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Prüfgerät für bei Stürzen lösbare Skibindungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Prüfgerät (Einstellgerät) für bei Stürzen lösbare Skibindungen mit bis zu vier Freiheitsgraden.
Im allgemeinen haben lösbare Skibindungen ("Sicherheits-Skibindungen") einen oder zwei Freiheitsgrade, nämlich (als l. Freiheitsgrad) die seitliche Auslösung an der Schuhspitze (Backen-Auslösung) und (als 2. Freiheitsgrad) die Fersenauslösung am Absatz des Skischuhes. Die weitere Entwicklung von lösbaren Skibindungen umfasst jedoch (als 3. Freiheitsgrad) eine Auslösung an der Schuhspitze nach oben (für den Sturz nach hinten) und (als 4. Freiheitsgrad) eine Kipp-Auslösung nach beiden Seiten (quer zur Ski-Längsachse).
Das erfindungsgemässe Prüfgerät ist zur Prüfung und Einstellung von lösbaren Skibindungen, welche bis zu vier Freiheitsgrade aufweisen, bestimmt, wobei die jeweils (nach dem Freiheitsgrad) zulässigen Momente für die Auslösung gemessen und eingestellt, die Einstellung der Skibindung daher geprüft werden soll.
Auf Grund von wissenschaftlichen Untersuchungen hinsichtlich der Bruch-Biegemomente und Bruch-Drehmomente von menschlichen Schienbeinknochen ist die Abhängigkeit dieser Bruch-Momente vom Schienbeinkopfdurchmesser (gemessen unterhalb des Knies) und vom Lebensalter gegeben. Danach richten sich nun die zulässigen Momente für die verschiedenen Freiheitsgrade, wobei für den l. Freiheitsgrad (seitliche Backen-Auslösung) das für den Schienbeinknochen zulässige Drehmoment, für die übrigen Freiheitsgrade das für den Schienbeinknochen zulässige Biegemoment massgebend ist. Das zulässige Moment muss naturgemäss immer niedriger liegen als das Bruch-Moment, d. h., es ergibt sich bei richtiger Einstellung ein bestimmter Sicherheitsfaktor gegen Bruch.
Die Sicherheitsfaktoren bei reiner Verdrehung (Torsion) und bei reiner Biegung müssen so hoch angesetzt werden, dass auch im Falle der gleichzeitig wirkenden zusammengesetzten Beanspruchung auf Torsion und Biegung, also bei Berechnung des ideellen Biegemoments, dieses zusammengesetzte Moment das Bruch-Biegemoment nicht übersteigt. Nach Untersuchungen des Erfinders kann dieses zusammengesetzte (ideelle) Biegemoment (auch reduziertes Moment oder Vergleichsmoment genannt) nach der Schubspannungshypothese (nach Mohr) mit Hilfe der Gleichung
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berechnet werden, worin M = zulässiges Biegemoment am oberen Skischuhrand, Md = zulässiges Drehmoment, bedeuten, und der Faktor ao = 2, 2 eingesetzt werden kann.
Damit ergeben sich die Sicherheitsfaktoren gegen Bruch bei reiner Torsion zu fd = 1, 86 (= 86%), bei reiner Biegung (am Skischuhrand) zu fb = 1, 33 (= 33%), so dass bei Torsion + Biegung (zusammengesetzte Beanspruchung) noch ein Sicherheitsfaktor von fi = 1,08 (= 8,0So) gegeben ist.
Ausgedehnte Untersuchungen des Erfinders zeigten, dass insbesonders das auf den Schienbeinknochen zur Wirkung kommende Drehmoment (Md) nicht nur von dem eingestellten Moment der Backenbindung (1. Freiheitsgrad), sondern im starken Masse ausserdem von dem auftretenden Reibungsmoment abhängig ist, wobei sich dieses Reibungsmoment auf Grund der Reibung zwischen Skischuhsohle und Skioberfläche ergibt, daher auch im starken Masse einerseits vom
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Reibungskoeffizienten, anderseits von der Belastung (Flächenpressung auf Grund des Läufergewichts) abhängig ist.
Die Backenbindung (seitliche Auslösung nach beiden Richtungen) wird daher erst bei Überwindung des Bindungsmoments + des Reibungsmoments geöffnet, so dass die Einstellung und
Prüfung des zulässigen Drehmoments insbesondere bei der Backen-Auslösung (1. Freiheitsgrad) unbedingt bei zusätzlicher Gewichtsbelastung vorgenommen werden muss, da ohne Gewichtsbelastung (mit dem Reibungsmoment gegen Null) das Öffnungsmoment der Backenbindung wesentlich kleiner ist.
Naturgemäss treten aber in der Praxis (beim Skilauf bzw. bei einem Drehsturz) immer diese
Reibungsmomente auf, welche daher auf den Schienbeinknochen zusätzlich einwirken.
Alle bisher bekannten Vorrichtungen für die Prüfung und Einstellung von lösbaren Skibindungen (mit Ausnahme des älteren Vorschlages des Anmelders) berücksichtigen nicht das Reibungsmoment auf
Grund der Reibung zwischen Skischuhsohle und Skioberfläche, daher sind solche Geräte insbesondere für die Prüfung der tatsächlich auftretenden öffnungsmomente der Backenbindung (1. Freiheitsgrad) ungeeignet. Da ausserdem das Bruch-Drehmoment für Schienbeinknochen wesentlich niedriger liegt als das Bruch-Biegemoment (es beträgt rund 45% vom Bruch-Biegemoment), so liegt auch das zulässige
Drehmoment wesentlich niedriger als das zulässige Biegemoment. Dies bedeutet, dass ein
Schienbeinknochen wesentlich leichter durch Torsion gebrochen werden kann als durch Biegung.
Daraus ergibt sich bei der Einstellung und Prüfung der Öffnungsmomente für die Backenbindung (1. Freiheitsgrad) die unbedingte Notwendigkeit einer genauen Erfassung der auftretenden
Reibungsmomente, welche das Offnungsmoment der Backenbindung bei ungünstiger Gewichtsverteilung (die Belastung kann bis zum Läufergewicht ansteigen) sehr stark beeinflussen. Untersuchungen des
Erfinders zeigten, dass die Reibungsmomente durch Anbringung von Gleitstreifen aus
Polytetrafluoräthylen zwischen Skischuhsohle und Skioberfläche kleiner sind als ohne diese Gleitstreifen (Skischuhsohle direkt auf Skioberfläche). Trotz dieser Gleitstreifen (mit einem Reibungskoeffizienten von 0, 2) sind jedoch die Reibungsmomente so gross, dass sie bei der Prüfung und Einstellung insbesondere der Backenbindung berücksichtigt werden müssen. Ist z.
B. die Gewichtsbelastung 70 kp, so ergibt sich die Reibungskraft zu 70. 0, 2 = 14 kp ; bei einem Hebelarm dieser Reibungskraft von rund
25 cm wird dann das Reibungsmoment Mr = 14. 25 = 350 cmkp. Bei einem Schienbeinkopfdurchmesser von 10 cm (gemessen am Lebenden) beträgt das Bruch-Drehmoment 1200 cmkp und das zulässige
Drehmoment 645 cmkp. Das Reibungsmoment beträgt daher bereits rund 54% vom zulässigen Drehmoment bzw. rund 29% vom Bruch-Drehmoment. Daraus ist ersichtlich, dass auch bei Anbringung von Gleitstreifen aus Polytetrafluoräthylen das auftretende Reibungsmoment nicht vernachlässigt werden darf. Beim Fehlen solcher Gleitstreifen ergibt sich ein Reibungskoeffizient von 0, 4 bis 0, 5 so dass dann die Reibungsmomente mindestens doppelt so gross sein können, wenn bei einem Drehsturz eine ungünstige Gewichtsbelastung vorliegt.
Durch das erfindungsgemässe Prüfgerät wird diesen grundsätzlichen Forderungen hinsichtlich der Einstellung der für Schienbeinknochen zulässigen Dreh-und Biegemomente bei den verschiedenen Beanspruchungen mit Berücksichtigung der Reibungsmomente entsprochen.
Das erfindungsgemässe Prüfgerät ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass zur Prüfung von lösbaren Skibindungen mit bis zu vier Freiheitsgraden die Stange als Formrohrstab ausgebildet oder mit ihr ein Formrohrstab verbunden ist, der als Führung für Gewichte ausgebildet ist, wobei für diese eine Auflage auf einem über den Skischuhschaft nach oben vorstehenden Teil des Leistens angeordnet ist, und dass mit dem Formrohrstück mittels einer Steckverbindung ein Formrohrstück verbindbar ist, welches an seinem oberen Ende ein aus einem Längsbalken und einem Querbalken bestehendes und mit Einhängevorrichtungen für ein Dynamometer bzw.
eine Federzugwaage versehenes Balkenkreuz aufweist, wobei in beiden Formrohrstücken je eine ein Vierkant-oder Sechskantloch aufweisende Anschlussplatte für einen Drehmomentschlüssel befestigt und im Zentrum des Balkenkreuzes eine Bohrung für die Einbringung des Drehmomentschlüssels vorgesehen ist.
Die Aufbringung des zulässigen Drehmoments (Md) für die Einstellung der Backenbindung (1. Freiheitsgrad) erfolgt mittels eines handelsüblichen Drehmomentschlüssels mit Skala-Anzeige, wobei der Drehmomentschlüssel mit Vierkant- (oder Sechskant) Anschluss im Inneren des Stab-Unterteils und im Inneren des Stab-Oberteils angeschlossen werden kann. Bei lösbaren Skibindungen mit nur einem Freiheitsgrad (Backen-Auslösung) wird daher das zulässige Drehmoment (bei zusätzlicher Gewichtsbelastung) nur mit dem Stab-Unterteil mittels Drehmomentschlüssels zweckmässigerweise auf einem Werktisch eingestellt und geprüft. Bei lösbaren Skibindungen mit mehreren Freiheitsgraden wird der Stab-Oberteil auf den Unterteil aufgesteckt und die Steckverbindung durch Bolzen gesichert.
Dabei wird das Drehmoment für die Öffnung der Backenbindung mittels Drehmomentschlüssels am Stab-Oberteil aufgebracht. An jedem Ende des Balkenkreuzes befinden sich Einhängebolzen oder
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Einhängeösen für den Anschluss eines handelsüblichen Dynamometers (oder einer Federzugwaage), so dass die zulässigen Biege-oder Kippmomente bei lösbaren Skibindungen bis zu vier Freiheitsgraden aufgebracht und die Öffnungsmomente geprüft werden können.
Mit dem erfindungsgemässen Prüfgerät ist es daher möglich, alle Drehmomente und Biege-sowie Kippmomente, die in der Praxis beim Skilauf auftreten, aufzubringen (zu simulieren), wobei ausserdem die Grösse der auftretenden Reibungsmomente (Auslösung der Backenbindung, 1. Freiheitsgrad) bestimmt werden kann, wenn das Öffnungsmoment der Backenbindung einmal mit zusätzlicher Gewichtsbelastung und dann ohne diese gemessen wird. Die Differenz der öffnungsmomente ergibt dann das Reibungsmoment bei der aufgelegten Gewichtsbelastung.
Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen erläutert, die eine beispielsweise Ausführungsform des erfindungsgemässen Prüfgerätes schematisch darstellen. Es zeigen : Fig. 1 eine Seitenansicht des ganzen Gerätes mit Skischuh, Skibindung, Ski mit Schraubklemmen für die Fixierung und Fig. 2 die Draufsicht auf den Stab-Oberteil mit Balkenkreuz.
Im Skischuh --1-- befindet sich der symmetrische Leisten mit Leisten-Hinterteil --2-- und Leisten-Vorderteil-3--. Der Leisten-Vorderteil --3-- kann mittels Längen-Verstellschraube - -4-- heraus- oder hineingeschraubt werden, so dass die Länge des symmetrischen Leistens nach der Schuhgrösse eingestellt werden kann. Der symmetrische Leisten wird zweckmässigerweise aus Aluminium-Guss hergestellt oder aber aus Kunstharz gegossen ; in den Leisten-Hinterteil --2-- kann dann ein Formrohrstück --5-- eingegossen werden. Dieses Formrohrstück ragt über die Oberkante des Leistens hinaus und dient zum Anschluss des senkrechten Stabes. Die Oberkante des Leistens liegt
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Formrohrstück --8-- verschweisst, welches in den Formrohrstab-Unterteil--6--hineingesteckt werden kann.
Diese Steckverbindung wird vorteilhafterweise mittels Bolzen--9--gesichert. Das obere Ende des Formrohrstab-Oberteils--7--ist mit einem Längsbalken --10-- und Querbalken - 13 und 13'--verschweisst, so dass ein Balkenkreuz fest mit dem Formrohrstab verbunden ist.
Dieses Balkenkreuz wird aus dem gleichen Formrohr wie der senkrechte Stab hergestellt. Der Längsbalken --10-- wird im Zentrum des Balkenkreuzes mit einer Bohrung--10'--versehen,
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--10-- sindandern mit Anschlussmöglichkeit am Stab-Unterteil-6-, strichliert (schematisch) dargestellt. Ein handelsübliches Dynamometer (oder eine Federzugwaage) --19-- kann in X-X-Richtung oder Y-Y-Richtung an den Einhängebolzen --11, 13,14, 15-angeschlossen werden. Auf den Stab-Unterteil --6-- können Gewichte --20-- aufgeschoben werden, wobei das 1. Gewicht auf dem oberen Ende des Leisten-hinterteils --2-- aufliegt. In Fig. 1 wurden diese Gewichte im Schnitt
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--21-- und Fersenbindung --22--Schraubklemme--25--fixiert wird.
Diese Schraubklemmen --24 und 25-- sind mittels Schrauben --26-- auf dem Fussboden (oder Werktisch) --27-- befestigt.
Nach Einschieben des symmetrischen Leistens in den ganz geöffneten Skischuh wird der Schuh fest verschnürt (oder verschnallt), so dass der Leisten im Skischuh fest sitzt. Wird die Prüfung der Backenbindung mit seitlicher Auslösung (1. Freiheitsgrad) auf einem Werktisch vorgenommen, so wird nur der Stab-Unterteil --6-- verwendet, Diese Prüfung kann aber auch bei Fussboden-Montage mit
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betätigt. Dabei wird an der Skala des Drehmomentschlüssels abgelesen, bei welchem Drehmoment auf der Hochachse-Z-Z-- (entspricht der Schienbeinachse) die Öffnung der Backenbindung --21-- nach beiden Seiten erfolgt (Prüfung des 1. Freiheitsgrades). Wird diese Messung des Drehmoments ohne Gewichte --20-- durchgeführt, so zeigt sich, dass das öffnungsmoment kleiner ist. Die Differenz der
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