Brevet FR2278365A1 — publié le 19760213

La présente invention concerne un ski possédant une structure composite interne à alvéoles semi-tubulaires et les procédés de mise en oeuvre de celle-ci. Pratiquement, tous les skis mis au point a ce jour comportent une structure alvéolaire ou tubulaire pour limiter le poids total de ceux-ci. Une première catégorie concerne les skis à structure alvéolaire régulière - soit naturelle : celle des skis en bois ou à noyau bois avec des canaux longitudinaux très fins paralleles à l'axe principal du ski - soit artificielle : celle des skis a noyaux en matière plastique expansée à l'aide d'un agent gonflant, avec des cellules rondes fermées de 0,01 à 0,2 mm de diametre, selon le type de mousse ; ou encore skis à âme en nids d'abeilles métalliques, a alvéoles régulières hexagonales de 3 à 4 mm de diamètre dont l'axe est perpendiculaire aux surfaces supérieures et inférieures du ski et dont la hauteur varie avec l'épaisseur de celui-ci. Tous les skis de cette catégorie comportent des peaux externes, métalliques ou à base de stratifié, situées à la périphérie du noyau qui sont destinées a supporter llessentiel des contraintes mécaniques subies par le ski lors des évolutions sur neige. Une deuxième categorie concerne les skis à structure plus typiquement tubulaire. Ils comportent un petit nombre (3 à 6) de tubes juxtaposés, en stratifié fibre de verre plus résine thermodurcissable, parallèle à l'axe principal du ski, de section variant directement avec l'épaisseur et la largeur de celui-ci. D'autres skis enfin sont constitués par une ossature métallique relativement epaisse obtenue dans une tôle emboutie, généralement à base d'aluminium, en forme d'Auge ou d'Oméga, la forme géométrique de l'embouti variant tout le long du ski en fonction de son épaisseur, de sa largeur et également pour chaque taille de ski. Cette tôle emboutie est le plus souvent prise en sandwich entre deux autres tôles planes délimitant ainsi des profils creux de section variable. Dans cette deuxième catégorie de skis, les tubes en stratifié ou les profils en Oméga participent beaucoup plus à la rigidité globale du ski que les mes des skis de la première catégorie à cause de leur module d'elast-icite élevé et de leur géométrie, ils supportent également un taux de contraintes plus élevé surtout aux abords des peaux externes. Les inconvénients de ces deux catégories de skis tiennent soit aux types de matériaux qui composent leur structure interne alvéolaire, soit à leurs procedés de mise en oeuvre. Pour la première, ce sont principalement les défauts des maté- riaux qui sont évidents et influent sur les caracteristiques du produit fini - pour les skis comportant du bois et qui tendent à disparaitre c'est l'hygroscopie et l'hétérogénéité du matériau naturel qui posent le problème des infiltrations d'humidité en utilisation (par les vis de fixation et les joints de collage) et du manque de reproductibilité des caractéristiques en production de série. - pour les skis avec mousse de polymétbane, c'est le faible module d'élasticité de ceile-ci qui oblige à épaissir le noyau et/ ou à renforcer les peaux ou le noyau lui-meme, et egalement l'abaissement de la résistance à la compression lors de l'echauffement sur les presses d'assemblage final des éléments du ski, ce qui limite la temperature de polymérisation des résines et exclue pour l'instant l'utilisation de films adhésifs ou de préimprégnés pour l'assemblage final. - pour les skis a âme en iiIDA, ce sont les problemes d'usinage de ce matériau et l'orientation des cellules perpendiculaires aux contraintes principales de flexion qui l'empêche de participer à la rigidité globale du ski (donc oblige à épaissir le noyau et le ski) et limite la surface des joints de collage noyau-peaux externes. De plus, avec le NIDA en alu, l'amortissement des vibrations est médiocre. Pour les skis de la deuxieme catégorie, la nature de leur structure tubulaire ou semi-tubulaire conduit a des procédés de mise en oeuvre'très complexes et donc onereux. Ces difficultés d'élaboration tiennent principalement aux formes géométriques propres à l'engin-ski : forme semi-parabolique du profil d'épaisseur avec une variation de 1 à 16 mm environ pour le noyau et forme semi-hyperbolique du profil de largeur avec variation de 6,5 à 8,5 cm environ, chaque taille de ski ayant en plus des cotes d'épaisseur et de largeur variant selon une fonction complexe de sa longueur. Ainsi, pour les structures tubulaires plastiques, les procédés de mise en oeuvre existants font appel à la fabrication de tubes en stratifie autour de mandrins gonflables et amovibles ou bien au moulage par compression de profilés en stratifié avec pertes de matériau importantes (40 à 50 X) à cause de la forme du ski. Dans le cas des profilés métalliques emboutis, il est nécessaire d'avoir une forme d'emboutissage spéciale par taille de ski et la fabrication se fait ski par ski. Par ailleurs, pour l'ensemble des types de skis précités, deux caractéristiques très importantes pour le comportement sur neige, à savoir le poids globaldu ski et ses facultés d'amortissement des vibrations sont une conséquence, non maitrisable en valeur absolue, des choix principaux concernant les matériaux et la structure du ski ainsi que du profil d'épaisseur impose par les rigidites que l'on désire obtenir. Un autre inconvénient propre à la plupart des procédés de fabrication existant, est constitué par les difficultes rencontrées lors de l'assemblage avec le corps du ski des chants latéraux de protection et de leur profilage en épaisseur, en particulier dans les parties minces, ce qui entratne une complication des processus de fabrication. Un des buts de la presente invention est de permettre un processus d'élaboration simple, limitant les investissements en ma tériel complexe pour une fabrication en grande série de skis à hautes performances. Le ski à structure alvéolaire semi-tubulaire, objet de l'invention, permet tout d'abord de rassembler les avantages propres aux deux categories de skis décrits ci-dessus, en éliminant leurs in convénients. En effet, les parois des alvéoles de sa structure étant en métal ou en stratifié, ont un module intrinsèque d'élasticité ainsi qu'une stabilité thermique élevés ; de plus, la forme géométrique ainsi que l'orientation des cellules permet d'apporter le surplus de rigidité en flexion et en torsion propre aux structures tubulaires ou en omega, ce qui amène une reduction de l'épaisseur du ski et/ou un gain de poids total de celui-ci. En outre, l'elabora- tion de cette structure se ramène à une serie d'opérations simples telles que pliage (pour des parois métalliques), durcissement sous presse ou sac à vide de résines thermodurcissables, extrusion de baguettes de thermoplastique pour les éléments standardises et de géométrie constante qui la composentLe procédé de fabrication con sistantdans sa première phase à produire des panneaux sandwich identiques, est facilement automatisable pour une fabrication con tinue de grande série. De même, le façonnage des noyaux de ski à partir des panneaux sandwich est possible sans l'utilisatior. des machines à reproduire complexes utilisées pour le profilage de noyaux de skis. Un avantage supplementaire du processus de façonnage préconise et permis par la géométrie de la structure, est de limiter les chutes perdues de matières à environ 3 % du volume initial utilisé. Mais la structure du ski, suivant l'invention, a également pour but de rendre possible une optimisation à l'avance du poids global du ski et de ses capacités d'amortissement, sans modifier notablement, toutes choses égales par ailleurs, les rigidites en flexion et en torsion du ski. Ces deux caractéristiques peuvent varier dans une large fourchette selon les matériaux choisis pour remplir certaines alvéoles de la structure. Cette possibilité de modifier très facilement ces caracteristiques permet de creer une gamme complète de skis destines à des skieurs de différents niveaux et à des modes de ski différents (skis de piste, de randonnée, de fond, etc ...) sans pour cela ê- tre oblige de diversifier les structures de ces différents skis et donc leur élaboration. Le procédé d'elaboration du ski, objet de l'invention, permet aussi d'inclure facilement dans la fabrication des noyaux la fixation définitive et le profilage des chants latéraux, ainsi que celle des inserts pour l'ancrage des vis de fixation. Un avantage supplémentaire du ski, objet de l'invention, est de pouvoir obtenir, grâce aux choix très large de materiaux que l'on peut inclure dans la confection de sa structure, un prix de revient interessant pour des skis performants. Le ski, objet de l'invention, est caractérisé par sa structure interne qui est composée principalement de cellules parallepipè- diques ou trapezoldales, assimilables à une série de tubes ou d'omegas juxtaposés ; lesquelles cellules ou alvéoles ont leurs parois parallèles aux chants lateraux du ski, ce qui leur donne l'orientation de l'axe principal du ski, une longueur égale à celle du noyau du ski, une largeur constante et une hauteur qui est directement fonction de l'épaisseur du ski. Selon l'invention, les parois de ces alvéoles sont confectionnees à partir de feuilles minces ou clinquant d'aluminium (0,2 à 0,4 mm environ) ou d'un préimpregné tissu de verre + résine polyester ou époxy (0,3 à 0,6 mm environ). Le ski se caractérise également par une proportion variable nterne d'alvéoles vides, de sa structure , qui selon une réalisation de l'invention, peut aller jusqu'a 75 % environ du volume du corps ou noyau du ski. De plus, des alvéoles de sa structure, en proportion variable, sont remplies par des baguettes de matériaux cellulaires dont la densité peut aller de 0,1 a 0,9 et qui, selon une réalisation de l'invention, sont en profilé de PVC allégé extrudé, de densité 0;5. Le ski, conforme à l'invention, est caractérisé par son procédé d'élaboration consistant à confectionner un panneau sandwich dont l'élément principal est constitué par une ossature cannelée de hauteur constante (environ 20 mm) et de largeur constante comprise entre 5 et 10 mm. Avec cet élément principal sont assemblées, par collage, des baguettes de section égale a celle des cannelures de l'ossature, placées a l'intérieur de celles-ci. La fonctionnalité des baguettes adjointes a ossature principale caractérisent également le ski, objet de l'invention : les unes sont en materiau thermodurcissable comprimé (lamifie phénolique), thermoplastique (ABS) ou élastomérique extrudé (caoutchouc EPDM, polychloroprène ou polyuréthane) pour constituer les chants latéraux du ski, tandis que les autres, en matériaux cellulaires tels que mousse polyuréthane,époxy ou acrylique, élastomère ou thermoplastique allégés et extrudés, ou même bois divers, se retrouveront placés de part et d'autre de l'axe médian du ski pour servir de support de joint collé aux deux parties du corps du ski, de zone d'ancrage centrale pour les vis de fixation, de masse amortissante pour l'engin-ski, et si necessaire, de renfort pour la tenue en compression du sandwich. Chaque baguette pour chants latéraux est refendue en deux au moment de la découpe en tranches du panneau sandwich, ou mieux, extrudée sous forme de deux chants jumelés et placés dans une même cannelure, pour constituer le chant latéral droit d'un ski et le chant latéral gauche d'un autre ski. Le panneau sandwich à partir duquel est façonné le noyau du ski comporte, selon une réalisation typique de l'invention, deux peaux en stratifié symétriquement assembles avec l'ossature cannelée, délimitant des alvéoles fermées et dont chaque tranche ensuite découpée, donnera deux noyaux aux profils d'épaisseur pratiquement identiques. Chacune de ces neaux constitue alors Douer chacun des novaux une tarti e' de la peau superieure définitive du ski. Selon une autre réalisation typique de l'invention, toutes les alvéoles de l'ossature, autres que celles recevant les chants la téraux, sont remplies par des baguettes de faible densité et le panneau sandwich n'aura pas besoin de posséder des peaux en stratifié avant son découpage. Le procédé d'élaboration du ski, conforme à l'invention, se caractérise aussi par,le mode de profilage en largeur des deux parties constituant son noyau ; lesquelles, après déformation sur un gabarit, sont découpées de façon rectiligne à la scie à ruban ; les chutes profilées en épaisseur étant ensuite récupérées pour. constituer, si besoin, des inserts latéraux pour l'ancrage des vis de fixation. Le ski, conforme a l'invention, possède enfin tous les autres éléments bien connus indispensables à un ski : une surface superieure de protection servant de support à la decoration, une semelle de glisse en polyéthylène et des carres en acier qui sont fixés au corps du ski lors de l'assemblage final par collage au moyen d'adhésifs ou de préimprégnés, ou de stratifiés elabores en voie humide constituant les peaux externes de la structure du ski. Dans les figures annexees, sont représentés tous les éléments nécessaires à la réalisation d'un ski conformément à l'invention. La figure 1 représente une coupe de l'ossature cannelée, elé- ment de base de la structure interieure du ski et du panneau sandwich destine à son élaboration. La figure 2 représente une coupe d'un autre type d'ossature cannelée ou bien un stade intermediaire pour une ossature metalli- que avant d'obtenir la configuration géométrique de la fig. 1. Les figures 3, 4 et 5 représentent l'ensemble des éléments constitutifs de panneaux sandwichs pris comme exemples de réalisation. La figure 6 est un exemple de section géométrique de profil extrude en caoutchouc pour constituer les baguettes C des figures 3 et 4. Les figures 7, 8 et qui schématisent les opérations d'usinage des tranches de panneaux T et demi-tranches tl et t2. Les figures 9 et 1D représentent deux modes d'assemblage du ski a partir de tl et t2. Les figures il et 19 représentent deux coupes d'un ski réalisé conformement à l'invention. Les cotes des éléments de ski conformes à l'invention, citées dans la description des figures, concernent un ski alpin de piste pris à titre d'exemple de réalisation. Selon la figure 1 la structure cannelée se compose de cannelures ayant des parois verticales l qui determinent la hauteur h du panneau sandwich ét des bases horizontales 2 qui définissent le module m'de la denture. Ces deux parties de la cannelure font entre elles un angle e a 900 (fig. 1 et 2). Selon la valeur de l'angle 0, les cannelures auront une forme parallépipédiques (fig. 1) ou trapezordales (fig. 2). Le procédé d'obtention de la structure cannelée conforme à la figure 1, sera fonction du materiau choisi. Si l'on part d'une feuille métallique AG3 de 0,3 mm d'épaisseur par exemple, il sera nécessaire, pour obtenir un angle e proche de 900, d'opérer en deux temps : passer d'abord la feuille (de 1,20 x 2 m par exemple) entre deux rouleaux de 2 mètres de long ou plus, s'embottant à la façon des engrenages et ayant une denture de forme voisine à celle des cannelures de la fig. 2 L'angle e sera alors proche de' 1200, pour le rendre voisin de 900, il faudra alors matricer les cannoe- lures à la sortie des rouleaux cannelés, le mouvement alternatif du poinçon pouvant être asservi à la vitesse de rotation des roupeaux. La technique des rouleaux cannelés est celle utilise pour onduler ou gaufrer les feuilles d'AG3 destinés à la fabrication des nids d'abeilles à parois épaisses. Si l'on part de feuilles de préimprégnés, tissu de verre + resine polyester ou résine époxy, l'ossature ou tBle ondulée des fig. 1 ou 2 pourra être obtenue par compression à chaud des feuilles de preimpregnés dans des sortes de moules à gaudres". Ces moules pourront être superposés dans un sac à vide ou sous une presse étant donné leur faible encombrement en hauteur. La temperature du cycle de durcissement sera la plus elevée possible (140 à 2000C) pour accélérer la polymérisation (1 à 2 minutes avec le polyester) et obtenir des resistances mécaniques elevées à haute temperature, intéressantes lors des opérations d'assemblage ulterieures avec films adhésifs ou preimprégnes. Les cotes de largeur d'un ski alpin sont au maximum de 90 mm (au point de contact avant à la base de la spatule) et de 70 mm à la partie la plus étroite de la taille de guêpe, tandis que l'é- paisseur maximale du noyau est d'environ 16 mm. Pour ce type de ski, le module m de la cannelure, avec un angle e égal ou très proche de 90 , pourra judicieusement être fixé à 9,5 mm et la hauteur h à 20 mm. Les trois types de panneaux pris comme exemple de réalisation, représentés sur les figures 3, 4 et 5, sont destinés à donner des noyaux de skis dont le processus d'usinage ne diffère que par la technique d'obtention des cotes de largeur du ski qui est schéma tisée par les figures 8, 9 et 10. Ces panneaux comportent la même structure cannelée métallique ou en stratifié, les mêmes peaux S1 et S2 (sauf le panneau de la fig. 5) en stratifié obtenues à partir de préimprégnés ou de tissus imprégnés sur place (technique de la voie humide), seules la localisation et éventuellement la densité des baguettes d'apport different. Le panneau tel que représenté sur la figure 3, possède des baguettes C toutes les dix alvéoles, ce qui délimite des tranches T d'une largeur de 95 mm de largeur. Chacune de celles-ci permet d'obtenir deux noyaux de ski N1 et N2 complémentaires, par unpro- filage d'épaisseur sur "lit de forme" selon la figure 7. A partir des tranches T de la figure 3, le profil de largeur du ski est obtenu par enlèvement de matière (figure 8) sur les deux demi par ties t1 et t'1 du noyau N1 déjà profile en épaisseur. Au moment de l'assemblage final dans la coquille de moulage, on rapprochera, comme le montre la figure 9, ces deux demi-noyaux de façon à obtenir les cotes de largeur finales du ski.L'effort de déformation par flexion latérale à exercer sur les deux demi-noyaux pour les amener de la position A à la position B dans la coquille, est très faible étant donné la largeur des deux pieces (35 mm au niveau de la taille de guêpe), leur longueur de deux metres et le daplace- ment de 10 mm à imposer à-chacune d'elle pour les amener en contact. Le panneau de la figure 3 comporte en outre 3 baguettes b1, b2, b3 ; positionnées entre les baguettes C en laissant vides 6 al véroles. La baguette b2 est refendue en deux au moment de la dacou- pe des noyaux N1 et N2 en deux parties. Au moment du profilage de largeur (fig. 8), on enlève deux bandes qui ont une largeur de 10 mm dans la partie etroite du ski. Ces chutes pourront être ré cupérées et servir d'inserts dans la zone d'ancrage des vis de fi xation qui est précisément la partie étroite du ski, en étant placées lors de l'assemblage final, dans deux alvéoles vides contre les chants latéraux, sur une longueur d'environ 60 cm. Le volume total des 3 baguettes b1, b2, b3 est, après les opérations de profilage d'un noyau,d'environ 300 cc. On voit qu'en passant d'un matériau comme une mousse acrylique de densité 0,1 a un élastomère légèrement expansé de densité 0,9, on pourra faire varier le poids d'un même ski alpin d'environ 250 gr sans pratiquement modifier sa rigidité. En considérant le poids total d'un ski de 2 m ; cela équivaudra pour un ski conforme à l'invention, a une variation possible de celui-ci dans une fourchette allant de 1850 à 2100 gr ; le poids de l'ossature cannelée seule en AG3 de 0,3 mm ou stratifié de 0,5 mm étant d'environ 210 gr. Cette variation de poids s'accompagnera avec l'adoption de baguette en matériau élastomérique à haute densité par exemple d'un amortissement des vibrations très amélioré, car l'augmentation relative de masse sera de plus en plus grande pour le noyau en allant vers les extrêmités du ski. Ce type de ski très amorti pourra être destiné à la compétition de descente. Le panneau de la figure 4 permet d'élaborer des noyaux N1 et N2 mais avec des tranches plus etroites de 76 mm (8 cannelures au lieu de 10). Pour obtenir les cotes de largeur du ski, on utilise alors deux demi-noyaux de largeur constante égale à la moitié de la taille de guêpe du ski, qui sont ensuite écartés vers les extrêmités contre les parois de la coquille a l'aide de coins ou d'entretoise selon la figure 10. Le panneau de la figure 5 permet d'utiliser l'une des deux techniques schématisées sur les figures 9 et 10 pour l'obtention des cotes de largeur, selon qu'il possede 8 ou 10 cannelures entre les baguettes C pour chants latéraux. Les figures 11 et 12 représentent deux coupes d'un ski alpin de piste réalisé conformément à l'invention à partir d'un panneau selon la fig. 3. La figure il est une coupe à la taille de guêpe et la figure 12 une coupe au point large avant (base de la spatule). Le ski selon l'invention est conçu pour la fabrication en grande série d'une gamme complète de skis dont l'essentiel de la structure interne est identique, mais dont on peut faire va rier facilement des caractéristiques liées au comportement sur neige. REVENDICATIONS 1. Ski à structure alveolaire semi-tubulaire muni d'une semelle de glisse caractérisé par sa structure interne composée principa lement de cellules parallépipédiques ou trapézoîdales, lesquelles cellules ou alvéoles ont leurs parois parallèles aux chants late raux du ski, une longueur egale à celle du noyau du ski, une lar geur constante et une hauteur qui est directement fonction de l'épaisseur du ski. 2. Ski selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les alvéoles de sa structure interne sont confectionnées à partir de feuilles minces métalliques. 3. Ski selon la revendication 1 taracterise par le fait que les alvéoles de sa structure interne sont confectionnées à partir de feuilles de tissu de fibres de verre ou autre, imprégné de résine thermodurcissable. 4. Ski selon les revendications 1, 2 et 3 caractérise par le fait qu'une proportion variable de ses alvéoles sont vides, les autres etant remplies -par des baguettes de matière plastique cellulaire ou de bois, de densité 0,1 à 0,9. 5. Ski selon les revendications 1, 2 ou 3, caracterise par le fait que toutes ses alvéoles sont remplies à l'aide de baguettes en matière plastique expansée de faible densité ou d'autre maté riau cellulaire. 6. Ski selon les revendications 1, 2, 3, 4, 5, caractérisé par le fait que ses demi-alvéoles latérales sont remplies par ses chants latéraux en matériau plastique ou élastomérique. 7. Ski selon les revendications 1, 2, 3, 4 et 5, caractérisé par le fait que ses chants latéraux sont obtenus à partir de ba guettes en caoutchouc extrudées sous la forme de chants jumeles conformes à la figure 6. 8. Ski selon les revendications précédentes, caractérisé par le fait que son procedé d'elaboration consiste à confectionner un panneau sandwich dont l'élément principal est une ossature cannelee dont les cannelures ont une hauteur constante et une largeur constante. 9. Ski selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le panneau sandwich comporte outre son ossature cannelée des baguettes en matière plastique ou élastomérique expansée, en caoutchouc ou en bois de section egale à celle des cannelures obtenues par usinage ou directement par extrusion et assembles par collage à l'ossature. 1D. Ski selon la revendicatian 8, caractérisé par le fait que le panneau sandwich comporte outre son ossature cannelée et des baguettes de remplissage, deux feuilles de résine thermodurcissable, armée de fibres de verre ou autres. 11. Ski selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'une partie des alvéoles délimitees par les deux feuilles de stratifié et l'ossature est laissée vide, les autres étant remplies à intervalle régulier par des baguettes pour chants lateraux et par d'autres baguettes à mi-distance des précédentes. 12. Ski selon les revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'usinage à partir du panneau sandwich est effectue par la découpe de tranches égales T, profilées en épaisseur selon la figure 7, en largeur selon la-figure 8 et assembles selon les figures 9 ou 10 pour constituer un noyau de ski assemble par collage simultanément avec la semelle de glisse, les carres acier s'il y a lieu et la surface superieure éventuelle par l'intermédiaire de tissus imprégnes de résine thermodurcissable à l'intérieur du moule d'assemblage final du ski. 13. Ski selon la revendication 12, caractérise par le fait que lors du profilage en largeur des tranches t, les chutes sont ré cupérées pour constituer des inserts destinés à l'ancrage des vis de fixation et assemblés par collage dans les alvéoles jouxtant les chants latéraux, dans la partie la plus étroite du ski.