Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsskibindung mit automatischer Auslösekraftsteuerung gemäss Patentanspruch 1. Sie ist in der Lage, reine Torsion von Querkrafttorsion zu unterscheiden und die \ffnungscharakteristik entsprechend zu steuern.
Der Stand der Technik macht diese Unterscheidung nicht, wie anhand einiger Beispiele im Folgenden erläutert wird. Das Patent DE 2 324 078 unterscheidet die Stelle an der die Störkraft angreift nicht und weist dadurch den Nachteil auf, dass es reine Torsion von Querkrafttorsion nicht unterscheiden kann. Das Patent US 4 192 527 stellt sich die Aufgabe, den Widerstand gegen Seitenkräfte zu erhöhen und den Widerstand gegen ein reines Moment zu verkleinern. Dieses Patent vernachlässigt den Umstand, dass reine Torsion als äussere Belastung praktisch nicht auftritt und weist ferner den Nachteil auf, dass auch kleine Seitenkräfte in genügend grossem Abstand zu grossen Torsionsmomenten führen können, für welche es bezüglich der Seitenkraft einen grossen Widerstand und bezüglich des Torsionsmomentes einen kleinen Widerstand vorsieht, was eindeutig einen Widerspruch darstellt.
Die Französische Patentanmeldung Nr. 2 228 507 und die Deutsche Offenlegungsschrift Nr. 2 452 256 gehen noch weiter und verfolgen die Aufgabe, dass die Skibindung bei Seitenkräften möglichst zubleibt und nur bei Kräftepaaren respektive Torsionskräften öffnet. Diese Bindungen weisen den Nachteil auf, dass sie nur Seitenkräfte und reine Torsion kennen und den Fall der Querkrafttorsion, nämlich eine in einem gewissen Abstand wirkende Seitenkraft und dadurch im Bereiche des Schuhes entstehende Torsion nicht berücksichtigen.
Theoretisch ist es zwar nicht möglich zu unterscheiden, ob die Kraft auf eine Skibindung vom Skischuh oder vom Ski herrührt, da das Prinzip von NEWTON (Aktion = Reaktion) nicht verletzt werden darf. Doch in der Praxis lassen sich die Lasten auf eine Skibindung wie sie der Skifahrer erzeugen kann (aktiv) von den Lasten auf eine Skibindung, wie sie in einem Sturz auftreten (passiv) unterscheiden.
Hierfür wird angenommen, dass ein Skifahrer in der x-y-Ebene (Fig. 1) grundsätzlich nur Drehmomente (Mz) erzeugen kann (Fig. 2). Zwar kann der Skifahrer zum Beispiel mit Hilfe des Skistockes Seitenkräfte (y-Richtung) erzeugen, doch kann deren Grössenordnung für die vorliegende Betrachtung vernachlässigt werden. Andererseits handelt es sich bei den Belastungen infolge eines Sturzes um Kräfte, die vom Ski via Bindung auf den Skifahrer wirken, wonach reine Drehmomente (Torsion) praktisch nicht auftreten können. Vielmehr handelt es sich bei Sturzbelastungen meistens um Einzelkräfte, welche irgendwo am Ski angreifen. Greifen diese Kräfte in der y-Richtung genügend weit weg vom Skischuh an, so erzeugen diese ebenfalls Torsion, aber immer in Kombination mit einer Querkraft (Fig. 3).
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, reine Torsionsbelastung um die z-Achse (aktive Fahrbelastung) von Querkrafttorsion entlang der y- beziehungsweise um die z-Achse (passive Sturzbelastung) zu unterscheiden.
Die Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, dass der vordere und hintere Backen der Skibindung mit einem Steuerorgan miteinander verbunden sind, derart, dass das Steuerorgan jederzeit feststellen kann, ob ein bestimmter Lastfall reine Torsion oder Querkrafttorsion darstellt und die Auslösekraft entsprechend steuern kann.
Gegenstand der Erfindung ist demzufolge die im Patentanspruch 1 definierte Skibindung.
Im Folgenden wird anhand von Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes näher erläutert.
Es zeigen schematisch:
Fig. 1 das Koordinatensystem,
Fig. 2, 3a und 3b die Kräfte und Reaktionen am Ski,
Fig. 4 und 5 ein Ausführungsbeispiel eines Steuerorgans und
Fig. 6, 7 und 8 ein Ausführungsbeispiel eines Übertragungsgliedes mit einem Auslösemechanismus.
Fig. 1 zeigt die Definition des skifesten (1) orthogonalen Koordinatensystems, in welchem die positive x-Achse in Skirichtung nach vorne, die positive y-Achse zur Seite und die positive z-Achse nach oben zeigen. Fig. 2 zeigt typische Reaktionen am Ort eines vorderen (Pv) und hinteren (Ph) Backens einer Sicherheitsskibindung, wenn vom Skifahrer ein Torsionsmoment (Mz) aufgebracht wird. Fig. 3a zeigt die typische Reaktion am Ort der Sicherheitsskibindung wenn eine Einzelkraft (Q) zum Beispiel am Skispitz seitlich (y-Richtung) angreift. In Fig. 3b ist die besagte Reaktion, bestehend aus einem Torsionsmoment Mz und einer Querkraft Q, in die am vorderen (Pv) und hinteren (Ph) Backen wirkenden Reaktionskräfte aufgeteilt.
Aus diesen Skizzen geht hervor, dass im Falle des äusseren Torsionsmomentes (Fig. 2) die Reaktionen Pv und Ph gleich gross sind und dass im Falle der äusseren Querkraft (Fig. 3b) die Reaktionen Pv und Ph unterschiedlich gross sind. Fig. 4 zeigt einen vorderen Sicherheitsbacken (2) mit dem Drehpunkt (2a) und einem Nocken (2b) zum Mitnehmen des Steuerorgans (5). Entsprechend stellt sich der hintere Sicherheitsbacken (3) mit Drehpunkt (3a) und Nocken (3b) dar.
Weisen die beiden Backen gleiche Elastizitäten auf, das heisst, unterliegen sie bei gleichen Kräften (P) gleichen Auslenkungen ( delta 2= delta 3), so verbleibt der Mittelpunkt (4) des Steuerorgans (5) bei reiner Torsionsbelastung auf der Skiachse.Handelt es sich hingegen um Querkrafttorsion (Fig. 5), so sind die Auslenkungen infolge ungleichen Kräften (P) nicht mehr gleich ( delta 2 NOTEQUAL delta 3) und es entsteht zwischen dem Mittelpunkt (4) des Steuerorgans (5) und der Skiachse eine seitliche Auslenkung (e). Gemäss Fig. 6 wird diese seitliche Auslenkung (e) dazu benützt, ein Übertragungsglied (6) zu verschieben (s), so dass gemäss Fig. 7 die Vorspannung in der vorderen Feder (7a) erhöht und in der hinteren Feder (7b) vermindert wird. Hierzu wird das Übertragungsglied (6) mit Hilfe von Rollen (8) umgelenkt.
Für einen gleichmässigen Zug am Federteller (10) wird das Übertragungsglied (6) in einem Punkt (9) geteilt und doppelt geführt (Fig. 8).
Für die mechanische Lösung der Aufgabe ist eine gewisse Auslenkung erforderlich und zwar sowohl am vorderen wie auch am hinteren Backen, um je nach Federkonstante die wirkende Kraft zu ermitteln. Ein gleichzeitiges Auslenken des vorderen und hinteren Backens hat dabei den Vorteil, dass der totale Verdrehwinkel zwischen dem Skischuh und dem Ski vergrössert wird, womit die Zeit zwischen dem Eintreten der Belastung bis zum Erreichen der Auslösegrenze erhöht werden kann, was hinsichtlich der Reflexzeiten (Propriozeptivität) des Skifahrers von grossem Vorteil ist.
Nebst der Lösung mit einem mechanischen Steuerorgan, kann die Aufgabe auch elektronisch gelöst werden. Elektronische Bindungen besitzen im allgemeinen Kraftaufnehmer an vorderen und hinteren Backen in die interessierenden Richtungen, so dass davon ausgegangen werden kann, dass für die Kräfte Pv und Ph entsprechende Aufnehmer vorhanden sind. Der zur Auslösung verantwortliche Prozessor wird wie folgt programmiert: Bei Pv = Ph bleibt die Auslösekraft unverändert. Bei Pv NOTEQUAL Ph wird die Auslösekraft vermindert. Der Verminderungsfaktor K kann hierbei wie folgt bestimmt werden: Bei Pv > Ph ist K APPROX Pv/Ph und bei Pv < Ph ist K APPROX Ph/Pv.
The present invention relates to a safety ski binding with automatic release force control according to claim 1. It is able to distinguish between pure torsion and lateral force torsion and to control the opening characteristics accordingly.
The prior art does not make this distinction, as will be explained in the following using some examples. The patent DE 2 324 078 does not distinguish the point at which the interference force acts and therefore has the disadvantage that it cannot distinguish pure torsion from transverse force torsion. The patent US Pat. No. 4,192,527 has the task of increasing the resistance to lateral forces and reducing the resistance to a pure moment. This patent neglects the fact that pure torsion practically does not occur as an external load and also has the disadvantage that even small lateral forces at a sufficiently large distance can lead to large torsional moments, for which there is a large resistance with regard to the lateral force and with regard to the torsional moment provides little resistance, which is clearly a contradiction.
French patent application No. 2 228 507 and German Offenlegungsschrift No. 2 452 256 go even further and pursue the task that the ski binding remains with lateral forces as much as possible and only opens with pairs of forces or torsional forces. These bindings have the disadvantage that they only know lateral forces and pure torsion and do not take into account the case of transverse force torsion, namely a lateral force acting at a certain distance and thus the torsion which arises in the area of the shoe.
In theory, it is not possible to distinguish whether the force on a ski binding comes from the ski boot or from the ski, since the principle of NEWTON (action = reaction) must not be violated. In practice, however, the loads on a ski binding that the skier can create (active) can be differentiated from the loads on a ski binding that occur in a fall (passive).
For this, it is assumed that a skier can only generate torques (Mz) in the x-y plane (FIG. 1) (FIG. 2). For example, the skier can use the ski pole to generate lateral forces (y direction), but their magnitude can be neglected for the present consideration. On the other hand, the loads caused by a fall are forces that act on the skier from the ski via binding, after which pure torques (torsion) can practically not occur. Rather, fall loads are mostly individual forces that attack somewhere on the ski. If these forces act sufficiently far away from the ski boot in the y direction, they also generate torsion, but always in combination with a transverse force (Fig. 3).
The present invention is based on the object of distinguishing pure torsional stress about the z-axis (active driving load) from lateral force torsion along the y- or about the z-axis (passive fall load).
The solution to this problem is characterized by the fact that the front and rear jaws of the ski binding are connected to one another by a control element, in such a way that the control element can determine at any time whether a specific load case represents pure torsion or transverse force torsion and can control the release force accordingly.
The invention accordingly relates to the ski binding defined in claim 1.
An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to drawings.
They show schematically:
1 shows the coordinate system,
2, 3a and 3b, the forces and reactions on the ski,
4 and 5 an embodiment of a control member and
6, 7 and 8 an embodiment of a transmission member with a trigger mechanism.
1 shows the definition of the ski-fixed (1) orthogonal coordinate system in which the positive x-axis points forward in the ski direction, the positive y-axis to the side and the positive z-axis upwards. 2 shows typical reactions at the location of a front (Pv) and rear (Ph) cheek of a safety ski binding when a torsional moment (Mz) is applied by the skier. 3a shows the typical reaction at the location of the safety ski binding when an individual force (Q) acts on the ski tip, for example laterally (y direction). In Fig. 3b, said reaction, consisting of a torsional moment Mz and a shear force Q, is divided into the reaction forces acting on the front (Pv) and rear (Ph) jaws.
These sketches show that in the case of the external torsional moment (FIG. 2) the reactions Pv and Ph are of the same size and that in the case of the external transverse force (FIG. 3b) the reactions Pv and Ph are of different sizes. Fig. 4 shows a front safety jaw (2) with the pivot point (2a) and a cam (2b) for taking the control member (5). The rear safety jaw (3) with pivot point (3a) and cam (3b) is correspondingly displayed.
If the two jaws have the same elasticity, i.e. if they are subject to the same deflections (delta 2 = delta 3) with the same forces (P), the center point (4) of the control element (5) remains on the ski axis with pure torsional loading If, on the other hand, there is lateral torsion (Fig. 5), the deflections due to unequal forces (P) are no longer the same (delta 2 NOTEQUAL delta 3) and a lateral deflection occurs between the center (4) of the control element (5) and the ski axis (e). 6, this lateral deflection (e) is used to shift (s) a transmission member (6), so that, according to FIG. 7, the pretension in the front spring (7a) increases and decreases in the rear spring (7b) becomes. For this purpose, the transmission element (6) is deflected with the aid of rollers (8).
For a uniform pull on the spring plate (10), the transmission member (6) is divided into a point (9) and guided twice (Fig. 8).
A certain deflection is required for the mechanical solution of the task, both on the front and on the rear jaw, in order to determine the acting force depending on the spring constant. A simultaneous deflection of the front and rear jaws has the advantage that the total angle of rotation between the ski boot and the ski is increased, which can increase the time between the occurrence of the load and the release limit being reached, which in terms of reflex times (proprioceptivity) of the skier is of great advantage.
In addition to the solution with a mechanical control unit, the task can also be solved electronically. Electronic bonds generally have force transducers on the front and rear jaws in the directions of interest, so that it can be assumed that there are corresponding transducers for the forces Pv and Ph. The processor responsible for triggering is programmed as follows: If Pv = Ph, the triggering force remains unchanged. With Pv NOTEQUAL Ph the release force is reduced. The reduction factor K can be determined as follows: If Pv> Ph is K APPROX Pv / Ph and if Pv <Ph is K APPROX Ph / Pv.