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Die Erfindung betrifft eine Sicherheits-Skibindung mit Kraftaufnehmern zur Erzeugung elek- trischer Signale in Abhängigkeit von Kräften und/oder Drehmomente, die auf das Bein des Ski- fahrers einwirken, mit einem elektronischen, integrierten Schaltkreis zur Einleitung der Tätigkeit des Auslösemechanismus durch ein Auslösesignal, das in Abhängigkeit vom Auftreten gefährlicher
Kräfte oder Drehmomente erzeugt wird, und mit einem wiederaufladbaren elektrischen Energie- speicher, wie Batterie oder Kondensator zur Speisung von mit Energie zu versorgenden Teilen der Bindung, z. B. dem logischen Schaltkreis oder Spule.
Elektronische Sicherheits-Skibindungen mit einer batteriegespeisten Schaltungsanordnung sind bekannt, beispielsweise aus den DE-OS 2244949 und 2519544. Eine betriebssichere Funktion eines elektronischen Ski-Bindungssystems kann nicht sichergestellt werden, ohne dass die Batterie, die die elektronische Schaltung speist, eine ausreichend hohe Ladung aufweist. Da ein Ersatz der Batterie in regelmässigen Zeitabständen für den Skifahrer unbequem ist, ist die Verwendung wiederaufladbarer Batterien erwünscht. Derartige Batterien können durch Verbindung mit einer geeigneten Stromquelle wieder aufgeladen werden. Aus der DE-OS 2519544 ist es bekanntgeworden,
Sonnenzellen-Lader zur Ladung der Batterien zu verwenden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Skibindung zu schaffen, die im wesentlichen keiner
Wartung bedarf, weil sie mit Ladeeinrichtungen kombiniert ist, die die Batterie in einem aus- reichenden Ladezustand erhalten.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Batterie oder der Konden- sator mit Ladestrom aus einem Generator versorgt wird, der Teile umfasst, die zur Erzeugung elektrischer Leistung relativ zueinander beweglich und mit einem Glied der Skibindung bzw. der
Skioberfläche des Skis verbunden sind. Bei der Sicherheits-Skibindung gemäss der Erfindung werden die Relativbewegungen, die während des Skifahrens zwischen dem Ski und den am Ski befestigten
Bindungsteilen auftreten, zur Erzeugung elektrischen Stromes ausgenutzt, der zur Ladung der
Batterie verwendet wird. Infolgedessen ist es nicht erforderlich, dass der Skifahrer dem Ladungs- zustand der Batterie seiner elektronischen Sicherheits-Skibindung noch länger seine Aufmerksam- keit widmet, da letztere nahezu wartungsfrei ist.
Da bei der erfindungsgemässen Sicherheits- - Skibindung sichergestellt ist, dass die Batterie zur Speisung der elektronischen Schaltung ge- laden ist, werden zusätzliche auf die Batterie zurückgehende Sicherheitsrisken vermieden. Relativbewegungen zwischen dem Ski und den Bindungsteilen treten fortlaufend während des Skifahrens auf, so dass stets ausreichend kinetische Energie zur Erzeugung des Ladestromes zur Verfügung steht. Bei dem bekannten Lader mit Sonnenzellen ist diese Sicherheit nicht gegeben, insbesondere wenn die Sonnenzellen mit Schmutz oder Schnee bedeckt sind.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen die beweglichen Teile aus einem piezoelektrischen Wandler, der sich entweder aus einem einzelnen Element oder einer Mehrzahl piezoelektrischer Elemente zusammensetzt, und einem Glied zur Druckausübung auf den Wandler. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die beträchtlichen Drücke, die während des Skifahrens auftreten und den Abstand zwischen dem Ski und Teilen der Skibindung verändern, mittels des piezoelektrischen Wandlers in elektrische Spannungen umgesetzt. Da das piezoelektrische Element bzw. die Elemente abhängig von der Druckeinwirkung hohe Spannungen und nur kleine Ströme liefern, muss ein Transformator vorgesehen werden, um den Strom bei gleichzeitiger Herabsetzung der Spannung zu erhöhen. Zur Gleichrichtung des vom piezoelektrischen Generator erzeugten Stromes ist ein Gleichrichter vorgesehen.
Aus der DE-OS 2244949 ist die Verwendung piezoelektrischer Elemente als Kraftaufnehmer bekanntgeworden.
Der piezoelektrische Wandler kann aus einer einzigen oder mehreren Lagen von keramischem Zirkonat-Titanat Material bestehen. Der Wandler ist auf der Unterseite eines Skibindungsteils befestigt, der aus der Montageplatte der Skibindung vorsteht, und der Zapfen zur Ausübung von Druck auf diesen Bindungsteil ist auf der Oberfläche des Skis gelagert oder befestigt.
Bei einem andern Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen die relativ zueinander beweglichen Teile des Generators aus einer Induktionsspule und einem Dauermagnet, der durch die Spule hindurchgeht oder hineinragt. In diesem Falle wird der Ladestrom elektrodynamisch dadurch erzeugt, dass beispielsweise der Luftspalt zwischen den magnetischen Polen eines geschlossenen
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magnetischen Kreises durch Kräfte verändert wird, die während des Skifahrens fortlaufend auf das Skibindungs-System einwirken, so dass eine elektromotorische Kraft in einer Induktionsspule induziert wird, die durch die Kraftlinien des magnetischen Flusses eingebunden ist. Nach Gleich- richtung wird die elektromotorische Kraft zur Ladung der Speicherbatterie verwendet.
Die Induktionsspule kann eine Schwingspule sein, die an einem Skibindungsteil befestigt ist, der aus der Montageplatte der Skibindung hervorragt, wogegen der Dauermagnet oder das
Element, das den Dauermagnet trägt, auf der Oberfläche des Skis gelagert oder befestigt ist.
Da die elektrodynamische Erzeugung des Ladestromes von der Geschwindigkeit abhängt, mit welcher die Induktionsspule die Kraftlinien des Dauermagneten schneidet, kann die Auslenkung des Dauermagneten oder die der Spule und die Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden
Generatorteilen dadurch vergrössert werden, dass die kinetische Energie, die vom Ski und von der
Bindung abgeleitet wird, durch einen zwischengeschalteten Mechanismus übertragen wird. So kann beispielsweise der Dauermagnet an einem Arm befestigt sein, der um eine Achse schwenkbar ist, die rechtwinkelig zur Oberfläche des Skis angeordnet ist, wobei der Dauermagnet sich in eine
Spule erstreckt, die parallel zur Oberfläche des Skis liegt, und der Arm von einem Antrieb bewegt wird, der die Relativbewegung zwischen dem Ski und den Skibindungsteilen in eine hin- und hergehende Bewegung umwandelt.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Generator zur Ladung der Batterie vollständig in der Skibindungsplatte eingeschlossen und die kinetische Energie wird zum beweg- lichen Teil des Generators über eine elastische Membran übertragen, die einen Teil der Wand der Skibindungsplatte bildet.
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Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der Generator aus einem Dauermagnet, der in einer Spule schwingt, die am Ski oder an der Skibindung befestigt ist und die durch wenig- stens eine Feder gehalten wird, die mit Mitteln zur Befestigung der Spule verbunden ist. Der Dauermagnet und die ihn tragende Feder bilden ein schwingendes System, in dem der Magnet mit einer relativ hohen Frequenz in der Induktionsspule schwingt. Der Magnet kann auch zwischen zwei Federn gehalten sein, die Schwingungen werden durch die während des Skifahrens auftretenden Vibrationen hervorgerufen.
Eine weitere erfinderische Entwicklung verwendet eine einfache Generatoranordnung, die einen besonders hohen Wirkungsgrad aufweist. Dies wird dadurch erreicht, dass die relativ zueinander beweglichen Teile auf der Sohlenplatte der Skibindung nahe dem Absatzhalter montiert sind, dass der Absatzhalter eine Einsteigautomatik aufweist und dass ein Generatorteil auf dem beweglichen Sohlenhalter montiert ist und der andere Generatorteil auf dem feststehenden Teil der Bindung. Da die in den Absatzteil dieser Bindung eingebauten Generatorteile beim Einsteigen mit dem Skischuh in den Absatzteil eine lange Verschiebung ermöglichen, kann diese Bewegung dazu ausgenützt werden, einen hohen Betrag an Energie zur Verfügung zu stellen.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die elektrische Leistung, die während des Einsteigens in den Absatzhalter in dem zugeordneten Generator erzeugt wird, einem Kondensator zugeführt, der ein Solenoid zur Auslösung der Bindung speist, wogegen die elektronische logische Schaltung nur aus der Batterie gespeist wird. Dies ergibt einen äusserst geringen Verbrauch an Batterieleistung. Es ist verständlich, dass solcherart die elektrische Leistung, die beim Einsteigen in die Bindung erzeugt wird, zur Ladung der Batterie und des Kondensators verwendet werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine elektronische, am Ski befestigte und mit einem Generator zur Erzeugung des Batterieladestromes ausgerüstete Sicherheits-Skibindung. in Seitenansicht, Fig. 2 einen Längsschnitt durch die am Ski befestigte Sohlenplatte einer elektronischen Skibindung, wobei die elektronische Schaltung und der Generator zur Erzeugung des Ladestromes vollständig gekapselt sind, Fig. 3 in schematischer Darstellung einen Dauermagnet, der in einer Induktionsspule, parallel zur Skioberfläche, schwingt, Fig. 4 die Schaltung des Ladestromkreises, Fig. 5 ein Schaltbild einer andern Ausführung des Ladestromkreises, Fig.
6 in schematischer Darstellung die Anordnung eines
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piezoelektrischen Wandlers und eines Gliedes zur Ausübung eines Druckes auf den Wandler zwischen der Oberfläche des Skis und der Skibindung, Fig. 7 das Schaltbild des Ladestromkreises mit einem piezoelektrischen Wandler, Fig. 8 in Seitenansicht eine elektronische Sicherheitsskibindung, die am Ski befestigt ist und einen Generator aufweist, der in dem den Absatz haltenden Abschnitt angeordnet ist und dazu dient, Batterie-Ladestrom zu erzeugen, Fig. 9 eine Schaltung zur Ladung des Kondensators und Fig. 10 ein Schaltbild eines Stromkreises zur Ladung des Kondensators und der Batterie.
Die allgemeine Anordnung der elektronischen Sicherheits-Skibindung geht aus Fig. 1 hervor.
Diese Skibindung besitzt eine Sohlenplatte --1--, in der die elektronische Schaltung und ihre
Komponenten vollkommen eingeschlossen sind. Die Sohlenplatte-l-trägt an ihrem vorderen Ende einen Sohlenhalter --2--, der die Sohle des Skischuhs von oben am vorderen Ende des Skischuhs erfasst. Am hinteren Ende der Sohlenplatte-l-ist ein Sohlenhalter --3-- zur Aufnahme des
Absatzes von oben vorgesehen. Im Falle einer Sicherheitsauslösung schwenkt der Sohlenhalter --3-- nach rückwärts, um den Absatz des Skischuhs freizugeben, so dass der ganze Skischuh freikommt.
Der Mechanismus zur Bewegung des Sohlenhalters --3-- ist in der Sohlenplatte-l-untergebracht und wird durch ein elektrisches Signal getriggert. Die Sohlenplatte --1-- ist am Ski in an sich bekannter Weise mittels einer Montageplatte --4-- befestigt.
Der Ladestromgenerator ist ebenfalls in der Sohlenplatte-l-untergebracht und besteht aus einem Element --6-- in der Sohlenplatte-l-und einem Element --7--, das relativ zum
Element --6-- beweglich am Ski --5-- befestigt oder gelagert ist. Die Elemente --6, 7-- können aus einer Induktionsspule und einem Dauermagnet oder aus einem piezoelektrischen Wandler und einem Glied zur Druckausübung auf denselben bestehen.
Die Relativbewegung zwischen dem Ski --5-- und dem Teil der Sohlenplatte --1--, der über die Montageplatte --4-- hinausragt, wird zur Erzeugung des Ladestromes verwendet.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Induktionsspule --8-- innen in der Sohlenplatte-l-angeordnet und ein Dauermagnet --10-- kann sich in der Spule --8-- in Richtung des Doppelpfeils 9 bewegen. Der Dauermagnet --10-- trägt an seinem untere Ende eine biegsame Membran --11--, die eine Öffnung in der unteren Wand --12-- der Sohlenplatte - verschliesst. Am Ski --5-- ist ein Zapfen --13-- befestigt, dessen oberes Ende an der Aussenseite der Membran --11-- angreift. Während des Skifahrens wird jede Relativbewegung zwi- schen dem Ski --5-- und der Membran --11-- über den Zapfen --13-- auf die Membran-11und zum Magnet --10-- übertragen, so dass dieser schwingt, wodurch in der Spule --8-- Ströme induziert werden.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Membran --11-- durch den Zapfen - bewegt, und ein nicht dargestellter Mechanismus wird dazu benutzt, die Bewegung der Membran --11-- auf die Arme --14, 15-- zu übertragen, zwischen denen der Dauermagnet --16-gehalten wird, wobei die Arme --14, 15-- parallel zur Oberfläche des Skis schwingen können.
Da der Dauermagnet --16-- in der Induktionsspule --17-- schwingt, werden in letzterer Ströme hervorgerufen.
Der Ladestromkreis umfasst den Ladestromgenerator gemäss den Fig. 2 und 3, der in Fig. 4 schematisch dargestellt ist. Der in der Induktionsspule --8-- erzeugte Wechselstrom wird durch einen Brückengleichrichter --18-- gleichgerichtet und der Batterie-B-- über einen Widerstand oder eine Drossel und einen Kondensator-Cl-zugeführt. Eine Diode --6-- ist nur für den Fall vorgesehen, in dem die Systembatterie nicht wieder aufgeladen werden kann. Nur dann, wenn der Kondensator --C1-- oder der Kondensator --C2-- eine niedrigere Spannung haben als die Batterie --B--, wird das System aus der Batterie --B-- mit Energie versorgt. Es können auch andere Mittel verwendet werden, um zu verhindern, dass die Batterie --B-- eine Ladespannung aufnimmt.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Schaltung besitzt die Induktionsspule --8-- eine Mittelabzapfung und die Enden der Induktionsspule --8-- sind über Dioden --19, 20-- mit der positiven Ausgangsklemme verbunden.
Besteht der Ladestromgenerator aus einem piezoelektrischen Wandler --21--, der aus einer Anzahl von Lagen oder Streifen aus einem piezoelektrischen Material zusammengesetzt ist, kann
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gemäss Fig. 6 der Druck auf den Generator durch einen Zapfen --22-- ausgeübt werden, der am
Ski befestigt ist, Der piezoelektrische Wandler kann innerhalb der Sohlenplatte-l-untergebracht und mit dem Zapfen --22-- über die Membran --11--, die die Sohlenplatte verschliesst, in Verbin- dung stehen.
Die Ladeschaltung, die einen piezoelektrischen Wandler --21-- enthält, ist in Fig. 7 darge- stellt. Die vom piezoelektrischen Wandler --21-- mit hoher Spannung gelieferte Leistung wird durch einen Transformator --24-- in eine Leistung mit niederer Spannung und höherem Strom umgesetzt. Die transformierte Spannung wird mittels eines Brückengleichrichters --23--, der aus den vier Dioden --D1 bis D4-- besteht, gleichgerichtet und der Batterie-B-- über eine Diode - und einen Kondensator --C2-- zugeführt. Die Diode --D5-- hindert die Batterie --B--, Rückstrom zum Kondensator --C2-- zu liefern, wenn die erzeugte Spannung niedriger ist als die Batteriespannung.
Eine andere generelle Anordnung der elektronischen Sicherheits-Skibindung ist in Fig. 8 dargestellt. Die elektronische Sicherheits-Skibindung enthält eine Sohlenplatte --101--, in welcher die elektronischen Schaltungen und Komponenten vollkommen eingeschlossen sind. Die Sohlenplatte - -101-- ist mit dem Ski --105-- mittels einer Montageplatte --104-- verbunden. Die Sohlenplatte - trägt an ihrem vorderen Ende einen Sohlenhalter --102--, der die Sohle des Skischuhs am vorderen Ende des Skischuhs von oben festhält. Ein Absatzhalter --103-- zur Aufnahme des Absatzes des Skischuhs von oben ist am hinteren Ende der Sohlenplatte --101-- vorgesehen und ist vorzugsweise mit einer Einsteigautomatik"Stepin") versehen.
Ein Generator --106, 107-- wird mit dem Absatzhalter --103-- dadurch gebildet, dass die Induktionsspule --106-- in einem Hebel geschützt eingebaut ist, der bewegt wird, sobald der Skischuh in die Bindung einsteigt oder daraus austritt, wobei der Dauermagnet --107-- an einem feststehenden Teil der Bindung montiert ist. Die Anordnung kann natürlich kinematisch umgekehrt werden.
Gemäss Fig. 9 wird der in der Induktionsspule --106-- induzierte Strom im Brückengleichrichter --108-- gleichgerichtet und über einem Widerstand --R1-- dem Kondensator --C1-- zur Wiederaufladung zugeführt. Die elektrische Leistung aus dem Kondensator --C1-- wird nur dazu verwendet, das Solenoid --109-- zu speisen, das den mechanischen Teil der Bindung bewegt, wogegen der logische elektronische Schaltkreis nur aus der Batterie gespeist wird.
Gemäss Fig. 10 wird der in der Induktionsspule --106-- erzeugte Wechselstrom ebenfalls durch den Brückengleichrichter --108-- gleichgerichtet und dann als Ladestrom über den Widerstand - Rl-dem Kondensator-Cl-zugeführt, der das Solenoid --109-- speist, und ebenso der Batterie --B-- zur Speisung der elektronischen logischen Schaltung. Infolgedessen werden beide Energiespeicher nach Bedarf durch den Generator --106, 107--, der im absatzhaltenden Abschnitt - vorgesehen ist, wieder aufgeladen.
Um zu verhindern, dass sich der Kondensator --C1-- sofort über die Spule --109-- entlädt,
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