoélastique isole ltélément de contrainte 28 de la couche inférieure 18 en fibres de verre qui supporte les charges verticales. gB ~ de préférence, l'amortisseur stratifié s'étend sur toute la longueur du ski. L'élément de contrainte 28 peut être entièrement noyé entre la couche de matière viscoélastique et la couche de caoutchouc 22, ou son extrémité arrière voisine du talon du ski peut se prolonger au-delà de oes deux couches. Dans- ce cas, son extrémité libre peut être fixée directement sur les autres éléments du ski, au voisinage de l'extrémité du talon, par exemple par des vis, adhésif, etc. Dans tous les cas, cependant, la plus grande partie de la longueur de 1 1élément de contrainte doit être isolée par la matière viscoélastique et par le caoutchouc des autres éléments de la structure pour que l'effet d'absorption des vibrations soit maximal. I1 faut noter que la figure 1 n'est qu'un exemple de nombreuses structures de ski, auxquelles peut être associé l'amortisseur de l'invention pour améliorer l'amortissement. Bien que le ski représenté sur la figure 1 soit un ski en fibres de verre, l'invention s'applique également à des skis dont la structure est en métal ou autre matière classique de résistance. De même, l' me ou noyau du ski peut être d'un genre différent. Ainsi, il peut être constitué par un élément métallique, en nid d'abeille, en mousse rigide de matière plastique ou autre matière utilisée couramment pour la fabrication des amers de ski. I1 faut noter que la plupart des matières ont un certain degré de viscoélasticité. Une matière élastique peut être définie comme une matière dans laquelle les efforts sont proportionnels aux déformations, tandis qu'une matière visqueuse, comme une matière dans laquelle les efforts sont proportionnels à la vitesse de déformation. Une matière viscoélastique est une matière dont le comportement est une combinaison de ces deux caractéristiques élémentaires. Pour btre utilisable, dans le oadre de l'invention, et donner l'effet d'amortissement recherché, l'élas- tomère utilisé doit avoir des propriétés visooélastiques prononcées, ctestà-dire que sa perte de tangente doit être supérieure à environ 0,8. Lorsqu'une matière viscoélastique est soumise à une déformation simtsoIdale, l'effort résultant correspond approximativement à une onde inusoidale dans laquelle les contraintes se propagent selon un angle de phase ss. Le rapport entre les composantes du module de tension ou de compression de la matière correspond à l'équation : E 3E m E' + i E" dans laquelle: E t est le module combiné d'élasticité E' est le module d'accumulation d'élasticité E" est la perte do module. et i est la racine carrée de -1. La perte de tangente correspond à la tangente de l'angle de phase ss qui est égal à E"/Et. Comme on l'a vu précédemment, la perte de tangente de la matière viscoélastique doit etre supérieure à environ 0,8 pour quelle soit utilisable dans le cadre de l'invention. L'élément de contrainte qui fait partie de l'amortisseur de ltinvention doit erre en matière ayant un module d'élasticité relativement éleyé,telb que acier, aluminium, fibres de verre, etc... Les diverses données mesurées pour déterminer la caractéristique d'amortissement des vibrations d'un ski comprennent: le décrément logarithmique qui est le logarithme naturel du rapport de l'amplitude de deux vibrations successives. Autrement dit: Decrement logarithmique = ln Il faut noter que la caractéristique d'amortissement du ski est d'autant meilleure que la valeur du décrément logarithmique est plus élevée. Par ailleurs, on mesure également le temps de demi absorption qui correspond su temps nécessaire pour que l'amplitude de la vibration décroisse jusqu'à la moitié de sa valeur initiale. Il faut noter que les caractéristiques d'amortissement du ski sont d'autant meilleures que- le temps de demi.absorption est plus court. En général, lorsqu'on étudie les caractéristiques d'amortissement d'un ski, on détermine également sa fréquence, cette fréquence étant définie comme le nombre de cycles complets des vibrations par unité de temps, et selon les conventions internationales, 1 cycle par seconde égale 1 hertz Des essais comparatifs effectués mettent ea valeur les avantages du ski de 1 tinvention, par comparaison entre le ski représenté sur la figure 1, le ski représenté sur la figure 2 qui est un ski classique du commerce, et le ski représenté sur la figure 3 qui est un ski classique modifié.Ce ski modifié, représenté sur la figure 3, est identique au ski classique représenté sur la figure 2, mais il comporte un amortisseur intérieur du type décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 5B7717préoité.Dans le ski classique de comparaison, du genre de la figure 2, la couche de caoutchouc 22 plane est disposée latéralement sur toute la largeur du ski. L'intervalle compris entre la couche de oaout- ohouc 22 et la semelle de glissement 24 est rempli d'une matière viscoélastique 27 qui est, par exemple,un polyéthylène clair. La structure générale du ski classique modifié représenté sur la figure 3 est prati quement identique mais comporte un amortisseur incorporé du trope olassique.On voit que l'élément de contrainte 28 n'est pas entièrement entouré de matière viscoélastique et de caoutchouc. La couche de matière viscoélastique est uniquement intercalée entre l'élément de retenue 28 et la couche de contrainte 18 en fibres de verre. Ses bords latéraux sont en contaot avec les surfaces intérieures des carres inférieures 20 et sa surface inférieure est immédiatement voisine de la surface de la semelle 24. Sur les figures 2 et 3, les éléments de la structure des skis, qui sont analogues à ceux décrits en regard de la figure 1 sont indiqués par les mêmes références que sur celle-ci. Les résultats des essais comparatifs portant sur les trois modèles de ski sont -résumés dans le tableau I ci-dessous. Pour mesurer la caractéristique d'amortissement des vibrations de la spatule, on bride les skis sensiblement à mi-distance entre la spatule et la plaque de fixation. On fait fléchir la spatule et on la laisse se ddtendre pour qu'elle entre en vibration. Pour mesurer les caractéristiques d'amortissement de la partie avant des skiss on bride ceux-ci par la plaque de fixation, puis on fait fléchir la spatule et on laisse l'avant du ski se détendre librement pour qu'il vibre.La matière viscoélastique utilisée est du genre général décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 062 6833 cependant, dans ce cas, elle n'est pas armée par des fibres de verre et est supportée par un tissu poreux en matière plastique. TABLEAU I Spatule Avant du ski Modèle Décrément Demi- Fréquen- Décrément Demi- Fréquence logarith- temps ce (H) logarith- temps (Hz) mique d'absorp- mique d'absorp tion (s) tion(s) 1. Ski classi que 0,052 0,45 28,4 0,064 0,75 14,0 2. Ski classi que modifié 0,050 0,48 30,5 0,056 0,84 14,6 3. Ski de la figure 1, complètement isolé. 0,127 0,18 270 0si02 0,55 13,0 Comme on le voit sur le tableau ci-dessus, la caractéristique d'amortissement du ski représenté sur la figure 1 est très supérieure à celle du ski classique et à celledu ski classique modifié, selon le procédé classique déorit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 537 717 précité. En fait, contrairement à ce que l'on pourrait penser, la caractéristique d'amortissement du ski classique modifié s'avère inférieure à celle du ski classique, ce qui est mis en évidence par la diminution du décrément logarithmique et de l'augmentation du demi-temps d'absorption. Le ski classique modifié est donc celui qui a la plus mauvaise caractéristique d'amortissement parmi les trois types de ski essayés. Ceci est dd au fait que,dans le ski classique modifié, l'élément de retenue 28 n'est pas isolé du reste de la structure du ski par la matière visocélastique. On peut constater sur le tableau I que le décrément logarithmique du ski de l'invention est augmenté de-plus de 10 $ dans l'essai de la spatule et- de plus de 80910 dans l'essai de la partie avant. pans les deux skis à amortisseur interne, o'est-à-dire les skis des-figures 1 et 3, l'élément de retenue est disposé pratiquement sur toute la longueur du ski. Dans le ski de la figure 1, l'élément de retenue est isolé complètement, à la fois par le caoutchouc et par la matière viscoélastique. Il apparaftra évident aux spécialistes que le procédé de l'invention permet de fabriquer des skis plus maniables et plus stables, dont la caractéristique d'amortissement peut être prédéterminée à volonté. De même, les caractéristiques du ski peuvent être prédéterminées à des valeurs optimales. En fait, en modifiant l'un des cinq paramètres suivants, qui déterminent l'effet d'amortissement donné par le dispositif de loin vention, on peut faire varier à volonté la caractéristique d'amortissement du ski. Ces 5 facteurs sont les suivants - la perte de tangente de la matière viscoélastique( qui ne doit pas être inférieure à-0,8Y, - ltépaisseur de la couche de matière viscoélastique, - l'amplitude de la déformation de cisaillement de la matière viscoélastique, et - le module d'élasticité et la seotion droite de l'élément de retenue Il faut noter que,bien que dans l'exemple décrit ci-dessus l'élément de retenue soit une lame plane, il peut être on forme de tige, tube, fil ou toute autre appropriée. I1 va de soi que de nombreuses modifications et variantes peuvent être apportées aux éléments décrits ci-dessus, sans sortir pour cela du oadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Ski stratifié du genre comprenant une surface supérieure, une surface inférieure et plusieurs couches intermédiaires disposées entre ces surfaces supérieure et inférieure, oe ski étant caractérisé en oe qu' au moins l'une des couches intermédiaires est un stratifié amortisseur comprenant un élément à haut module d'élasticité pratiquement entièrement entoure par un élastomère, une partie de cet blastomère ayant des propriétés visocélastiques prononcées et le' reste étant de caoutchouc. 2 - Ski selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stratifié amortisseur s'étend sensiblement sur toute la longueur du ski. 3 - Ski selon la revendication 1, caractérise en ce que le stratifié amortisseur est déplacé vers le bas à partir de l'axe neutre du ski. 4 - Ski selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élé- ment à haut module d'élasticité comprend une partie arrière libre se prolongeant au-delà de l'élastomère, cet élément de retenue étant fixe, et,de de plus, des moyens de fixation de cette partie arrière à l'extrémité arrière de la structure du ski. 5 - Ski selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie d'élastomère ayant des propriétés viscoélastiques prononcées est intercalée entre l'élément à haut module d'élasticité et un élément voisin faisant partie de la structure du ski et supportant des charges verticales. 6 - Ski selon la revendication-I, caractérisé en ce que la matière ayant des caractéristiques viscoélastiques prononcées a un facteur de perte de tangente supérieur à 0,8 environ. 7 - Ski stratifié comprenant une surface supérieure, une surface inférieure et une ou plusieurs couches intermédiaires liées les unes aux autres et disposées entre les surfaces supérieure et inférieure, ce ski étant caractérisé en ce qu'au moins l'une des couches intermédiaires est un stratifié amortisseur comprenant une couche de matière à relativement haut module d'élasticité, une couche de matière ayant des propriétés viscoélastiques prononcées liée à une des surfaces de la couche à haut module d'élasticité et une couche de caoutchouc liée à une surface opposée de la couche à haut module d'lasticité, la couche visocélastique et la couche de caoutchouc servant à isoler, de façon sensiblement complète, la couche à haut module d'élasticité du reste de la structure du ski.