Brevet FR2565837A1 — publié le 19851220

La présente invention se rapporte à une structure de ski et concerne plus précisément des entretoises isotropes de renforcement, qui sont disposées entre la surface supérieure et la surface inférieure de glissement du ski et qui permettent d'augmenter de manière voulue deux carac téristiques primordiales du ski, en fonction de la nature et de la quantité de la matière de renforcement utilisée. La popularité constante du ski alpin ou de descente a concentré l'attention sur la structure à donner aux skis pour obtenir un ski qui corresponde mieux aux techniques perfectionnées utilisées maintenant par les skieurs et aux vitesses plus grandes obtenues grâce à ces techniques. Cette popularité croissante a entrainé une modification des matières utilisées dans les skis, dans le but de créer des skis plus performants obtenus à des prix de revient plus faibles. Les skis n'ont été fabriqués qu'en bois, en des matières composites bois/matière plastique, ou entièrement en matière plastique. I1 a été aussi fabriqué des skis entièrement métalliques ou incorporant un métal dans une âme composite bois/matière plastique ou entièrement en matière plastique.En particulier, l'apparition de skis de grande performance en bois et fibres de verre et aussi en fibres de verre et mousse de matière plastique a intensifié les efforts des fabricants pour résoudre les problèmes consistant à réaliser un ski en matières de grande qualité qui améliorent la rapidité de rappel élastique, la fréquence naturelle recherchée, la résistance voulue à la torsion, ce ski comportant des carres en acier opposant une meilleure résistance aux chocs. Divers essais ont été faits pour tenter de résoudre ces problèmes, au fur et à mesure de la productionJ par l'industrie concernée, de skis à grande performance. Au début, les skis comportaient seulement une âme en bois. I1 a été utilisé pe-ndant un certain temps une âme en une matière plastique telle qu'une mousse d'uréthanne, disposée dans une structure d'aluminium en nid d'abeilles. Mais, du fait de la nature plus performante des skis actuels, ces skis composites sont soumis à des contraintes de flexibilité plus élevées, auxquelles les skis ayant les conformations précitées ne résistent pas ou donnent à l'utilisateur une impression de mollesse. Aucune des structures précitées n'a fourni de skis équilibrant les considérations de prix des matières premières, de difficulté de profiler le ski pendant sa fabrication et autres problèmes et inconvénients qui se manifestent pendant les opérations de moulage et d'assemblage utilisées actuellement pour fabriquer les skis. De plus, à ce. jour les conceptions de l'art antérieur n'ont pas réussi à donner des constantes d'élasticité axiale, comparables à celles qui ont été obtenues dans les skis de compétition, pour les skis d'amateur de longueur donnée utilisés par le grand public, tout en augmentant la rapidité de rappel élastique. Les skis pour amateurs sont caractérisés typiquement par leur souplesse ou flexibilité, parce qu'ils permettent aux skieurs d'exécuter des virages à vitesse relativement faible. I1 est plus difficile, avec les skis rigides ou non flexibles utilisés typiquement pour les épreuves alpines, de virer aux faibles vitesses atteintes normalement par les skieurs amateurs. Une augmentation de la rapidité de rappel élastique facilite la sortie d'un virage.Par conséquent, la réalisation optimale pour un ski d'amateur est une exécution qui est souple ou flexible et a une grande rapidité de rappel élastique permettant à un non-professionnel d'entamer un virage à vitesse relativement faible, en raison de la flexibilité donnée au ski, mais qui donne aussi au skieur une impression plus vive et aide le ski à sortir d'un virage en raison de l'augmentation recherchée de la rapidité de rappel, comparable à celle des skis de compétition qui ont une plus grande rigidité et de plus.grandes constantes d'élasticité axiale. Les problèmes. ci-dessus sont résolus avec la réalisation selon la présente invention, grâce à une structure qui crée une augmentation de la rapidité de rappel élastique du ski et une sensation plus vive avec des constantes élastiques d'ensemble plus faibles en fournissant un ski à réaction plus rapide ou assurant des changements de direction plus rapides en. virage. L'invention a notamment pour objets d'équiper dn ski de descente d'éléments de raidissement à module élevé, qui sont incorporés dans une âme en bois et mousse, à module relativement faible, de façon à augmenter les performances du ski ; de réaliser une structure qui présente une rapidité de rappel plus grande et donne au skieur une sensation plus vive pour une constante élastique axiale d'ensemble faible ; et d'obtenir une plus grande fréquence naturelle, une meilleure résistance à la torsion et une meilleure résistance aux chocs des carres en acier. C'est en effet une caractéristique de l'invention que de prévoir au moins deux entretoises de raidissement en une matière ayant un module prédéterminé élevé par rapport à celui relativement faible d'une âme en bois et mousse1 ces entretoises étant disposées entre la surface supérieure et la surface inférieure de glissement du ski, ce qui augmente les performances de celui-ci. Selon une autre caractéristique de l'invention, ces entretoises offrent une plus grande résistance au déplacement des carres en acier par rapport au corps du ski sous l'effet d'un choc pendant l'utilisation. Un avantage de l'invention réside en ce que la structure améliorée donne un ski à réaction plus rapide, ou permettant de changer plus vite de direction. Un autre avantage de l'invention consiste dans le fait que la structure améliorée fournit un ski à grandes performances, à flexion plus souple et donnant une sensation plus vive. Un autre avantage encore de l'invention est de donner au ski une plus grande résistance à la torsion. Un avantage -supplémentaire de la structure selon la présente invention est de donner un ski flexible ou souple, à grande rapidité de rappel élastique, possédant de meilleures caractéristiques de pénétration'et de maintien sur une surface de neige ou de glace, en raison de sa meilleure résistance à la torsion synchronisée avec la flexion longitudinalè. Conformément à l'invention, il est disposé dans le ski, entre ses flancs, des entretoises de raidissement qui ont une orientation en général perpendiculaire à la surface supérieure et à la surface inférieure de glissement du ski et sont en une matière à module d'élasticité relativement 'élevé par rapport à celui des matières bois/mousse de l'âme, ce qui donne au ski une rapidité de rappel déterminée plus grande et une fréquence naturelle déterminable à volonté. L'invention sera décrite ci-dessous de manière plus détaillée, en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs, sur lesquels la figure 1 est une vue en perspective latérale d'un ski comportant la structure selon la présente invention la figure 2 est une coupe transversale par la ligne 2-2 de la figure 1, montrant la structure selon l'invention; la figure 3 est une vue partielle en coupe, représentant une autre forme de réalisation des rebords supérieurs utilisés dans un ski selon la présente invention; la figure 4 est une coupe d'une variante de réalisation de la structure selon l'invention ; et la figure 5 est une coupe analogue à celle de la figure 2, représentant une autre variante de réalisation de la structure selon l'invention, comportant une âme en bois et mousse, à tiges de raidissement en graphite. la figure l représente en perspective latérale un ski 10 ayant une surface supérieure 11, une surface inférieure 12 et deux surfaces latérales ou flancs 14, opposées (dont une seule est visible). Le ski 10 a une longueur prédéterminee. La figure 2 représente en coupe la structure selon l'invention. La surface supérieure 11 est une feuille ou couche d'acrylonitrile butadiène styrène (ABS). Il y a sous cette surface 11 et dans la partie centrale du ski po une couche 15 de fibres de verre unidirectionnelles, d'épaisseur prédéterminée. Des rebords supérieurs 16 en matière plastique, ayant toute la longueur du ski, so ç adjacents à cette couche 15 de fibres de verre, sur les deux côtés. Le fait d'utiliser une matière plastique au lieu d'un métal tel que l'aluminium dans un ski à carres massives pour les rebords supérieurs 16, sert à réduire, pour une même charge, la contrainte dans les carres 21. Des entretoises 18 de raidissement, disposées perpendiculairement et adjacentes à chacun des flancs 14, s'étendent sur une longueur inférieure à la longueur du ski et vont des rebords supérieurs 16 en matière plastique à la couche inférieure 19 en fibres de verre unidirectionnelles. Ces flancs 14 sont en ABS et servent à protéger les entretoises 18 et à former la surface extérieure du ski. La couche inférieure 19 de fibres de verre unidirectionnelles sert aussi à donner de la rigidité au ski. Il y a sous cette couche 19 une feuille de caoutchouc 20, qui a toute la largeur du ski. Cette feuille 20 aide à unir les carres d'acier 21 aux flancs 14 et aux entretoises 18, ainsi qu'à contribuer à limiter les vibrations du ski 10 pendant son utilisation. Les carres 21 disposées sous la feuille de caoutchouc 20 peuvent être massives ou fendues, au choix. On sait qu'une carre massive fait plus vibrer le ski, toutes choses égales par ailleurs, et permet de couper la tension superficielle entre la surface inférieure 12 et la neige. Si les carres 21 sont fendues, de manière connue, elles transmettent moins de vibrations au ski. Il y a intérieurement aux carres 21 une couche inférieure 22 composée, soit de polyéthylène, soit d'aluminium. Si c'est de l'aluminium qui est utilisé, comme pour les skis pour slalom géant, les caractéristiques de vibration du ski sont accrues par augmentation de sa fréquence naturelle. Dans un ski de ce genre, il est opportun de dissiper la tension superficielle ou adhérence ou aspiration d'eau entre la surface inférieure de glissement 1 2 de ce ski et la neige. Le polyéthylène est utilisé comme charge dans cette couche intérieure si l'on n'a pas besoin d'une fréquence naturelle élevée. La surface inférieure 12 du ski est en polyéthylène et constitue la majeure partie de la surface de contact avec la neige. On voit, près de la surface supérieure du ski 10 et sous la couche 15 de fibres de verre, une couche 24, qui est formée de polyester et de fibres de verre non orientées, à l'emplacement de la plaque porte-fixations. Cette couche n'est. utilisée qu'à cet emplacement, afin de donner au ski une plus grande force de retenue des vis lorsque les fixations sont montées. Extérieurement à l'emplacement des fixations, cette couche est remplacée par le bois de l'âme, désignée dans son ensemble par le nombre 25. Il y a, à l'emplacement de la plaque des fixations et sous la couche 24 de polyester et fibres de verre, une feuille 23 de liaison. Cette feuille 23 compense tout défaut d'alignement de l'âme 25 en bois et a aussi pour but principal de renforcer la résistance à l'arrachement de la fixation. La feuille 23 peut être composée de toute matière élastomère appropriée, bien que le caoutchouc ou un ionomère soient préférés.Lorsqu'il est soumis à la compression par une presse, le caoutchouc ou l'ionomère agit à la façon d'une pellicule adhésive qui facilite l'union de la couche 24 à l'âme 25. Des vides 27, adjacents à cette couche 24 de polyester et- fibres de verre, sont des espaces emplis d'air et ménagés de chaque côté entre les entretoises 18. Ces vides n'existent aussi qu'à l'emplacement de la plaque porte-fixations. L'âme 25 est formée de feuilles de peuplier et de bouleau qui sont contre-collées de façon à être perpendiculaires aux surfaces supérieure 11 et inférieure 12. A la partie extérieure de l'âme, adjacente les entretoises 15, il y a deux feuilles 26 adjacentes de peuplier qui sont assemblées au moyen d'un adhésif approprié. Une feuille 28 de bouleau est adjacente à ces feuilles 26 de peuplier. Les couches alternées successives de peuplier, bouleau et peuplier sont aussi stratifiées. Les deux feuilles 26 intérieures en peuplier de l'âme 25 sont séparées par un espace 29 d'introduction de coins, qui est étroit au milieu du ski, mais s'élargit vers les extrémités opposées de celui-ci. Cet espace 29 constitue un vide qui s'étend sur la quasi-totalité de la longueur prédéterminée du ski et dans lequel sont insérés environ trois coins (non représentés), de façon à permettre de courber ou façonner les baguettes de l'âme ou les feuilles alternées de bouleau et de peuplier pendant la fabrication du ski pour lui donner son contour latéral ou sa forme géométrique. C'est cette forme géométrique et le diagramme de flexion du ski qui définissent son rayon de virage. La figure 3 représente partiellement une variante de conformation qui peut être utilisée pour les rebords supérieurs. Il est ajouté à la structure ci-dessus décrite des rebords supérieurs 30 (dont un seul est représenté). Ce rebord 30 est toupillé sur ses surfaces extérieure et supérieure 11, au lieu d'avoir la conformation légèrement effilée représentée sur la figure 2. Ces rebords 30 peuvent par ailleurs être en aluminium. La figure 4 représente une variante comportant deux jeux d'entretoises, des entretoises 15 disposées extérieurement et un second jeu 30' disposé intérieurement. Ces entretoises intérieures 30' peuvent être en aluminium ; elles sont disposées sur les côtés opposés de l'espace 29 d'introduction de coins et elles augmentent encore la rapidité de rappel élastique et la résistance à la torsion. La figure 5 représente la configuration en coupe d'un ski 10 à âme en bois et mousse. Ce ski 10 comporte une surface supérieure 34 qui recouvre les rebords supérieurs 35 en matière plastique et la couche stratifiée 36 subissant la compression. L'âme du ski est formée de la combinaison d'une partie 3B en polyuréthanne et d'une partie 39 en bois. Les entretoises 40 de raidissement sont disposées extérieurement à la partie 39 en bois, de chaque côté du ski 10, et s'étendent sur une longueur inférieure à la longueur prédéterminée du ski 10, des rebords 35 à une couche 46 de renforcement. Un espace 41 d'insertion de coins sépare les deux parties 38 en polyuréthanne. Si le ski comporte des cordons 42 de fibres de renforcement, ils sont au moins partiellement logés dans une rainure 44 usinée dans les parties 39 en bois et qui s'étend alors sur la quasi-totalité de la longueur du ski. Des parois latérales 45, qui protègent les flancs du ski, sont disposées verticalement contre les entretoises 40, des côtés opposés de ce ski. La couche 46 de renforcement de la résistance à la torsion est disposée sous les parties 38 et 39 de l'âme, les entretoises 40 et ces parois latérales 45. Une couche stratifiée 48 de résistance à la traction et de portée principale est disposée sous cette couche de renforcement 46. Les carres 49 sont disposées le long des deux flancs du ski. Une couche inférieure 50 de liaison est disposée au-dessus de ces carres 49 et sous la couche stratifiée 48 de renforcement.Une surface inférieure 51 de glissement est disposée sous la couche 52 d'équilibrage thermique et se situe entre lesdites carres 49 (et entre les parois latérales 45 du ski 10). Les cordons 42 de fibres de raidissement peuvent être disposés sur le côté de compression ou dans la partie en compression de la structure en sandwich du ski 10, ce qui les place au-dessus de l'axe neutre de ce ski. Cela permet de dispo-ser à volonté ces cordons 42 au-dessus ou en-dessous de la feuille ou couche stratifiée 36 soumise à la compression. Il est possible de vérifier préalablement les propriétés physiques des cordons 42 de fibres de raidissement, avant de les inclure dans la structure composite du ski 10, afin de s'assurer que ces propriétés voulues pc?lvrrll ê't ci i'cproduite' sûremenL, à l'intérieur des-tolérances de réalisation, pendant la fabrication du ski. On effectue des contrôles de la résistance à la flexion et du module d'élasticité en flexion, de la résistance au cisaillement de la liaison adhésive et, si du graphite est utilisé, de la proportion en poids des fibres de graphite dans le cordon. Les propriétés physiques de ces cordons 42 de raidissement sont donc déterminées indépendamment de la structure finais du ski. On notera que les entretoises 18 et 30' peuvent être en graphite, en aluminium, en aramide, en bore ou en une autre matière appropriée. La considération essentielle consiste à former ces entretoises en une matière à module élevé, incorporée dans une âme en bois de module relativement faible,. de façon à obtenir un ski ayant une plus grande rapidité de rappel élastique et donnant une sensation plus vive, pour une constante élastique axiale d'ensemble plus faible, de manière à produire un ski à réaction plus rapide, ou permettant de modifier plus rapidement la direction en virage. On obtient ce résultat du fait du rapport entre les modules de flexion de Young des matières utilisées, les conditions étant telles que la constante de proportionnalité de flexion ou d'élasticité peut être définie par l'équation E = . Par conséquent, comme prévu par la présente invention, on sait qu'une âme en bois a un module d'élasticité égal à environ 6,895 GPa. Dans un matériau composite, le graphite a un module d'élasticité d'environ 140,7 GPa, tandis que celui de l'aluminium est égal à environ 71,7 GPa. Ainsi, la plage utilisable pour le rapport du module des entretoises de raidissement à celui de l'âme est compris entre environ 25/1 et 8/1, la plage préférée étant comprise entre environ 12/1 et 9/1. Le rapport entre le module d'élasticité de la matière optimale et sa densité est élevé , la densité des matières utilisees Lutant approximativement de 0,40 pour le bois, 1,30 pour un composite graphité et 2,61 pour l'aluminium. il est possible d'utiliser diverses mousses dans l'âme en bois/mousse. La préférée est une mousse de polyuréthanne dont la densité peut aller de 0,128 à 0,60 suivant le fournisseur. De façon générale, plus la densité est est élevée, plus le rapport du module d'élasticité à cette densité est faible. Par exemple, avec une mousse de polyuréthanne de densité 0,128, le rapport du module d'élåsti- cité à la densité est environ 177,8 x 106, tandis qu'avec une mousse de polyuréthanne de densité 0,4, ce rapport est égal à environ 137,2 x 106 et qu'avec une mousse de polyuréthanne de densité 0,6, il tombe à environ 114,3 x 106. En variante, il est possible d'utiliser une mousse de polyméthacrylimide, telle que celle qui est vendue sous la marque "ROHACELL", ayant une densité de 0,07 environ. Avec ce type de mousse, le rapport du module d'élasticité à la densité est égal à environ 190,5 x 108. Il a été constaté que les constantes élastiques axiales des skis ayant la conformation selon l'invention sont comprises entre environ 31,55 N/cm et 36,8 N/cm pour des skis de longueur comprise entre 190 et 205 cm. Ces constantes élastiques ont été mesurées au moyen d'une cellule à charge maximale de 227 kg, reliée à un transducteur Doric à affichage numérique en liaison avec un appareil Saginaw à mécanisme à déplacement prédéterminé, alimenté en courant continu. Le déplacement prédéterminé utilisé était égal à environ 2,54 cm. La grande résistance des carres aux chocs, dûe à la conformation des entretoises de raidissement, donne au ski une plus grande durée de service. Cela provient du fait que l'énergie du choc est transmise à ces entretoises par les carres 21 ou 49 et la couche 19 de fibres de verre unidirectionnelles, ou par les couches 46, 48 et 50 de la figure 5. L'énergie de compression du choc est donc dissipée le long de l'entretoise, qui s'étend le long de toute la surface du ski en contact avec la neige, ce qui a pour effet de disperser les contraintes concentrées de choc, en prolongeant la durée des carres en acier 21 ou 49 et de la surface de dessous 12 ou 51. Il convient aussi de remarquer que les entretoises peuvent être unies aux autres composants du ski avant ou pendant le moulage de celui-ci. Cette technique de fabrication a été appliquée à un ski à exécution stratifiée, mais elle peut aussi être utilisée dans un processus de moulage à enveloppe humide ou par injection. Il va de soi qu'il est possible, sans s'écarter du domaine de l'invention, d'apporter diverses modifications aux skis à âme en bois et mousse renforcée par des entretoises, représentés et décrits. REVENDICATIONS 1. Ski de longueur prédéterminée, comportant une âme composite (25), qui comprend une partie (39) en bois et une partie (38) en mousse plastique et dont le module d'élasticité est connu, ce ski (10) comportant une surface supérieure (11,34), une surface inférieure (12 ; -51) de glissement, limitée sur ses côtés opposés par des carres métalliques (21,49) et deux flancs (14,45) opposés, perpendiculaires à ces surfaces supérieure (11,34) et inférieure (12,51) et situés entre elles, ski caractérisé en ce que a) la partie en mousse (38) de l'âme (25) est disposée intérieurement à la partie en bois (39), celle-ci présentant une rainure longitudinale (44) dans laquelle est encastré un cordon (42) de fibres de raidissement ; et b) il comporte au moins deux entretoises de raidissement (1S ; 30' ; 40), qui sont perpendiculaires aux surfaces supérieure (11, 34) et inférieure (12, 51), y sont reliées et sont disposées intérieurement aux flancs (14, 45) et adjacentes à la partie en bois (39) de l'âme, ces entretoises étant en aluminium et ayant un module d'élasticité relativement. élevé par rapport à celui de l'âme composite (25), donnant un rapport élevé entre le module d'élasticité et la densité de la matière combinée des entretoises et de-celles de l'âme composite, ce qui impartit au ski une plus grande rapidité de rappel élastique et une fréquence naturelle déterminable à volonté. 2. Ski de longueur prédéterminée, caractérisé en ce qu'il comprend a) une surface supérieure (11,34) b) une surface inférieure (12,51) de glissement, à côtés opposés, qui- y est limitée par des carres métalliques (21,49) prolongées sur toute la longueur du ski c) deux flancs opposés (14, 45), perpendiculaires à ces surfaces supér.ieure (11, 34) et inférieure (12, 51);; d) une âme composite (25) de largeur prédéterminée, formée d'une partie en bois (39) et d'une partie (38) en mousse plastique à module connu d'élasticité, et disposée centralement entre -,s deux flancs (14, 45), cette partie en bois (39) étant extérieure à la partie (38) en mousse et comportant une rainure (44) longitudinale dans laquelle est encastré un cordon (42) de fibres de raidisse e) des rebords supérieurs (18 ;; 35) en une matière prédéterminée, disposée au moins partiellem-nt sous la surface supérieure (11, 34), adjacents aux flancs (14, 45) et posés sur eux, et ayant sensiblement la longueur du ski f) une couche (19, 46) d'épaisseur prédéterminée en une matière de nature prédéterminée, passant au moins partiellement sur les carres (21, 49) g) une couche (20, 50) d'une matière de liaison, disposée entre cette couche (19, 46) en matière de nature prédéterminée et ces carres (21, 49) et h) au moins deux entretoises (18 ; 40) de raidissement, qui sont disposées extérieurement à l'âme composite (25), sont adjacentes à la partie en bois (39) de cette âme et adjacentes intérieurement aux deux flancs (14, 45), sur une distance inférieure à la longueur du ski, et sont reliées par une extrémité aux rebords supérieurs (16, 35) et, par l'autre extrémité, à la couche (19, 46) de matière de nature prédéterminée, ces entretoises étant perpendiculaires aux surfaces supérieure (11, 34) et inférieure (12, 51) et étant constituées d'aluminium ayant une épaisseur prédéterminée et un module d'élasticité connu, qui est relativement grand par rapport à celui de l'âme composite (25), de façon à donner au ski (10) une plus grande rapidité de rappel élastique et une fréquence naturelle de vibrations déterminable à volonté. 3. Ski i selon la revendication 1, caractérisé en ce que les entretoises (18,30' ; 40) de raidissement sont disposées entre l'âme composite (25) et les flancs opposés (14, 45). 4. Ski selon l'une des revendications 1 et 2, carac- térisé en ce que l'âme composite (25) présente un espace (29 ; 41) pour introduction de coins, qui a sensiblement la longueur du ski et qui divise cette âme en deux parties égales dans le sens de sa largeur. 5. Ski selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte deux autres entretoises (30') de raidissement, disposées de part et d'autre de l'espace d'insertion de coins et perpendiculaires aux surfaces supérieure (11) et inférieure (12) de ce ski. 6. Ski selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux autres entretoises (30') sont en aluminium. 7. Ski selon la revendication 2, caractérisé en ce que les rebords supérieurs (16, 35) sont en une matière plastique. 8. Ski selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche (19) de matière de nature prédéterminée est composée de fibres de verre unidirectionnelles. 9. Ski selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le rapport du module d'élasticité de la matière des entretoises de raidissement (18, 40) à celui des matières de l'âme composite (25) est supérieur à environ 8/1 - 10. Ski selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la partie en mousse (38) de l'âme (25) est composée de mousse de polyuréthanne. 11. Ski selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la matière en fibres de raidissement forme plusieurs cordons '(42) disposés symétriquement sur la section du ski, entre les flancs (45).