DE2519544A1 - Ski-sicherheitsbindung - Google Patents
Ski-sicherheitsbindungInfo
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Description
Ski-Sicherheitsbindung
(Priorität: 7. Kai 1974, USA. Nr. 467 821)
(Priorität: 7. Kai 1974, USA. Nr. 467 821)
Die Erfindung bezieht sich auf eine Ski-Sicherheitsbindung, insbesondere
auf eine Vorrichtung zur elektrischen Auslösung einer Skibindung auf ein Signal, das porportional ist der Zug- oder Druckkraft
oder den Drehmoment zwischen dem Skistiefel und dem Ski.
Um mit optimaler Sicherheit und Bequemlichkeit Skilaufen zu können,
müssen die Stiefel des Skiläufers starr am Ski befestigt sein. Bei einem möglicherweise gefährlichen Sturz ist es jedoch äußerst nichtig,
die Skistiefel vom Ski zu lösen, um die Möglichekit einer Verletzung auszuschließen. Es wurden daher Sicherheitsbindungen entwikkelt,
mit deren Hilfe der Skistiefel unter normalen Bedingungen
starr am Ski befestigt ist und die bei extremen Biege-Zug- oder Druckkräften am Ski, die während eines Sturzes auftreten können,
auslösen, so daß der Skistiefel vom Ski gelöst wird und sich während eines Sturzes der Ski vom Stiefel trennt, so daß die Verletzungsgefahr
für den Skiläufer möglichst gering gehalten wird.
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'Xb "19 54
Derzeit sind eine Vielzahl von Sicherheitsbindungen im Handel erhältlich,
beispielsweise die der Firmen Cubco, Tyrolia, Marker,
Spademan, Americana, Gertsch, Look Nevada, Roseraount und Salomon.
Eine der jüngsten Entwicklungen ist die Sicherheitsbindung der Firma Spademan, bei der der Stiefel statt an Absatz und Spitze an
den beiden Seiten gehalten ist. Der Aufbau einer solchen Bindung ist in der US-PS Re. 26 972 gezeigt.
Die derzeit bekannten Sicherheitsbindungen arbeiten bis zu einem bestimmten Grade entsprechend ihrem Zweck. Sie haben jedoch verschiedene
Nachteile. Unter anderem ist bei allen Auslösesystemen, die derzeit erhältlich sind, eine beträchtliche Drehbewegung zwischen
dem Ski und dem Stiefel notwendig, um den Mechanismus auszulösen. Diese Bewegung ist von einer Reibungskraft begleitet, die
der Bewegung entgegenwirkt. Wäre die Reibung konstant, so könnte angenommen werden, daß ein zuverlässiges mechanisches System,
dessen Arbeitsweise vorhersehbar ist, sichel* und genau funktioniert.
Dies trifft jedoch nicht zu, weil dievzu überwindenden Reibungskräfte
von der jeweiligen Stellung des Skiläufers und der Schmuts-
oder Eismenge abhängig ist, die sich während eines Sturzes zwischen oder rings um die sich bewegenden Flächen befindet. Die derzeit
bekannten Skibindungen sind zwar sämtlich durch Einstellung der Federkraft einstellbar, die zur Lösung der Bindung überwunden werden
muß. Aus den obigen Gründen funktionieren sie trotzdem nicht in der gewünschten Weise und sind daher nicht vollständig zuverlässig
und ihre Arbeitsweise ist nicht ohne weiteres vorhersehbar. Dies liegt daran, daß Schnee und Staub sich zwischen Skistiefel
und Skibindung oder Oberfläche sammeln und daß die Kraft zwischen Skistiefel und Skibindung und-oberfläche unter unterschiedlichen
Winkeln wirkt. Auch bei einem freien Fall kann die nach unten gerichtete Kraft zwischen Ski und Stiefel wesentlich größer sein als
die Kraft, die bei der Einstellung der Auslösung in einem Yersuchsaufbau
angenommen vird. Daher können bei einem wirklichen freien
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Fall beträchtlich größere zusätzliche Seitenbelastungen erforderlich
sein, um eine zur Auslösung ausreichende Bewegung des Skistiefels gegenüber dem Ski zu erreichen.
Weiterhin ist bei den bekannten Sicherheitsbindungen bei der Bestimmung,
wann der Ski gelöst werden sollte, die zeitliche Dauer der Krafteinwirkung nicht berücksichtigt. Beispielsweise übt ein
überdurchschnittlich guter Skiläufer unter normalen Bedingungen sehr hohe Kräfte auf seine Ski aus. Diese hohen Kräfte, die von
verhältnismäßig kurzer Dauer sind, müssen, wenn möglich, im Skibindungssystem aufgenommen werden. Dauert aber eine gleich hohe
Kraft längere Zeit an, so kann der Skiläufer beträchtliche Verletzungen erleiden. Andererseits können auch wesentlich niedrigere,
längere Zeit andauernde Kräfte dem Skiläufer beträchtliche Verletzungen zufügen. Es sind bisher keine Sicherheitsbindungen bekannt,
die diese Erkenntnisse berücksichtigen. Es ist daher wünschenswert, ein Ski-Auslösesystern anzugeben, das bei gewissen
vorherbestimmten, auf Ski und Stiefel wirkenden Kräften betätigt wird, bei dem aber der Zeitfaktor berücksichtigt ist, so daß der
Skistiefel nur dann gelöst wird, wenn die einwirkende Kraft gefährlich
ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ski-Sicherheitsbindung,
insbesondere eine Vorrichtung zur Auslösung einer Sicherheitsbindung zu schaffen, die unter bestimmten Bedingungen der Kraft
oder des Drehmoments, die für den Skiläufer eine beträcht3.iche Gefahr bedeuten können, augenblicklich, genau, zuverlässig und
wirksam auslöst. Ferner soll eine Vorrichtung zur Betätigung des Auslösemechanismus einer Sicherheitsbindung geschaffen werden,
bei der die Auswirkung der Reibung vermieden ist. Weiterhin soll eine elektronische Skibindungs-Auslöseeinrichtung geschaffen werden,
die genau entsprechend den jeweiligen Bedingungen beim Skilaufen und den Möglichkeiten des einzelnen Skiläufers eingestellt werden
kann. Weiter soll eine Skibindungs-Auslösevorrichtung geschaffen
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werden, die außergewöhnlich hohen Kräften und Drehmomenten für eine verhältnismäßig kurze Zeit ohne Auslösung der Bindung
widersteht und eine Auslösung der Bindung einleitet, wenn die Kräfte für eine vorherbestimmte Zeit dauernd einwirken. Ein weiteres
Ziel der Erfindung ist es, eine Skibindungs-Auslösevorrichtung vorzusehen, die die Bindung löst, wenn verhältnismäßig niedrige
Kräfte oder Drehmomente zwischen Ski und Stiefel während gefährlich langer, ununterbrochener Zeiten wirken. Weiterhin soll ein
kompakter, preiswerter, sehr genauer und sehr zuverlässiger Mechanismus zur praktisch augenblicklichen Lösung von Skibindungen bei
Erfassung einer vorherbestimmten Kraft oder eines vorherbestimmten Drehmoments oder einer Kombination derselben zwischen Ski und Stiefel
angegeben werden.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, die in einen Ski, in einen Skistiefel oder in eine Bindung eingebaut werden kann
und einen Meßwert der Druck- oder Drehkräfte liefert, die'auf
Bindung und Stiefel einwirken, um so ein Ausgangssignal zu erzeugen,
das, wenn es vorherbestimmte Schwellenpegel für Kraft und Drehmoment überschreitet, einen Mechanismus.zur Lösung der Skibindung
in Gang setzt, so daß der Ski von der Bindung getrennt und die Verletzungsgefahr des Skiläufers während eines Sturzes
auf ein Minimum herabgedrückt wird. Die Vorrichtung beinhaltet in einer bevorzugten Ausführungsform zwei bestimmte Einrichtungen
zur Berücksichtigung der Zeitdauer der auf einen Ski und einen Stiefel einwirkenden Kräfte und Drehmomente.
Die Erfindung umfaßt ferner, in der bevorzugten Ausführungsform, ein Temperaturkompensationssystem zur Kompensation von Änderungen
der Umgebungstemperatur, die in Skilaufgebieten leicht eintreten
können.
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Erfindungsgemäß werden elektronische Fühleinrichtongen wie Wandler
oder andere vergleichbare Fühlelemente verwendet, die am oder im Ski, Bindung oder Skistiefel befestigt sind und die auf Ski-und
Stiefel wirkenden Kräfte erfassen. Diese Fühleinrichtungen sprechen
auf sehr kleine Bewegungen des Stiefels, in der Größenordnung von 0,1 mm (0,005 inch) gegenüber dem Ski an. Sie arbeiten daher ohne
die Notwendigkeit verhältnismäßig großer Bewegungen in der Größenordnung von etwa 12 bis etwa 20 mm an der Stiefelspitze, die für
die Betätigung bekannter Vorrichtungen erforderlich sind. Durch Verwendung solcher Fühleinrichtungen werden die Auswirkungen der
Reibung im wesentlichen ausgeschaltet, die die Verwendbarkeit rein
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mechanischer bekannter Einrichtungen beträchtlich einschränken.
In einer bevorzugten Ausführungsform können die erfindungsgemäß verwendeten Bindungen auf vollständig umschlossenen polymeren
Oberflächen befestigt werden, die gegen die Umgebung schützen und einen niedrigen, gleichmäßigen Reibungskoeffizienten haben, so daß
die Auswirkungen der Reibung weiter vermindert werden. Bei anderen Ausführungsformen wird für die zusätzliche, das Ansprechen des
Wandlers begleitende Bewegung durch ein elastomeres Medium zwischen
Stiefel und Ski gesorgt, um die zwischen den sich bewegenden Flächen wirkende Reibung praktisch vollständig auszuschließen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird aus einer unabhängigen Spannungsquelle mit elektrischer Energie versorgt, beispielsweise
aus gegebenenfalls aus einer elektrischen Stromquelle wieder aufladbaren Batterien. Zur Aufrechterhaltung der Batterieladung
können auch andere geeignete Energiequellen verwendet werden, beispielsweise Sonnenzellen-Aufladegeräte. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung, die Beanspruchungs-Überwachungselemente, Verstärker, Arbeits- und Überwachungsschaltungen und dergleichen enthält,
kann mittels wenig Energie benötigender integrierter Schaltungen miniaturisiert werden, so daß die Schaltung zweckmäßigerweise
als dünnes Paket ausgeführt werden kann, das am oder im Ski oder der Bindung befestigt werden kann, ohne daß hierdurch die
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Funktionalität oder Bequemlichkeit bei der Benutzung des Skis beeinträchtigt
wird. Auch kann sie am oder im Skistiefel, beispielsweise im'hohlen Absatz des Skistiefels angebracht werden.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Ingangsetzung der Betä-.
tigungseinrichtung zur Auslösung des Skistiefels nur nachdem eine verhältnismäßig hohe Kraft, beispielsweise etwa 7,6 mkp (55 footpounds) für eine bestimmte Zeit gewirkt hat. Ein erfahrener, harter
Skifahrer, der mit hoher Geschwindigkeit springt und hart 'schwingt,
Übt hohe, augenblickliche, kurzzeitige Drehmomente aus, die die normalen Bereiche weit überschreiten. Wegen der Viskoelastizität
der menschlichen Knochen können dynamische Drehmomente, die das
statische Drehmoment überschreiten, das notwendig ist, um einen Beinknochen zu brechen, kurzzeitig sicher ausgehalt en "werden. Daher
ist erfindungsgemäß eine Ze itverzo'gerungs schaltung zur Verzögerung
der Betätigung des Auslösemechanismus vorgesehen, bis solche vorherbestimmten hohen Drehmomente oder Kräfte für eine vorherbestimmte
Zeitperiode eingewirkt haben. Der Skiläufer kann auch durch schwächere Kräfte oder Drehmomente verletzt werden, die längere Zeit
andauern und aus verschiedenen Gründen Verletzungen hervorrufen. Daher enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung eine zweite Schaltung
zur Betätigung der Betätigungseinrichtung zur Auslösung der Bindung, nachdem die kleinere, vorherbestimmte Kraft (oder Drehmoment)
für eine wesentlich längere vorherbestimmte Zeitperiode eingewirkt hat. Die zulässigen Werte für Kraft, Drehmoment und Zeit
sind abhängig von Alter, Kraft und Können des Skifahrers.
Durch die Erfindung wird eine zweckmäßige Vorrichtung zur Auslösung
der Skibindung un_ter gefährlichen Umständen geschaffen, die, weil zur Auslösung nur eine Bewegung von wenigen Zehntel oder Hundertstel
Millimeter notwendig ist, die Auswirkungen der Reibung im wesentlichen
"beseitigt und für eine praktisch augenblickliche Auslösung des Auslösemechanismus der Bindung beim Auftreten eines gefährlichen
Zustandes sorgt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung nimmt ferner auch
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die während des Skilaufens auftretenden Kraft- und Drehmomentänderungen
vollständiger auf. Bei dem elektrisch betätigten Mechanismus können die Auslösebedingungen entsprechend den Fähigkeiten des Skiläufers
und den jeweiligen Bedingungen beim Skilaufen zur Lösung der Bindung fein eingestellt werden. Die Vorrichtung wird normalerweise
von Fachpersonal in Skigeschäften eingestellt, enthält jedoch eine Einrichtung zur Voreinstellung zur Anpassung an die Umgebungsbedingungen oder an die jeweilige Technik des Skiläufers und enthält
zwei zusätzliche Sicherheitseinrichtungen zur Berücksichtigung der relativ kurz andauernden hohen Kräfte, die auftreten können, ohne
daß eine Auslösung der Bindung notwendig wäre und an wesentlich niedrigere Kräfte, die längere Zeit andauern und eine Auslösung der
Bindung zum Schutz des Skiläufers notwendig machen.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf verschiedene Auslösemechanismen,
die die Bindung bei Betätigung durch ein geeignetes Signal sehr schnell auslösen.
Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird
die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die Draufsicht eines Ski mit einer abgewandelten Spademan-Bindung
mit der Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bindungs-Auslösemechnismus,
wobei die gelöste Stellung der Bindungsbacke in strichpunktierten Linien dargestellt ist;
Fig. 2 den Querschnitt 2-2 der Fig. 1 mit einem strichpunktiert dargestellten Skistiefel;
Fig. 3 den Querschnitt 3-3 der Fig. 2; Fig. 4 den Querschnitt 4-4 der Fig. 3»
Fig. 5 den Querschnitt 5-5 der Fig. 3; Fig. 6 einen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Verwendung einer Spitzen- und einer Fersenbindung;
Fig. 7 die Teil-Vorderansicht 7-7 der Fig. 6;
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Pig. 8 ein drittes AuafUhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Bindung unter Terwendung einer Kabelzugbindung, wobei das Klink- und Spitzenstück zur Aufnahme des elektronischen
Auslösesystems ausgebildet sind;
Fig. 9 die Seitenansicht des Ausführungsbeispiels der Fig. 8 mit strichpunktiert gezeigtem Handgriff in Lösestellung;
Fig. 10 den Querschnitt 10-10 der Fig. 8 in vergrößertem Maßstab; Fig. 11 den Querschnitt 11-11 der Fig. 10;
Fig. 12 einen Teilschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels des Auslösemechanismus mit einem Elektromagneten;
Fig. 13 das Blockschaltbild der bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung;
Fig. 14 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
elektrischen Schaltung mit Integratoren zur Temperaturkompensation und Dehnungs- oder Spannungsmessern
sowie unabgeglichenen Brückenschaltungen zur Signalisierung von Kraft und Drehmoment;
Fig. 15 das Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemäßen Schaltung mit Dehnungs- oder Spannungsmessern und anderen Einrichtungen zur automatischen
Temperaturkompensation in jeder Brückenschaltung;
Fig. 16 das Schaltbild einer der der Figi 14 ähnlichen Schaltung
mit einer einfacheren Ausführungsform der Verstärkerschaltung;
Fig. 17 das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung ähnlich Fig. 14 mit einem Fühler für eine lichtemittierende
Diode;
Fig. 18 das Schaltbild einer Schaltung mit einem Halleffekt-Widerstand
zur Erzeugung von Kraft- und Drehmoment-Signalen; und
Fig. 19 das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung unter
Verwendung einer durch eine Kraft schaltbaren Diode zur Erzeugung der Kraft- und Drehmomentsignale.
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Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Ski 50, dessen länge, Breite, Stärke und Material in weiten Grenzen beliebig gewählt sein können.
Die Erfindung ist auf Ski aller Größen und Arten anwendbar.. In den Figuren ist jeweils nur ein Ski für jedes Ausführungsbeispiel
der Erfindung gezeigt, die beiden Ski eines Paars haben identische Bindungen und Auslöseschaltungen und -einrichtungen. Auf dem Ski
50 ist eine abgewandelte herkömmliche Bindung 60 montiert, deren Klemm- oder Backenraechanismus dem einer Spademan-Bindung ähnelt.
Die Bindung 60 enthält zwei Seitenbacken 62 mit je einem horizontalen und einem vertikalen Teil 64 bzw. 66. Der vertikale Teil 66
weist eine lippe 68- auf, die die fest am Skistiefel befestigte Stiefelplatte übergreift. Die horizontalen Teile 64 der Bindung
sind je mit einer unter einem Winkel verlaufenden Nut 70 versehen, die als Nockenfolger oder -taster wirkt und deren Funktion noch
näher erläutert wird. Die beiden Seitenplatten 62 sind je an einem Achsstift 72 angelenkt, der an der Befestigungsplatte 100 befestigt
ist.
An der Befestigungsplatte 100 ist ein gleitend bewegliches Gleitstück
76 befestigt, dessen länglicher Schaft·- 78 in der Nähe seines
distalen Endes in zwei nach außen verlaufenden Nockenflächen 80 und 82 endet. Das Gleitstück 76 ist an seinem Ende mit einem Ausschnitt
52 versehen, der einen Führungssteg 54 an der Befestigungsplatte aufnimmt, so daß eine geradlinige Bewegung des Gleitstücks 76 gewährleistet
ist.'Die Nockenflächen 80 und 82 sitzen jeweils in den Nuten 70 in den Seitenbacken 62, wie in Fig. 1 in einer zum Teil
geschlossenen Zwischenstellung gezeigt. Der Schaft 78 endet an seinem proximalen Ende in einem nach oben ragenden Steg 84, der beispielsweise
durch einen Rollstift 86 mit dem Federschaft 88 verbunden ist. Dieser endet in einem gegenüber dem Durchmesser des Feder-8chafts
vergrößerten Kopf 90. Auf dem Federschaft 88 befindet sich zwischen dem nach oben ragenden Endteil 102 an der Befestigungsplatte
100 und dem Kopf 90 eine Druckfeder 92, die einen Nockenfolger 98 gegen die Nockenfläche 108 des Endteils 102 drückt, so
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daß auf den Federschaft 88 eine nach oben gerichtete Kraft ausgeübt
wird. Innerhalb eines Gehäuses 112 befindet sich ein insgesamt mit 110 bezeichneter Elektromagnet, dessen Anker 114 ν,οη
diesem wegragt und mit dem Kopf 90 in Eingriff steht, in_dem er
in einer darin vorgesehenen Öffnung sitzt.
Das Gehäuse 112 dient als Abdeckung und Schutz für den Elektromagneten
110 vor Stößen und Umwelteinflüssen. Das Gehäuse 112
kann einen flexiblen Boden 96 enthalten, der den Anker 114 umschließt
und ihn schützend abdichtet.
Die Befestigungsplatte 100 ist an'am Ski 50 angebrachten Basisplatten
116 und 140 befestigt, die frei drehbar sind. Die Befestigungsplatte
100 besteht aus Aluminium, Sie ist in der Nähe ihrer einander gegenüberliegenden Enden mit nach unten wegstehenden
Stegen 104 und 106 versehen. DJe in den Fig. 3 und 4 am besten
gezeigte Basisplatte 140 ist mittels zweier Schrauben 150 am Ski
50 befestigt. An ihrem linken Ende ist die Basisplatte 140 mit einer Zunge 152 versehen, deren freies Ende 154 gemäß Fig. 1 gekrümmt
ist. Die Basisplatte 140 und die Zunge 152 sind längs ihrer
Längsachse mit einem Ausschnitt 156 und zwei einander gegenüberliegenden
Auflageflächen 158 versehen, die von den einander gegenüberliegenden
Flächen des Ausschnittes 156 nach innen ragen.
Die Befestigungsplatte 100 ist an der Innenfläche ihres nach unten
stehenden Steges 106 mit einer gekrümmten Nut 160 versehen, in der
die Zunge 152 sitzt. Von der Basisplatte 116 ragt in deren Mitte ein Drehmomentarm 162 nach innen. In einem größeren Abstand nach
vorn von den Auflageflächen 58 befindet sich ein mittels eines EpoxylLLebers oder einer anderen geeigneten Einrichtung befestigter
Dehnungs- oder Spannungsmesser 164«
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Die Basisplatte 116 hat eine ähnliche Größe und Form wie die
Basisplatte 140. Diese enthält eine nach oben abgesetzte, nach
hinten ragende Zunge 118, die, im Gegensatz zur Zunge 152 der
Basisplatte 140 durchgehend ist. Die Zunge 118 ist gemäß Fig. 1
gekrümmt. Sie sitzt in einem passenden Ausschnitt 170, der im vorderen Ende des Stegs 104 angeordnet ist. Zur Vermeidung einer
Lösung der Zunge 118 aus dem Ausschnitt 170 dienen als Halterung seitliche Nasen oder ein Stift durch die Zunge 118, den Ausschnitt
170 und den Steg 104, so daß das Drehmoment durch die vordere Last
am Drehmomentarm 162 überwacht wird.
Wichtig ist, daß die Befestigungsplatte 100 einzig an den Basisplatten 116 und 140 befestigt ist, die die Befestigungsplatte 100
derart halten, daß ihre untere Fläche, an den Basen der nach unten stehenden Stege 104 und 106 in einem Abstand vom Ski 50 angeordnet
ist. Somit werden alle auf die Befestigungsplatte wirkenden Lagerkräfte auf die Basisplatten 116 und 140 übertragen.
Wegen des Aufbaues des vorderen Steges 106 der Befestigungsplatte und der Basisplatte 140 werden sämtliche drehend wirkenden Kräfte
durch den Dehnungs- oder Spannungsmesser 164 erfaßt. Die an den Spannungsmesser 164 angeschlossenen Leitungen 174 verlaufen durch
eine Öffnung 176 in der Befestigungsplatte 100 und sind an eine elektrische Schaltung angeschlossen, die sich in einer in der Bindungs-
oder Befestigungsplatte 100 ausgebildeten, mit einem abnehmbaren Deckel 122 abgedeckten Kammer 120 befindet. Die Leitungen
174 verlaufen in die Kammer 120, in der sich die Spannungsquelle
und die elektronische Schaltung zur Auslösung der Bindung befindet. Weitere, nicht gezeigte Leitungen sind aus der Kammer 120 nach
hinten zum Elektromagneten 110 geführt, und zwar so, daß sie gegen
Bruch oder Abscheuern geschützt sind. Auf der Befestigungsplatte 100 sind, beispielsweise mittels Klebstoff, zwei druckempfindliche
Teile, z. B. Druckwandler 124 und 126 oder ähnlich fusionierende
Einrichtungen befestigt, die zur Messung oder Erfassung der auf sie
wirkenden, nach unten gerichteten Kräfte dienen.
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ΛΙ 25155Τ/Γ
Die Basisplatte 140 dient dreierlei Zwecken: 1 . zur Begrenzung der
Drehung der Befestigungsplatte auf einige Zehntel oder Hundertstel Millimeter, 2. zur Belastung des Krag- oder Drehmomentarms 162, der
an die Befestigungsplatte angeformt ist mittels der Auflagefläche 158 und 3. als Aufnahmelagerung, die die Drehung der Befestigungsplatte
100 gegenüber der Basisplatte 140 begrenzt. Der Spannungsmesser 164 ist in der Nähe des festen Endes des Drehmomentarms 162
befestigt, um eine maximale Empfindlichkeit zu erzielen. Da der Drehmomentarm 162 durch die Basis- oder Lastplatte 140 gegen seitliche
Bewegung gehalten ist, wird die durch Drehung der Befestigungsplatte 100 einwirkende Drehbelastung direkt durch den Spannungsmesser
164 überwacht.
Die erfindungsgemäße Drehmomentmessung arbeitet folgendermaßen: Da die Zunge 152 der Basisplatte 140 und die Nut 160 der Befestigungsplatte
100 gekrümmt sind und weil-die Befestigungsplatte 100
in einem Abstand oberhalb des Ski 50 angeordnet ist (Pig. 4» 5), neigt die Befestigungsplatte 100 bei Einwirkung eines Drehmoments
auf den Skistiefel zur Drehung, der auf die-.Befestigungsplatte 100
festgeklemmt ist. Der im Ausschnitt 156 sitzende Drehmomentarm
162 wird jedoch durch die Lagerflächen 158 in der Basisplatte 140
an der Bewegung gehindert. Daher verhindern die Lagerflächen 158
jede größere Drehung der Befestigungsplatte 100, so daß das Drehmoment
voll auf den Drehmomentarm 162 wirkt. Diese Kräfte werden von dem als Wandler wirkenden Drehmomentmesser 164 erfaßt, der
starr am Drehmomentarm 162 befestigt ist. Der Spannungsmesser 164
erzeugt somit ein Signal, das etwa zur gleichen Zeit auftritt wie das auf den Skistiefel wirkende Drehmoment, und das proportional
zur Größe des Drehmoments ist.
Fig. 15 zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Auslöseechaltung
für Sicherheitsbindungen. Sie enthält einen Kraft-Spannungswandler 1 oder ein elektronisches Bauteil zur Umwandlung von
Änderungen der auf den Ski oder Skistiefel wirkenden Kraft in eine
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diese darstellende Spannung. Ein solcher Wandler kann linear arbeiten, d. h. ein Ausgangssignal erzeugen, das proportional der
auf den Wandler wirkenden Kraft ist. Bei dem in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiel können an jeder Bindung drei getrennte
Kraft-Spannungs-Wandler verwendet werden, nämlich die beiden Druckwandler 124 und 126 und der Drehmomentwandler 164. Bei dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel werden daher drei getrennte Ausgangsspannungen erzeugt. Für kommerzielle Bindungen reichen allerdings
ein Kraft- und ein Drehmomentwandler. Bei einem guten Skiläufer braucht am Vorderteil der Skibindung nur eine Meßeinrichtung
wie der Druckwandler 124 vorgesehen zu sein, um die aus einem nach vorn gerichteten Sturz resultierende Kraft zu messen. Solche Stürze
bilden bei guten Skiläufern häufig die Verletzungsursache. Ungeübte Skiläufer stürzen häufig nach hinten, so daß es für diese zweckmäßig
ist, am hinteren Ende der Bindung eine Kraftmeßeinrichtung wie den Druckwandler 126 vorzusehen, um die aus einem nach b.inten
gerichteten Sturz resultierenden Kräffe zu messen. Da die von den Wandlern erzeugten Spannungen verhältnismäßig klein sind, warden sie,
damit sie leicht festgestellt werden können, zunächst durch einen geeigneten Spannungs- oder Stromwandler 2 verstärkt. Die Ausgangssignale
der Verstärker werden einem Summierverstärker 3 zugeführt, dessen Ausgangssignale einer variablen Stoß-Verzögerungsschaltung
4 und einer variablen Kraft-Verzögerungsschaltung 5 zugeführt wird.
Ein oder beide Ausgangssignale dieser Schaltungen werden über ein ODER-Gatter 6 einem einstellbaren Schwellwertdetektor 7 zugeführt.
Der Schwellwertdetektor 7 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn seine Eingangsspannung oder sein Eingangsstrom einen vorherbestimmten
Wert überschreitet. Sind daher die Kraft oder das Drehmoment oder die Summe dieser beiden Größen am Kraft- und Drehmomentwandler
größer als der vorherbestimmte Wert, so spricht der Bchwellwertdetektor
7 an, so daß dem diesem nachgeschalteten elektronischen
Schalter 8 ein Signal zugeführt wird und dieser einen elektrischen Auslöser 10 betätigt.
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Αι
Die variable Stoß-Verzögerungschaltung 4 gibt ein zeitlich verzögertes
Ausgangssignal ab, wenn die Kraft- und Drehmomentsignale
oder deren Summe den vorherbestimmten Wert überschreiten, bei dem der Schwellwertdetektor ansprechen sollte. Die Verzögerungsschaltung
4 dient dazu, eine augenblickliche Betätigung der Skiauslösung zu vermeiden, wenn die gemessenen-Kräfte die vorherbestimmten
Grenzen für sehr kurze Zeiten überschreiten. Ein guter
Skiläufer übt nämlich während bestimmter Laufzustände sehr starke Stoßkräfte auf die Ski aus, die so hoch sind, daß, wurden sie
dauernd für eine bestimmte Zeiperiode anstehen, dies -für den Skiläufer
gefährlich würde, die aber,, wenn sie nur kürzere Zeit einwirken,
nicht zu einer Auslösung der Bindung führen sollten. Die Verzögerungsschaltung 4 ermöglich daher eine variable, einstellbare
Zeitverzögerung für den Auslösemechanismus Jedes Ski, so daß eine vorzeitige Lösung der Bindung auch dann verhindert wird, wenn
die vorherbestimmte Sicherheitsschwelle überschritten wurde.
Die Kraft-Verzögerungsschaltung 5 liefert das arithmetische Produkt
aus Kraft und/oder Drehmoment und der Zeit, so daß Kräfte, die kleiner sind als normalerweise schädliche Kräfte, jedoch über zu
lange Zeit einwirken und daher möglicherweise schädlich sind, erfaßt -werden, und, wenn sie eine ausreichende Größe haben, ein Ausgangssignal
erzeugen, durch das der Auslösemechanismus betätigt wird.
Der Schwellwertdetektor 7, die Stoß-Verzögerungsschaltung 4 und die Kraft-VerzÖgerungsschaltung 5 sind variabel und mit Einstelleinrichtungen
zur Änderung ihrer Ansprechschwellen entsprechend der Erfahrung des Skiläufers oder den Umsiänden, unter denen der
Skiläufer läuft, versehen. Z. B. widersteht ein erfahrener Skiläufer besser wesentlich höheren Kräften und Drehmomenten während
des normalen Laufs als ein Anfänger. Daher wird für den erfahrenen Skiläufer der Betätigungshebel des variablen Schwellwertdetektors
7 auf wesentlich höhere Werte eingestellt als für einen Anfänger.
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Aus den gleichen Gründen ist die Kraft-Verzögerungsschaltung 5
einstellbar, um eine Anpassung an die Jeweiligen Fähigkeiten der den Skimechanismus benutzenden Person zu ermöglichen.
Die Ausgangsignale der Verzögerungsschaltungen 4 und 5 werden dem ODER-Gatter 6 zugeführt, das durch eines oder beide Eingangssignale
betätigt wird und dem Schwellwertdetektor 7 ein Signal zuführt.
Der elektronische Schalter 8 betätigt, wenn er durch ein geeignetes Ausgangssignal des Schwellwertdetektors 7 geschlossen wird, den
elektronischen Auslöser 10, beispielsweise einen Elektromagneten, der den mechanischen Auslösemechanismus zur Auslösung der Skibindung
betätigt. Das gesamte System wird aus einer geeigneten Energiequelle 9 betätigt, die aus einer Batterie oder einer anderen geeigneten
kleinen Energiequelle bestehen kann und in der Kammer 120 oder in einer ähnlichen Kammer in oder am Ski oder Skistiefel enthalten
ist. Die Energiequelle enthält einen Anzeiger 12 zur Überwachung
der Batterie, durch den der Zustand derselben angezeigt und eine Warnung abgegeben wird,wenn die Batteriespannung unter einen
bestimmten Viert sinkt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann, wenn gewünscht, ein Sonnenzellen-^Ladegerät 11 verwendet
werden, durch das die Sonnenenergie zur Speisung der Energiequelle ausgenutzt wird.
Zur Einstellung der Verzögerungsschaltungen 4 und 5 und des Schwellwertdetektors
7 können eine Vielzahl von Einstelleinrichtungen verwendet werden, z. B. Skalenscheiben, die an der oberen Oberfläche
des Skis leicht sichtbar sind und mit stufenweisen Bezeichnungsi versehen sind, die die Fähigkeiten des Skiläufers anzeigen, z. B.
Anfänger, Fortgeschrittener, Geübter usw. Auch können Ziffern angegeben werden, die die Fähigkeiten des Skiläufers und/oder andere
Bedingungen wiedergeben. Alternativ kann in einer geeigneten Öffnung in oder am Ski eine Betätigungseinrichtung vorgesehen sein,
die mittels eines Schraubenschlüssels oder Schraubenziehers betätigbar ist, um die variablen Größen einzustellen.
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Zur Energieersparnis kann ein geeigneter Schalter vorgesehen sein,
um die Energiequelle zur Speisung der elektrischen Bauteile des Systems bei Beginn einer Abfahrt ein- und am Ende wieder auszuschalten.
Bei der Sicherheitsbindung der Fig. 1 bis 5 befindet sich im gelösten
Zustand der Federschaft 88 in praktisch vertikaler Stellung. In dieser Stellung befindet sich das Gleitstück 76 am linken äußeren
Ende seiner Bewegungsstrecke. Die Seitenbacken 62 ragen, gemäß der strichpunktierten Darstellung in Fig. 1, nach außen, so daß Skistiefel
und Stiefelplatte zwischen die Backen eingesetzt werden können. Der Skiläufer tritt dann auf den Ski und schiebt nach hinten
und unten, so daß der Federschaft 88 in die in den Fig. 1 und 2 gezeigte blockierte Stellung gebracht wird. Der durch die Feder 92
vorgespannte Nockenfolger 98 folgt der Nockenfläche 108 des Endteils
102, wenn das Gleitstück 76 nach rechts (Fig. 1, 2) gezogen wird. Hierbei ergreifen die Nockenteile 80 und 82 die entsprechenden Nutabschnitte
70 der Backen 62. Diese werden hierdurch nach innen gezogen, so daß der vertikale Teil 66 die in Fig. 2 strichpunktiert
gezeigte Stiefelplatte ergreift, die starr an der Sohle des Skistiefels befestigt ist. Wenn der Federschaft 88 sich in der gezeigten
horizontalen Lage befindet, liegt der durch eine Feder vorgespannte Anker 114 des Elektromagneten 110 in der zugehörigen Öffnung
im Kopf 90. Hierdurch wird die Bindung an der Skistiefelplatte blockiert. Der Skistiefel ist damit für den normalen Skilauf starr
am Ski befestigt.
Beim normalen Skilauf beanspruchen die Kräfte zwischen dem Ski und
dem Stiefel die Wandler 124, 126 und 164. Deren Ausgangsspannungen
werden über die Spannungs- oder Stromverstärker 2 und den Summierverstärker
3 den Verzögerungsschaltungen 4 und 5 zugeführt. Solange
die erzeugten Ausgangsspannungen die durch die Einstellung des variablen Schwellwertdetektors 7 vorgegebenen Werte nicht überschreiten,
löst die Bindung nicht aus.
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In einem Zustand jedoch, in dem auf die Druckmeßwandler 124 und 126
oder den Drehmomentmeßwandler 164 eine abnormale Kraft ausgeübt wird, sei es hinsichtlich Größe oder dem Produkt aus Kraft und Zeit,
so leitet das ODER-Gatter 6 die Signale zum Eingang des Schwellwertdetektors 7 durch, durch dessen Ausgangssignal der elektronische
Schalter 8 geschlossen und der elektronische Auslöser betätigt wird, der in dem vorliegenden Beispiel aus dem Elektromagneten 110 besteht.
Bei Betätigung des Elektromagneten 110 bewegt sich der Anker
114 nach rechts und löst den Pederschaft 88. Durch de Kraft der
Feder 92 wird der Nockenfolger 98 gegen die Nockenfläche 108 gedrückt.
Die Krümmung der Nockenfläche ist so gewählt, daß die Federkraft den Nockenfolger 98 längs der Nockenfläche 108 nach oben
drückt. Hierdurch wird das Gleitstück 76 nach links (Fig. 1, 2) getrieben, so daß die Nockenflächen 80 und 82 die Nockenfolgerabschnitte
oder Nuten 70 nach außen drücken. Hierdurch löst die Bindung aus und gibt den Stiefel vom Ski frei, so daß eine Verletzung
des starr am Ski befestigten Beins des. Skiläufers verhindert wird.
Wegen der hohen Kraft der Feder 92, die noch durch das vom Stiefel und Bein des Skiläufers ausgeübte Drehmoment unterstützt wird,
erfolgt die Auslösung extrem schnell. Der Skistiefel wird daher nach einer minimalen Zeit gelöst, nachdem die gefährliche Kraft
durch einen der Wandler erfaßt wurde.
Die übliche Spademan-Bindung hat eine scharfe Änderung der der Nockenfläche 108 entsprechenden Nockenfläche, die, wie gezeigt,
gleichmäßig gekrümmt ist. Bei der früheren Spademan-Bindung müssen daher die Backen 62 durch eine Verschiebung der Spitze um etwa 25 mm
nach außen bewegt werden, um das Gleitstück 76 zu verschieben und den Nockenfolger 98 nach oben bis zu einer Stelle zu bewegen, an der
durch die Federwirkung oder durch den Nockenfolger dieser über den
Rest des Weges der Nockenfläche folgt und die nach außen gerichtete Verschiebung der Backen vollendet. Bei der hier beschriebenen abgewandelten
Spademan-Bindung wird jedoch eine vollständig gekrümmte Nockenfläche 108 verwendet, so daß der Nockenfolger 98 ausgelöst
wird, sobald der Elektromagnet 110 den Anker 114 verschiebt. Da der
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Elektromagnet durch ein augenblickliches Signal von der Kraftmeßschaltung
betätigt wird, wird der Skistiefel unmittelbar freigegeben, nachdem eine gefährliche Kraft durch die Kraftmeßschaltung
gemessen wurde, ohne daß eine größere Verschiebung der Backen 62 notwendig ist.
Der Elektromagnet kann als Auslösemechanismus für die Skibindung unpraktisch sein, weil Feuchtigkeit, Schnee, Staub und dergleichen
leicht einfrieren können, so daß ein extrem starker und damit großer Elektromagnet notwendig ist, um die gefrorenen Fremdkörper zu überwinden.
Es kann daher wünschenswert sein, den Elektromagneten durch einen anderen Auslösemechanismus zu ersetzen. Innerhalb des Rahmens
der Erfindung können beliebige, schnell ansprechende, elektrisch betätigte Auslösemechanismen verwendet werden, die vorzugsweise
leicht, kompakt und zuverlässig sind und durch die Bedingungen beim Skilaufen nicht beeinflußt werden.
Pig. 6 und 7 zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel der erfindungsgemßen
Bindung mit einer herkömmlichen Vorder- und Fersen-Bolzenbindung zur Befestigung des Skistiefe.ls. Diese Figuren zeigen
auch eine andere Art des Auslösemechanismus zum Öffnen der Skibindung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Skistiefel mit einer
Vorderplatte 202 und einer Fersenplatte 204 mit je einer Öffnung 206
bzw. 208 versehen. Die Vorderplatte 202 und die Fersenplatte 204 sind starr in bekannter Weise am nichtgezeigten Skistiefel befestigt.
Am Ski 210 ist eine Ski-Befestigungsplatte 212 angebracht, die aus mehreren Abschnitten 216 besteht, die je durch kleine Zwischenräume
214 voneinander getrennt sind, damit sich der Ski während
der Benutzung durchbiegen kann. Auf der Befestigungsplatte 212 sind
z.B. durch Schweißen zwei oder mehrere Auflageplatten 218 befestigt, die nach oben ragen und als Auflager für eine Drehmomentplatte 220
dienen.Am vorderen und hinteren Ende der Befestigungsplatte sind Profilstücke
222 und 224 in Form eines umgekehrten T angeordnet, die mit ihrem horizontalen Schenkeln 226 an der Befestigungsplatte 212
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angeschweißt sind. Die vertikalen Schenkel der Profilstücke 222 und 224 sitzen in Schlitzen 232 und 234 der Drehmomentplatte 220.
Wie aus Fig. 7 am besten ersichtlich, besteht ein Abstand zwischen den Schenklen 228 und 230 und der Drehmomentplatte 220, so daß
sich diese nach unten biegen kann. Das Profilstück 224 ist ebenso geformt wie das Profilstück 222 und sitzt in der gleichen Weise
wie in Fig. 7 gezeigt in dem Schlitz in der Drehmomentplatte 220.
Die Auflageteile 218 sind an ihrer Oberfläche je mit einem Material
mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten beschichtet, beispielsweise mit Polytetrafluoräthylen, jimdie Reibung zwischen den Auflageplatten
und den unteren, angrenzenden Oberflächen der Drehmomentplatte 220 zu verringern. Zwischen den Auflageteilen und
den Profilstücken befindet sich Füllmaterial 240 zur Befestigung der Drehmomentplatten 220 an der Befestigungsplatte 212 durch Befestigung
an beiden Platten, beispielsweise mittels eines geeigneten Klebers, wobei zwischen der Drehmomentplatte und der Ski-Befest
igungaplatte 212 eine ausreichende Flexibilität besteht, damit das Drehmoment auf die Profilstücke 222 und 224 übertragen
werden kann. Das Füllmaterial wirkt bei Verbiegung der Dremomentplatte 220 und der Befestigungsplatte 212 ähnlich wie eine Torsionsfeder
und kann ohne die Auflageplatten 218 Verwendetwerden, wenn das Federvermögen ausreicht, um das Gewicht des Skiläufers unter
allen Bedingungen zu tragen. Das Füllmaterial ist vorzugsweise ein Elastomer, beispielsweise ein etwas federnder, halbstarrer Polyurethanschaum,
der wasserdicht und federnd ist und gut klebt. Bei Verwendung des Füllmaterials fehlt jede Reibung und es ist eine
vollständige Kontrolle der Gleitflächen möglich, da keine Fremdkörper
zwischen die Paßflächen gelangen können. An dem nach oben stehenden Schenkel 228 des Profilstücks 222 ist ein geeigneter
Dehnungs- oder Spannungsmesser 236 befestigt.
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An der Drehmomentplatte 220 ist, "beispielsweise durch Schweißen,
eine L-förmige vordere Bindungsplatte 242 befestigt. Am nach oben
ragenden Schenkel der vorderen Bindungsplatte 242 ist der vordere Bolzen 244 angebracht, der mit der Vorderplatte 202 in Eingriff
steht, indem er durch die Öffnung 206 hindurchragt. Der Bindungsbolzen 244 ist beispielsweise mittels Bellville-Pedern 246 und
einer Mutter befestigt, und zwar so, daß die Stoßbelastung bei vorderem Stoß vermindert wird und eine Längenänderung zwischen
Ferse und Spitze möglich ist, wenn sich der Ski biegt. Der Bolzen 244 kann aus einem solchen Material hergestellt und mit solchen
Eigenschaften ausgestattet sein, ,daß er bei einem Ausfall der elektrischen Schaltung und ungewöhnlich hohem, am Stiefel wirkendem
Drehmoment abschert, was einen zusätzlichen Sicherheitsfaktor darstellt. Am vertikalen Schenkel der vorderen Bindungsplatte 242
ist unterhalb des Bolzens 238 ein Dehnungs- oder Spannungsmesser
237 zur Überwachung der vorderen Kräfte befestigt.
Vorn und hinten sind am Ski Z-förmige Klammern 250 bzw. 252 befestigt,
die das vordere bzw. hintere Ende der Drehmomentplatte 220 übergreifen und eine Lösung derselben vom Füllmaterial 240 verhindern.
Am hinteren Teil der Drehmomentplatte 220 ist beispielsweise durch
Schweißen die Fersenbindung 256 befestigt, die eine nach oben ragende, U-förmige Platte 258 mit horizontalen Öffnungen 260 in
ihren vertikalen Schenkeln 262 enthält, durch die ein horizontal verlaufender Fersenbolzen 264 mit kreisförmigem Querschnitt geführt
ist. Der Bolzen 264 ist mittels einer Druckfeder 268 vorgespannt, die an einer Scheibe 270 anliegt. Diese ist mittels einer
einstellbaren Mutter am Bolzen 264 befestigt. Die Druckfeder liegt mit ihrem anderen Ende am linken (Fig. 6) Schenkel 262 der Fersen-Befestigungsplatte
an. Die Druckfeder 268 spannt den Fersenbolzen 264 in einer Richtung (gemäß Fig. 6 nach rechts), in der er aus
der Fersenplatte gelöst wird.
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-.34—
Gemäß Fig. 6 ist auf dem Ski 210 hinter der Drehmomentplatte 220
eine insgesamt mit 274 bezeichnete Auslöseeinrichtung mit einer Basis 276 angebracht, die in geeigneter Weise am Ski befestigt ist.
Sie enthält zwei nach oben wegstehende Stützen 278, zwischen denen auf einem Achsstift 280 ein Nockai 296 gelagert ist, der am Fersenbolzen
264 anliegt. Der Nocken ist beispielsweise durch Schweißen an einem Handgriff 284 befestigt. Unterhalb des Handgriffs ist
an der Basis 276 eine nach oben ragende Führung 286 mit. einer Öffnung 288 befestigt, durch die ein Federschaft 290 ragt. Auf den
Federschaft 290 ist in der Nähe seines linken Endes eine einstellbare Mutter 292 geschraubt, an der eine Druckfeder 294 anliegt.
Deren Kraft ist durch Einstellung der Mutter 292 am Federschaft 290 einstellbar. Das linke Ende des Federschafts 290 ist mittels eines
Achsstiftes 298 am Nocken 296 angelenkt.
Am hinteren Ende der Auslöseeinrichtung 274 ist an der Basisplatte
276 ein Träger 300 befestigt, an dem eine Klinke 302 angebracht ist.
Die Klinke 302 ist um einen am Träger 300 angebrachten Achsstift 304 schwenkbar und mittels einer Zugfeder 306 vorgespannt, deren
eines Ende an der Klinke 302 und deren anderes Ende am Träger 300 befestigt ist. Die Klinke 302 enthält eine Nase 310,die mit einem
Vorsprung 312 am rechten Ende des Handgriffs 284 in Eingriff steht.
Am unteren Ende der Klinke 302 ist ein hufeisenförmiger Permanentmagnet
314 angeschweißt. An einer Stütze 316, die starr an der
Basis 276 befestigt ist, ist ein hufeisenförmiger Elektromagnet 318 befestigt, dessen positiver Pol dem negativen und dessen negativer
Pol dem positiven Pol des Magneten 314 gegenübersteht. Der
Elektromagnet 318 ist starr an der Stütze 316 befestigt.
Auf dem Kern des Elektromagneten 318 sitzt eine Spule 322, die
an den elektronischen Schalter 8 (Fig. 13) angeschlossen ist. Im
normalen verriegelten Zustand (Fig. 6) hält der Permanentmagnet 314
im entregten Zustand der Spule 322 den Handgriff 284 verriegelt.
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- 2Sr-
Wird die Spule 322 eingeschaltet und der Elektromagnet 318 erregt,
so liegt der negative Pol - des Elektromagneten 318 gegenüber dem negativen Pol dea Permanentmagneten 3"ί4. Ebenso liegen die positiven
Pole der beiden Magnete einander gegenüber. Durch die Abstoßung zwischen den miteinander fluchtenden Polen gleicher Polarität wird
der Magnet 314 im G-egenuhrzeigersinn verdreht, ,so daß sich die
Hinke 302 gegen die Kraft der Spannfeder 306 dreht, die normalerweise
die Klinke im Uhrzeigersinn vorspannt. Hierdurch wird der Handgriff 284 gelöst.
In einer auf der Basisplatte 276 befestigten Kammer 326 befinden
sich die Energiesellen 328 zur Speisung'der erfindungsgemäßen elektrischen
Schaltung, deren in Kikrominiatur-Schaltelementen ausgeführte,
nichtgezeigte. elektrische Bauteile ebenfalls in der Kammer 326 untergebracht sind. Nichtgezeigte Leitungen vom Dehnungsoder Spannungsmesser 236 verlaufen geschützt am Ski zur Kammer 326.
Bei offener Bindung steht der Handgriff 284, unter der Vorspannung
der Druckfeder 294, vertikal, wobei das den Fersenbolzen beaufschlagende Ende des Nockens 296 nach unten gerichtet ist. In dieser
Stellung wird der Fersenbolzen 264 durch die Feder 268 nach rechts (Fig. 6) gedruckt, so daß der Bolzen außerhalb der Öffnung 208 in
der Fersenplatte 204 liegt. In diesem Zustand kann der Skiläufer seinen Stiefel auf den Ski setzen und vorwärtsbewegen, so daß der
vordere Bolzen 238 in die Öffnung 206 in der Vorderplatte 202 greift. Der Skistiefel wird soweit wie möglich nach vorn bewegt. Darauf
wird aer Sperr-Handgriff 284 nach unten in die in Fig. 6 gezeigte
horizontale Stellung gedruckt, so daß der Vorsprung 3^2 am rechten
Ende des Handgriffs 284 in Eingriff mit der Hase 310 der unter Federvorspannung stehenden Klinke 302 tritt. In dieser Stellung ist die
Spannfeder 306 gespannt. Die Pole des Magneten 314 sind an die nichterregten
Pole des entregten Elektromagneten 316 ang3zogen, der aus
ferroMagnetischem Material besteht. Die Klinke 302 wird daher in
der verriegelten Stellung gehalten. Während der Handgriff 284 aus
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23 251954A
der vertikalen Stellung nach unten bewegt wird, dreht sich der Nocken 296 im Uhrzeigersinn um den Achsstift 280, so daß seine
am Fersenbolzen 264 anliegende Oberfläche gegen das rechte Ende des Fersenbolzens 264 drückt und ihn gemäß Fig. 6 nach links
drückt, so daß dieser in die Öffnung 208 in der Fersenplatte 204, wie in Fig. 6 gezeigt, eingreift und den Skistiefel sicher am Ski
verriegelt.
Wenn sich der Handgriff 284 in der in Fig. 6 gezeigten Stellung befindet, ist er durch die Klinke 302 verriegelt. Er" verbleibt in
dieser Stellung, bis der Elektromagnet 318 durch ein Signal vom
elektronischen Schalter 8 erregt wird, wenn durch einen oder zwei Spannungsmesser 236 und 237 ein gefährlicher Zustand festgestellt
wird. Der Spannungsmesser 237 erfaßt die durch einen nach vorn gerichteten Schub des Skistiefels erzeugten Kräfte. Der vertikale
Schenkel der vorderen Bindungsplatte 242, dessen unterer Schenkel
starr an der Drehmomentplatte 220 befestigt ist, wird durch nach vorn gerichtete Kräfte gespannt, die vom daran befestigten Spannungsmesser
237 erfaßt werden. Bei Verdrehung des Skistiefels wirkt dieses Drehmoment auf die Torsionsplatte 220, wodurch der vertikale
Schenkel 228 leicht nach links oder rechts gebogen wird. Hierdurch werden der Schenkel und der daran befestigte Spannungsmesser gespannt
und es wird ein dem wirkenden Drehmoment entsprechendes Signal erzeugt.
Übersteigt das von einem Wandler (wie in Fig. 6 als Spannungsmesser
gezeigt) die zuvor am variablen Schwellendetektor 7, an der Verzögerungsschaltung 4 oder an der Verzögerungsschaltung 5 eingestellte
Schwelle, so schließt der elektronische Schalter 8 und die Spule 322 des Elektromagneten 318 wird erregt. Hierdurch wird
die Klinke 302 im Gegenuhrzeigersinn verdreht, wobei die Vorspannung der Feder 306 überwunden und der Vorsprung 312 des Handgriffs
284 gelöst wird. Dieses Signal, das in der oben beschriebenen Weise verarbeitet wird, triggert den Auslösemechanismus, wenn sämtliche
vorherbestimmten Zeitintervalle und Einstellgrößen der Auslöseschaltung erfüllt sind. Durch die Feder 294 wird der Nocken 296 mit dem
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daran starr befestigten, gelösten Handgriff 284 im Uhrzeigersinn
gedreht. Hierbei dreht sich de-r Nocken, der den Persenbolzen 294 in der verriegelten Stellung gehalten hat um 90 und gibt den
Fersenbolzen frei. Der Handgriff 284 gelangt in eine etwa verti-r kale Stellung, so daß sich die Feder 268, die an der starr am
Fersenbolzen 264 befestigten Mutter 272 anliegt, entspannt und den Fersenbolzen in Fig. 6 nach rechts treibt. Hierdurch wird der
Eingriff zwischen dem Fersenbolzen 264 und der Fersenplatte gelöst, so daß der Ski frei vom Skistiefel fallen kann, da der vordere Bolzen
durch nichts mehr in der Öffnung in der vorderen Platte 202 gehalten wird.
Die nach vorn gerichteten Kräfte werden durch den Spannungsmesser
237 überwacht, beispielsweise wenn der Ski oder Stiefel gegen eine
tiefe Einsenkung im Schnee, gegen einen Baum, Steine oder eine Schneewehe stößt, so daß der vertikale Schenkel der Platte 242
verbogen und der Spannungsmesser 237 verspannt wird.
Fig. 8 bis 11 zeigen einen mit einer Kabelzugbindung versehenen Ski
350, wobei die Vorderplatte 352 mit einem vorderen Bolzen 354 in Eingriff steht. Der Absatz des Stiefels wird von einem bekannten
Kabelzugmechanismus 358 gehalten. Das Kabel 362 wird durch eine
Kabel-Spannfeder 364 gespannt. Seine Länge ist in bekannter Art
mittels einer Längen-Einstellmutter 366 einstellbar. Das Kabel ist
in der Art einer Schraubenfeder flexibel aber nicht dehnbar. Es ist auf den beiden Seiten des Ski unter Kabelführungen 268 geführt.
Sein hinteres Ende 370, verläuft, wenn es mit dem Stiefel in Eingriff steht, . unter einem Winkel vom Ski nach oben und ist über
dem Eingriffsabschnitt 372 mit einem Kunststoffschlauch versehen
(Fig. 8, 9). Der Kabelverbinder ist an. einem Joch 388 befestigt, das mittels Achsstiften 390 an den Seiten 392 eines Handgriffs 386 angelenkt
ist. Der Handgriff 386 ist mittels Achsstiften 394 an den vertikalen Seiten der Basisplatte 396 befestigt, die ihrerseits am
Ski 350 befestigt ist.
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Die L-förinige Bolzen-Lagerplatte 376 ist beispielsweise durch
Schweißen an der Basisplatte 378 des Ski befestigt. Die Platte 378 ist mit dem Ski verschraubt. Der vordere Bolzen 354 ist herkömmlicher Art. Er steht mit der Vorderplatte 352 über eine darin
vorgesehene konische Öffnung in Eingriff. An der Seite des Vorderbolzens 354 ist mittels eines Klebstoffes ein als Y/andler aufgebauter
Spannungsmesser 380 befestigt, der zur Messung des an der Spitze des Stiefels auf den Bolzen 354 wirkenden Drehmoments
dient. An der unteren Fläche der Lagerplatte 376 ist ein Spannungsmesser
382 befestigt, der über die Basisplatte 378 hinausragt.
Der Spannungsmesser 382 dient zur Messung der nach unten gerichteten Kräfte.
Das Kabel 362 wird aus der Stellung, in der der Stiefel in die Bindung
eingesetzt oder aus dieser entfernt werden kann in die Stellung, in der der Eingriffsabschnitt 372 fest am Absatz des,Stiefels
anliegt, gebracht, indem es durch eine im Gegenuhrzeigersinn gerichtete Kraft auf den Handgriff 386 aus der in Fig. 9 strichpunktiert
gezeigten Stellung nach unten gedruckt wird.
Der Sperrmechanismus funktioniert folgendermaßen. Der Handgriff befindet sich zunächst in der in Fig. 9 strichpunktiert gezeigten
Stellung, in der^das Kabel 362 gelöst ist und der Stiefel in das den Absatz ergreifende hintere Ende 370 des Kabels 362 eingesetzt
werden kann, wobei die Vorderplatte 352 mit dem vorderen Bolzen 354 in Eingriff kommt, wobei die Bewegung durch einen Anschlag 355
begrenzt ist. Der Handgriff 386 wird dann im Gegenuhrzeigersinn gedreht, wobei sich das Kabel 362 nach links verschiebt. Damit legt
sich das Ende 370 des Kabels dicht an d en Absatz des Skistiefels
an, so daß dieser starr am Ski 350 befestigt wird.
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Der Handgriff 386 ist dann durch den Verriegelungsmechanisuius eines
Klinkenhebels 398, der einen hakenförmigen Teil 400 des Handgriffs 386 ergreift, verriegelt. Der Klinkenhebel 398 ist an den vertikalen
Seiten der Basisplatte 396 gelagert und wird mittels einer Torsionsfeder
402 gegen Schwingungen und ähnliche Einflüsse in der verriegelten Stellung gehalten. Die Torsionsfe'der 402 ist an einer
der Stützen befestigt, an denen der Klinkenhebel selbst befestigt ist.
Innerhalb des vom Handgriff 386 und der Basisplatte 396 umschlossenen
Raumes befindet sich ein Betätigungsmechanismus. Dieser enthält ein herausnehmbares Magazin 404, das durch eine Öffnung in
einer der Wände 392 des Handgriffs und d er Basisplatte 396 einsetabar
ist. In das Magazin 404 können mehrere Patronen 416 eingesetzt
sein, die durch eine innerhalb des Magazins angeordnete Druckfeder 406 in die Abgabestellung gedruckt werden. Der dem unteren: Ende
408 des Klinkenhebels 398 gegenüberliegende Abschnitt des Magazins 404 ist mit einer mit dem unteren Ende fluchtenden Öffnung 410 versehen,
so daß durch den von einer explodierenden Patrone an der Öffnung 410 erzeugten Schlag die angrenzende Endfläche des unteren
Endes 408 des Klinkenhebels 398 augenblicklich beaufschlagt und der Klinkenhebel 398 gegen die Kraft der Torsionsfeder 402 im Uhrzeigersinn
verdreht wird. Durch diese Drehung des Klinkenhebels 398 wird der hakenförmige Teil 400 freigegeben, so daß der Handgriff
386 unter der Zugspannung des Kabels 362 gelöst wird (da seine Wirkungsrichtung ein um den Achs stift 394 im Uhrzeigersinn
gerichtetes Drehmoment erzeugt). Hierdurch wird die Spannung des Kabels und damit das den Absatz haltende Ende 370 des Kabels gelöst.
Nachdem der Absatz freigegeben ist, kann sich der Skistiefel vom Ski lösen, da die Vorderplatte 352 nicht mehr gegen den Yorderbolzen
354 gedruckt wird.
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Die dem unteren Ende 408 des Klinkenhebels 398 gegenüberliegende
Patrone wird mittels eines Stromimpulses durch zwei nichtgezeigte Kontakte im Magazin 404 gezündet. Die Kontakte werden von einer in
der an der Basisplatte 396 angebrachten Kammer 412 vorgesehenen
Energiequelle mit Strom versorgt, wenn von der elektronischen Schaltung
ein Kommando abgegeben wird, wenn auf einen der Wandler eine zu hohe Kraft oder ein zu hohes Drehmoment ausgeübt wurde.
Die Patronen 416 sind Spezialpatronen, die kontrolliert so explodieren,
daß der Klinkenhebel 398 verschoben wird,· ohne daß unnötig hohe Explosionskräfte oder eine Gefahr entsteht.
Mit Hilfe des Spannungsmessers 380 werden die nach vorn gerichteten
Kräfte des Stiefels sowie Torsionskräfte erfaßt, die den Bolzen 354 leicht verbiegen und so den Spannungsmesser 380 proportional
zum einwirkenden Drehmoment verspannen. Der Spannungsmesser 382 erfaßt nach unten gerichtete Kräfte des Skistiefels gegen die Bolzen-Lagerplatte
376 und erzeugt ein entsprechendes Signal. Diese Signale werden durch nichtgezeigte Leitungen von den Spannungsmessern zur
elektronischen Schaltung in der Kammer 412.geleitet, wenn die erfaßte
Kraft von ausreichender Größe und/oder Dauer ist.
Die verbrauchten Patronen werden durch einen Auswerfmechanismus ausgeworfen. Der Auswerfmechnismus 420 enthält einen Auswerfschieber
422, dessen eines Ende an einer Hebelplatte 424 angelenkt ist und dessen anderes Ende durch eine Öffnung 426 in das Magazin 404
ragt. Die Hebelplatte 424 ist an der Basis 396 mittels eines Achsstiftes 428 angelenkt. An der Hebelplatte 424 ist starr ein Drücker
430 befestigt. Der Drücker 430 ragt durch eine Öffnung an der Basis der Seitenwand 392. Diese Öffnung verläuft durch den Boden der
Seitenwand hindurch, so daß sie angehoben und vom Drücker 430 getrennt
werden kann.
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Bine Patrone kann ausgeworfen werden, wenn der Händgriff 386 in
der unverriegelten Stellung ist", indem der Drücker 430 nach innen
gedrückt, die Hebelplatte 424 gedreht und der Schieber 422 gemäß Pig. 11 nach links verschoben wird. Hierdurch wird die verbrauchte
Patrone nach links durch die Öffnung 410 im Magazin 404 ausgeschoben,
wobei der Klinkenhebel 398 im Uhrzeigersinn verschoben wird,
so daß die Patrone freigegeben wird. Sind der Drücker 430 und der Schieber 422 zurückgezogen, so verschiebt die Feder 406 die Patronen.
Somit nimmt eine neue Patrone die zuvor von der verbrauchten Patrone eingenommene Stellung ein.
Ilachdem sämtliche im Magazin 404 befindlichen Patronen 416 verbraucht
sind, kann das Magazin entnommen, wieder gefüllt und wieder eingesetzt werden, oder es wird ein neues gefülltes Magazin eingesetzt.
Am Ski 350 ist ein Steuerkasten 418 mit einem abnehmbaren Deckel befestigt,so daß Stellschrauben und -skalen 419 zugänglich sind.
Die Stellschrauben sind mit den elektronischen Steuereinrichtungen verbunden und können auf vorherbestimmte, variable Kräfte und Zeiten
eingestellt werden, die die Bedingungen zur Auslösung der Skibindung bilden. Die Stellschrauben können mittels eines Schraubenziehers
oder anderer geeigneter bekannter Einrichtungen, beispielsweise auch eines Schraubenschlüssels, vorzugsweise im Skigeschäft eingestellt
und verriegelt werden. Die zugehörigen Skalen können mit Nummern oder mit Bezeichnungen wie Anfänger, Fortgeschrittener
oder Geübter versehen werden. Im Steuerkasten 418 befindet sich ein Hauptschalter. Während des Skilaufens sollte der Deckel des
Steuerkastens aufliegen, um eine unbeabsichtigte Verdrehung der Stellschrauben zu vermeiden.
Bei dem in Fig. 12 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Ski ebenso
wie bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 8 und 9 mit dem Stiefel
verspannt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Handgriff 386
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mittels eines Permanentmagneten 440 in der geschlossenen Stellung gehalten, der an einem Elektromagneten 442 aus ferromegnetischem
Material anliegt.
Der Yerriegelungsmechnismus der Fig. 12 ist von der gleichen Art
wie der in Fig. 6 gezeigte. Der Permanentmagnet 440 ist am Handgriff 386 und der H-förinige Elektromagnet 442 an der Basisplatte
396 befestigt. Auf dem Kern 446 des Elektromagneten befindet sich eine Spule 444. Die Spule is Van die elektronische Schaltung in der
Kammer 412 angeschlossen, so daß durch sie der Kern 446 erregt wird,
wenn der elektronische Schalter 8 der Fig. 13 geschlossen wird. Im
nichterregten Zustand werden die Pole des Permanentmagneten 440 an das ferromagnetische Material des Elektromagneten 442 angezogen, so
daß der Handgriff 386 verriegelt ist, nachdem er in die in Fig. 12
gezeigte Stellung niedergedrückt wurde. Wird die Spule 444 erregt, wenn die elektronische Schaltung eine Gefahrensituation feststellt,
so werden die Pole des Elektromagneten 442 derart erregt, daß die beiden Magnete 440 und 442 einander abstoßen. Hierdurch wird der
Handgriff 386 gelöst und durch die Spannung des Bindungskabels in die gelöste Stellung gezogen, wie es anhand der Fig. 8 und 9
beschrieben wurde.
Fig. 14 bis 19 zeigen verschiedene unterschiedliche Arten von elektronischen
Schaltungen und Fühleinrichtungen, die für die erfindungsgemäße Schaltung zur Erfassung einer linearen Kraft oder eines
linearen Drehmoments verwendet werden können, die auf den Skistiefel wirken. Durch die elektronischen Schaltungen und Fuhleinrichtungen
wird ein Signal zur Einleitung der Funktion einer Betätigungseinrichtung zur Lösung der Skibindung erzeugt, wenn gewisse
vorherbestimmte Bedingungen hinsichtlich Kraft und Zeit erfüllt sind. Die Schaltungen entsprechen sämtlich dem Blockschaltbild
der Fig. 13. Innerhalb des Rahmens der Erfindung können jedoch
zahlreiche andere Arten von Fuhleinrichtungen und Schaltungsanordnungen
angewendet werden.
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Fig. 14 zeigt eine KraftmeSschaltung mit zwei Spannungsmessern,
nämlich einem Spannungsmesser 510 zur Messung von Druckkräften
und einem Spannungsmesser 504 zur Messung von Drehmomenten.Beide
Spannungsmesser sind als Wandler ausgebildet. Die Spannungsmesser sind je in einen Zweig einer normalerweise abgeglichenen Brücke
500 bzw. 502 geschaltet. Die Brücken 500 und '502 enthalten je drei feste Widerstände 506 bzwt 512. Die Widerstandswerte der
Widerstände 506 und des Spannungsmessers 504 im ungespannten
Zustand sind einander gleich., so daß die Brücke 500 normalerweise abgeglichen ist. Die Werte der Widerstände 512 und des
Spannungsmessers 510 sind in dessen ungespannten Zustand einander
gleich, so daß die Brücke 502 ebenfalls normalerweise abgeglichen ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 14 sind die Wandler vom
Folien- oder Halbleitertyp (Dehnungsmeßstreifen). Wie im «folgenden
noch beschriebenjwird, können innerhalb des Rahmens der Erfindung
alerdings auch andere Wandlermechanismen und/oder Schaltungen verwendet werden, die eine äquivalente Funktion haben.
Die Brücke 500 dient zur Messung des Drehmoments, die Brücke 502 zur Messung der Druckkraft. Werden die Spannungsmesser einer
Druck- oder Zugkraft unterworfen, so ändert sich ihr Widerstand proportional zur wirkenden Spannung. Der Widerstand nimmt mit
steigendem Druck ab und mit steigender Spannung am Spannungsmesser
zu. Wenn also der Spannungsmesser 504 oder 510 entsprechend beansprucht wird, nimmt sein Widerstand entsprechend ab oder zu, so
daß die zuvor abgeglichene Brücke unabgeglichen oder unsymmetrisch wird. Hierdurch wird eine Ausgangsspannung erzeugt, die dem vom
Spannungsmesser erfaßten Zug oder Druck entspricht. In der Drehmomentbrücke 500 kann das dem Drehmoment entsprechende Ausgangssignal
je nach der Richtung des wirkenden Drehmoments positiv oder negativ sein. In der Brückenschaltung 502 hat das der Kraft entsprechende
Ausgangssignal nur eine Polarität, da nur nach vorn gerichtete Druckkräfte auftreten.
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Die Brücken 500 und 502 sind je an einen Differenzverstärker 516 bzw. 518 angeschlossen, die zur Verstärkung der verhältnismäßig
schwachen Signale von den Brückenschaltungen dienen. Die Differenzverstärker verstärken das dem Ungleichgewicht infolge von Änderungen
der Spannungsmesser in jeder Brücke erzeugte Ausgangssignal, wenn auf die entsprechenden Spannungsmesser Spannungen einwirken.
An die Differenzverstärker 516 und 518 ist je ein Integrationsverstärker 524 bzw. 528 angeschlossen, die eine langzeitige Rückkopplungssteuerung
ermöglichen, so daß die dem Drehmoment bzw. der Kraft entsprechenden Spannungen auf Null gehaltenwerden, obwohl
eine oder beide Brücken 500 und *502 infolge Temperaturänderungen
oder Drifterscheinungen in den Schaltungsbestandteilen sich in schwach unabgeglichenem Zustand befinden können. Da die Integrationszeitkonstanten
der Verstärker 524 und 528 sehr hoch (in der Größenordnung von einigen Minuten) sind, sprechen diese Verstärker
auf augenblickliche Kräfte, die von den Spannungsmessern 504 und 510 erfaßt werden, nicht an, auf die das Bindungs-Auslösesystem
ansprechen soll. Die Integrationszeitkonstanten sind proportional den Vierten eines Kondensators 544 und eines Widerstandes 536 sowie
eines Kondensators 546 und eines Widerstandes 540 am Verstärker 524 bzw. 528. Die Widerstände 526 und 530 bestimmen die Rückkopplungsverstärkung
der Integratorsignale. Bei richtiger Wahl ergibt
sich ein optimales Ansprechverhalten des geschlossenen Kreises. Die Widerstände 532 und 534 bestimmen die Verstärkung der Brückenverstärker
entsprechend der Beziehung V„ = 4—ρΐ? y Wy *V
worin R^1 die Rückkopplungswiderstände 532 und 534, R die Brückenwiderstände
506 und 512, Delta R die Änderung des Spannungsmesserwiderstandes
und V die Spannung an der Brücke ist.
Da das Ausgangssignal des Verstärkers 516 je nach der Richtung des
auf den Spannungsmesser 504 wirkenden Drehmoments positiv oder negativ sein kann, ist ein Verstärker 560 vorgesehen, der gewährlei-
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stet, daß das einem Summenverstärker 570 zuzuführende Ausgangssignal
stets positiv ist. Dies geschieht folgendermaßen. Die positiven Signale werden durch eine Diode 550 blockiert, so daß nur die negativen
Signale dem invertierenden Eingang des Verstärkers 560 als
solche zugeführt werden. Das negative Eingangssignal erscheint am Ausgang des Verstärkers 560 als positives Gighai. Andererseits
sperrt eine Diode 554 negative Signale und läßt positive Signale zum direkten Eingang des Verstärkers 560 als solche durch. Die
positiven Eingangssignale erscheinen am Ausgang des Verstärkers 560 als positive Signale. Die Verstärkung des Verstärkers 560
wird durch den Rückkopplungswiderstand 558 und die beiden Eingangswiderstände 552 und 556 bestimmt. Mit Hilfe des Summierverstärkers
570 werden die Drehmoment- und Kraftsignale im Falle eines Sturzes, bei dem das Drehmoment und die Kraft erzeugt werden, summiert.
In manchen Situationen dieser Art reichen die Kraft und das Drehmoment jeweils allein nicht aus, um die Auslösung einzuleiten.
Beide zusammen können jedo.ch die Knochen so stark beanspruchen,
daß ein Bruch eintritt.Der Verstärker 570 schützt den Skiläufer hiergegen auf folgende Weise. Das Ausgangssignal des Verstärkers
570 stellt den Signalpegel dar, aufgrund dessen über die Auslösung oder Nichtauslösung entschieden wird. Ein Rückkopplungswiderstand
574 und ein variabler Widerstand 564 bestimmen die Verstärkung
des Drehmomentsignals durch den Verstärker 570. Wenn daher der Widerstand 564 richtig eingestellt ist, ist, wenn das Drehmoment
den vorherbestimmten kritischen Wert erreicht, die entsprechende Spannung am Ausgang des Verstärkers 570 gerade hoch genug, um die
Schwellen-(Vergleichs-)Funktion des nachgeschalteten Verstärkers 590 auszulösen. Durch den Rückkopplungswiderstand 574 und einen
variablen Widerstand 566 wird die Verstärkung des Kraftsignals durch den Verstärker 570 bestimmt. Erreicht daher bei richtiger
Einstellung des variablen Widerstandes 565 die Kraft den vorherbestimmten
kritischen Wert, so ist die entsprechende Spannung am Ausgang des Verstärkers 570 ebenso gerade hoch genug um die Schwellendetektor-(Komparator-)Funktion
des Verstärkers 590 auszulösen. Sind Drehmoment und Kraft vorhanden, so werden beide ebenso ver-
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stärkt, als wenn nur eine dieser Größen vorhanden wäre. Beide Signale werden jedoch miteinander addiert. Ist das am Ausgang
des Verstärkers 570 auftretende Summensignal hoch genug, um die Schwellendetektorfunktion des Verstärkers 590 auszulösen, so
erfolgt eine Auslösung.
Das Ausgangssignal des Summierverstärkers 570 kann den Schwellendetektor-Funktionseingang
des Verstärkers 590 auf zwei Wegen erreichen. Über "beide Wege wird das Signal zeitlich verzögert, jedoch
aus untersehedlichen Gründen. Das Ausgangssignal des Verstärkers 570 wird einmal über einen variablen Widerstand 586, einen
Kondensator 588 und einen Eingangswiderstand 594 geführt, die zusammen eine einfache variable RC-Schaltung mit variabler Zeitkonstante
bilden. Durch diese Verzögerung sollen unabsichtliche Auslösungen bei extrem hohen Stoßkräften sehr kurzer Dauer vermieden
werden, wie sie beim Springen und bei anderen LaufSituationen
auftreten können. Der zweite Weg zum'Schwellendetektor 590 geht über einen Verstärker 580, der wegen seines Eingangswiderstandes
582 und seines Rückkopplungskondensators 584 als linearer Integrator wirkt. Parallel zum Kondensator ist ein Ruheschalter 577 ,geschaltet.
Der Integrator 580 ist damit normalerweise überbrückt und seine normale Ausgangsspannung ist gleich Null. In diesem
Zustand beeinflußt er die Betätigung des Schwellendetektors 590 nicht. Übersteigt die Ausgangsspannung des Summierverstärkers
570 den Wert V ~ am positiven Eingang eines Schwellendetektorverstärkers
576, so wird andessen Ausgang dem Steueranschluß des Ruheschalters 577 eine Stufenfunktion (Impuls) zugeführt, sodaß
dieser öffnet. Der Schalter 577 ist ein einfacher elektronischer Schalter, beispielsweise ein Feldeffekttransistor oder ein Komplementär-Metalloxid-Halbleiter-
(CMOS)-Analogschalter oder ein Reedrelais mit sehr geringem Leistungsverbrauch. Wenn der Schalter
577 öffnet, wird der Integrator 580 eingeschaltet. Sein Ausgangssignal beginnt mit einer Geschwindigkeit zu. steigen, die durch
das Produkt des variablen Widerstandes 582 und der Kapazität des Kondensators 584 nach der Gleichung V^ = (Vint)/(RC) bestimmt wird,
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worin V. t der oben diskutierten Sicherheitsfunktion Kraft χ Zeit
entspricht. Übersteigt die ansteigende Spannung V-, die vorherbestimmte
Einstellung des Verstärkers 590, der als Schwellendetektor wirkt, so wird die Auslösung in der beschriebenen Weise herbeigeführt.
Wie die Gleichung zeigt, wird die Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung Ym durch den variablen Widerstand 582 eingestellt.
Hierdurch wird die Kraft-Zeit-Funktion des Auslösesystems bestimmt. Sobald das Ausgangssignal &3s Verstärkers 570 den Wert von V „
unterschreitet, kehrt das Ausgangssignal des Verstärkers 576 in den niedrigen Zustand zurück, der Schalter 577 schließt und der
Kondensator 584 wird entladen, gierdurch wird der Integrator 580
zur Vorbereitung auf die nächste kritische Situation rückgestellt und abgeschaltet.
Der Verstärker 590 ist ein als Schwellendetektor wirkender Komparator,
der dem Auslösemechanismus ein starkes stufenförmiges Signal zuführt, wenn die Auslöseentscheidung schließlich getroffen
ist. Die Spannung, bei der dies eintritt, ist etwas höher als die Bezugsspannung V ~ am positiven Eingang des Schwellendetektor-Verstärkers
590. Die Betätigungseinrichtung wird durch einen elektrischen
Schalter, hier einen gesteuerten Siliziumgleichrichter 616 eingeschaltet, dessen Steueranschluß durch eine Zenerdiode 610
vor einer flaschen Triggerung infolge eines unerwünschten Störsignals
vom Verstärker 590 geschützt ist. Der Steueranschluß ist über einen Widerstand 615 an Masse geführt. Ein Widerstand 614
begrenzt den Steuerstrom auf einen sicheren Wert bei Gegenwart eines Signals. Der gesteuerte Siliziumgleichrichter 616, der den
Durchtritt eines hohen Stroms bei niedrigem Trigger-Impulsstrom gestattet, ermöglicht die Ausbildung des Verstärkers 590 als eine
geringe Leistung verbrauchende integrierte Schaltung, so daß die begrenzte Stromverstärkung der als Schalter verwendeten Transistoren
nicht berücksichtigt zu werden braucht. Der gesteuerte Siliziumgleichrichter 616 wirkt als elektrischer Schalter und führt der
Auslöseeinrichtung-620 Strom zu, die im gezeigten Ausführungsbei-
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spiel als Elektromagnet oder als andere oben beschriebene Einrichtung
ausgebildet sein kann, durch die das elektrische Signal in eine mechanische Bewegung zur Auslösung der Skibindung umgewandelt
wird, beispielsweise wie anhand der Fig. 1 bis 5 beschrieben. Auch können, wie oben beschrieben, andere elektrisch betätigte
Mechanismen, beispielsweise Explosionseinrichtungen (Fig. 10, 11) oder magnetische Klinken (Fig. 6, 12) anstelle des Elektromagneten
verwendet werden, um eine beliebige Anzahl von Auslösemechanismen zu betätigen, beispielsweise die in den Fig. 1 , 6 und 9 gezeigten
drei verschiedenen Arten.
Die in Fig. 14 gezeigte Meß- und Auslöseschaltung arbeitet folgendermaßen.
(Die Betriebsweise wird anhand der Bindung der Fig. 1 bis 5 beschrieben. Die Schaltung kann jedoch auch zusammen mit den Auslösemechanismen
der Fig. 6 bis 12 oder mit einem anderen geeigneten Mechanismus zur Auslösung einer Skibindung auf ein elektrisches
Signal verwendet werden.) Mit Ausnahme der Spannungsmesser 504 und 510, die den Spannungsmessern 164 und 124 des Ausführungsbeispiels
der Fig. 1 bis 5 entsprechen und mit Ausnahme der Auslöseeinrichtung 620, die dem in den Fig. 1 und. 2 gezeigten Elektromagneten
110 entspricht, sowie der nichtgezeigten Spannungsquelle, können sämtliche restlichen elektronischen Bauteile als integrierte
Schaltung auf einem einzigen Plättchen ausgeführt werden, die ein Volumen von etwa 8 cm einnimmt. Dieses kleine Volumen kann
leicht in der Kammer 120 untergebracht werden, wobei der verbleibende Raum von der Energiequelle, beispielsweise Batterien, eingenommen/wird.
Ein nichtgezeigter Hauptschalter für die Energiezufuhr kann weiter in oder auf der Kammer 1 20 oder in der Nähe
des Hebelarms 88 angebracht werden, der durch den Hebelarm betätigt
wird, wenn der Stiefel am Ski verspannt wird. In oder auf der Kammer 120 können weiter verschiedene variable Einstelleinrichtungen
für Kraft, Drehmoment und Zeit angeordnet werden. Die verschiedenen elektrischen Bauteile sind mittels geschützter elektrischer Leitungen
zu einer vollständigen Schaltung geschaltet. Die Leitungen
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können auf oder im Ski derart angebracht werden, daß sie vor Beschädigung geschützt sind.
Im Gefahrenfall wird normalerweise das Gewicht des Skiläufers nach vorn verlagert oder das Bein des Skiläufers nach links oder
rechts verdreht. Wird das Gewicht nach vorn verlagert, so wird der Spannungsmesser 510 (entsprechend dem Spannungsmesser 124
in Fig. 2) zusammengepreßt, so daß er beansprucht wird und seinen Widerstand ändert. Hierdurch gelangt die Brücke 502 in einen
unabgeglichenen Zustand und es entsteht ein Ausgangssignal, dessen Größe der einwirkenden Kraft entspricht. Dieses Ausgangssignal
wird durch den Verstärker 518 verstärkt und dem Summationsverstärker 570 zugeführt, der die Signale von den Verstärkern 518 und 516
addiert. Die variablen Widerstände 564 und 566 dienen zur Einstellung
des Verstärkers 570. Hierdurch kann das dem Komparationsverstärker 590 zugeführte Schwellensignal entsprechend dem Können des
Skiläufers und/oder entsprechend den Laufbedingungen eingestellt werden.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 570 muß den Eingang des Komparators
590 erreichen, damit eine Auslösung erfolgen kann. Das Signal vom Verstärker 570 kann den Verstärker 590 über zwei Wege erreichen. Der erste Weg verläuft über den variablen Widerstand 586, den
Kondensator 588 und den Eingangswiderstand 594. Dieser Weg bewirkt eine momentane Verzögerung zur Vermeidung einer unerwünschten Auslösung
infolge hoher stoßweise auftretender Kräfte mit kurzer Dauer.
Der zweite Weg verläuft über den Verstärker 580, der einen Integrator
darstellt. Hierdurch wird das Ausgangssignal des Summationsverstärkers 570 einer variablen Zeitverzögerang unterworfen und es
entsteht ein Ausgangssignal, das proportional dem Produkt aus
Kraft und Zeit ist, weil, in manchen Fällen, Kraft oder Drehmoment hoch sein können, allein jedoch nicht so hoch sind, daß der Auslösemechanismus
ansprechen müßte. Wenn eine solche Kraft übermäßig lange ansteht, können die Knochen, Muskeln, Sehnen oder andere
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Gewebe überansprucht und verletzt werden.Der Verstärker 580 bewirkt
eine auf dieser Bedingung basierende Auslösung. Der variable Widerstand 582 und der Kondensator 584 geben die gewünschte
Zeitkonstante vor, so daß eine maximale Zeitperiode berücksichtigt wird, innerhalb deren eine vorherbestimmte Kraft wirken kann,
bevor der Auslösemechanismus auf die Kraft betätigt werden müßte. Diese Zeitkonstante ist mittels des Widerstandes 582 entsprechend
der Erfahrung, dem Alter und/oder dem Gewicht des Skiläufers einstellbar. Die Verzögerung durch den Integrationsverstärker 580
ist beträchtlich länger als die Verzögerung über, den direkten Weg zum Verstärker 590.
Da die Polarität des Ausgangsignals des Verstärkers 580 umgekehrt ist, ist eine Umkehrstufe 600 zur nochmaligen Umkehr der Polarität
des Signals vom Verstärker 580 vorgesehen, so daß dem Verstärker 590 eine Eingangsspannung zugeführt wird, deren Polarität mit dem
vom Verstärker 570 zugeführten Signal kompatibel ist. Der Verstärker 590 erzeugt ein stufenförmiges Ausgangssignal, durch das der
gesteuerte Siliziumgleichrichter 616 betätigt wird. Dieser wirkt als Schalter für den Elektromagneten 620. .Dieser entspricht dem
Elektromagneten 110 der Fig. 1 und 2, bei dessen Betätigung der Anker 114 gemäß Fig. 1 und 2 nach rechts verschoben wird, so daß
dieser vom Kopf $0 gelöst und die Skibindung in der oben beschriebenen
V/eise ausgelöst wird.
Wegen der elektronischen Steuereinrichtungen zur Erfassung der Kraftänderungen und zur Betätigung des Elektromagneten unter
den richtigen Bedingungen, erfolgt die Freigabe des Skistiefels von der Bindung augenblicklich nach Erfassen eines gefährlichen
Zustandes, wobei die bei bekannten Skibindungen durch die beträchtlichen Reibungskräfte zwischen den beweglichen Teilen auftretenden
Schwierigkeiten vermieden werden.
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2519 Λ*
504,
In ähnlicher Weise ändert-der Spannungsmesser^, der dem Spannungsmesser
164 der Fig. 1 bis 5 entspricht, bei einer einwirkenden Beanspruchung seinen Widerstand, so daß die Brücke 500 in den
unabgeglichenen Zustand gelangt und dem Summierverstärker 570 ein positives Eingangssignal zugeführt wird, überschreitet dieses
Eingangssignal oder die Summe aus den Drehmoment- und Kraftsignalen, die dem Verstärker 570 zugeführt werden, die variablen,
vorherbestimmten Schwellenwerte, die durch die Widerstände 564
und 566 vorgegeben werden, so hat das resultierende Signal hinter der durch die RC-Komponenten 586 und 588 gebildeten Stoßverzögerungsschaltung
am Eingang des Komparationsverstärkers 590 eine ausreichende Größe, um die Auslösung einzuleiten. Das Signal des
Verstärkers 570 wird ebenfalls über den Integrationsverstärker 580 geleitet, dessen Integrationszeitkonstante durch die RC-Komponenten
582 und 584 bestimmt wird. Wird das am Eingang des Verstärkers 580 anstehende Signal ausreichend lange integriert,
so überschreitet die Ausgangsspannung" des Verstärkers 580 die Schwellenspannung des Komparators 590, so daß durch die sich an
dessen Ausgang ergebende Stufenfunktion der gesteuerte Siliziumgleichrichter 616 geschlossen und der Elektromagnet 620 in der
bezüglich des Signals von der Kraftbrücke 502 beschriebenen Weise erregt wird.
Fig. 1 und 2 zeigen einen dritten Spannungsmesser 126 am Absatz de3Skistiefeis zur Erfassung der aus einem nach hinten gerichteten
Sturz resultierenden Druckkräfte. Obwohl dieser Spannungsmesser für fortgeschrittene Skiläufer nicht unbedingt notwendig
ist, kann er gewünschtenfalls zur weiteren Erhöhung der Sicherheit
vorgesehen werden. Ist ein solcher Spannungsmesser erforderlich, so kann die Meßschaltung der Fig. 14 eine nichtgezeigte,
zusätzliche, normalerweise abgeglichene Brücke enthalten, durch die dem Verstärker 518 ein zweites Eingangssignal zugeführt wird.
Die Messung dieses,Signals und das Ansprechverhalten der Schaltung
ist dann ebenso wie bezüglich des Signals von der Brücke 502 beschrieben.
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Die Schaltung der Fig. 14 entspricht insgesamt dem Blockschaltbild
der Fig. 13. Die Drehmoment- und Kraft-Spannungs-Wandler 1
entsprechen den Wandlern 504 und 510. Die Spannungs- oder Stromverstärker
2 entsprechen den Verstärkern 516 und 518. Der Summierverstärker
3 entspricht dem Verstärker 570. Der variable Schwellwertdetektor 7 entspricht den variablen Widerständen 564, 566,
dem Verstärker 570 und dem Schwellwertdetektor 590. Die variable Verzögerungsschaltung 4 entspricht der RC-Schaltung 586, 588.
Die Verzögerungsschaltung 5 entspricht dem Integrationsverstärker 580, dessen Integrationszeitkonstante durch Sie RC-Bestandteile
582, 584 bestimmt wird. Das ODER-Gatter 6 entspricht den Eingangswiderständen 612 oder 594 des Schwellwertdetektors 590.
Der elektronische Pchalter 8 entspricht dem gesteuerten Siliziumgleichrichter
616 und der elektrische Auslöser 10 entspricht dem Elektromagneten 620.
Fig. 15 zeigt eine Fig. 14 ähnliche Schaltung mit als Wandler ausgebildeten Spannungsmessern, jedoch mit Thermistoren 630 und
632, die einem Zweig der Brücke 500' bzvr. 502' parallelgeschaltet
sind, um eine andere, zweckmäßigere Einrichtung zur Temperaturkompensation zu zeigen. Ein bedeutenderes Merkmal dieser
Schaltung ist ihre Fähigkeit, !traft- und Drehmomentsignale aus einer Energiequelle mit nur einer Polarität zu verarbeiten.
Während den Verstärkern der Fig. 14 positive und negative Spannungen
zugeführt werden müssen, benötigt diese Schaltung nur eine positive Spannungsquelle, wenn vierfach integrierte Verstärker
(vier Verstärker in einer Einheit) verwendet werden, beispielsweise das Modell IM 124 der National Semiconductor Corporation.
Das rechtsseitige Ausgangssignal der Brücke 500' wird der positiven
Eingangsklemme des Verstärkers 638' und der negativen Klemme des Verstärkers 634' (und umgekehrt für die linke Seite
der Brücke 500') zugeführt. Dabei wird von der Brücke 5001 stets
ein positives Signal abgegeben, da der Verstärker 634 ein Druck-
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Spannungssignal und der Verstärker 638 ein Dehnungsspannungssignal
positiv verstärkt. Der Verstärker 63>6 mißt für den Kraftzustand
stets ein Drucksignal. Ebenso wie in Fig. 14 für den Summationsverstärker 570 dienen die variablen Widerstände 652, 654 und 656
zur Einstellung der richtigen Schwellenpegel für die Auslösung der Bindung bei einem linken Drehmoment, einem r.echten Drehmoment und
einer nach vorn gerichteten Kraft. Eine Zenerdiode 664, ein variabler Widerstand 668 und ein Kondensator 672 bilden eine passive,
nichtlineare Verzögerung als einfaches Ausführungsbeispiel für eine Kraft-Verzögerungsschaltung, ähnlich der linearen, vom Verstärker
580 der Fig. 14 gebildeten Ausführung. Die Zenerdiode 664 gibt lediglich den Spannungspegel vor, oberhalb dessen die .·-
RC-Verzögerung durch den Widerstand 668 und den Kondensator 672
zur Wirkung kommt. Ein variabler Widerstand 686 und ein Kondensator 678 dienen als eine Zeitkonstante vorgebendes Verzögerungsglied,
ähnlich wie die Bauteile 586 und 588 der Fig. 14 für die hohen Kräfte kurzer Dauer, denen ein' guter Skiläufer ausgesetzt
ist. Wiederum ist die Stoßverzögerung durch den Widerstand 686 und den Kondensator 678 wesentlich kürzer als die Kraft-Zeit-Verzögerung
durch den Widerstand 668 und den Kondensator 672.
Der Verstärker 670 ist ein weiterer Summationsverstärker. Die beiden miteinander addierten Spannungen sind das am Kondensator
678 (V.J) erzeugte direkte Signal, wenn dieser aufgeladen wird,
und die Spannung am Kondensator 672 (V. '), wenn sie sich infolge
der Überschreitung der Spannung der Zenerdiode 664 ändert. Die Spannung V^' ist stets kleiner als die Spannung V., unabhängig
von der möglichen Zeitdauer der Aufladung. Dies liegt am Spannungsabfall
an der Zenerdiode 664. Demzufolge wird die Verstärkung des Verstärkers 670 für die Spannung V^' größer als die Verstärkung
der Spannung V. . Die richtigen Verstärkungen werden durch
entsprechende Wahl des Rückkopplungswiderstandes 682 und des Eingangswiderstandes 674 für V. ' und durch den Rückkopplungs-
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widerstand 682 und den Eingangswiderstand 696 für V. vorgegeben.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 670 ist gleichförmig und nicht stufenförmig wie bein AusführungsbeispLel der Fig. 14. Hier gibt
die Zenerdiode 684 den Schwellenpegel vor, oberhalb dessen die Auslösung erfolgt. Sobald der Zenerspannungspegel der Zenerdiode
684 um einen ausreichenden Betrag überschritten ist, schließt der Schalter 690 und die Auslöseeinrichtung wird betätigt.
Die Schaltung der'Fig. 15 arbeitet folgendermaßen. Das Spannungssignal von der Brücke 502' oder das Drehmomentsignal von der
Brücke 500' wird durch die Verstärker 636, 634' oder 638' verstärkt
. Der Verstärker 660 verstärkt zusätzlich die an seinem Eingang einzeln anstehenden Signale oder das Kraft- und das Drehmomentsignal,
wenn beide gleichzeitig anstehen. Wenn sie gleichzeitig anstehen, werden sie vom Verstärker 660 addiert.,Die
Widerstände 652, 654 und 656 bestimmen die Verstärkung jedes der Signale durch den Verstärker 660. Sie bilden somit ebenfalls
eine Einrichtung, durch die die richtige Schwelle der Auslösung einstellbar ist. Die Zenerdiode 664, der Widerstand 668
und der Kondensator 672 geben den variablen Kraft-Zeit-Faktor vor, so daß, we/m die einwirkende Kraft, das einwirkende Drehmoment
oder beide den durch die Zenerdiode 664 vorgegebenen Schwellwert für die Zeit überschreiten, die durch den Widerstand
668 und den Kondensator 672 vorgegeben wird, das sich ergebende Signal dem Verstärker 670 zugeführt und von diesem verstärkt
wird und den Schwellenpegel der Zenerdiode 684 überschreitet. Hierdurch wird der gesteuerte Gleichrichter 690 gezündet und
schaltet die elektrische Auslöseeinrichtung 692 ein, die aus einem Elektromagneten, einer Explosionseinrichtung oder einer
elektromagnetischen Klinke, wie oben beschrieben, oder aus einer beliebigen&nderen geeigneten Auslöseeinrichtung bestehen kann.
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Überschreitet die Dauer der Kraft, die vom Ausgangssignal des Verstärkers 660 wiedergegebenmrd, die von der vom variablen
Widerstand 686 vom Kondensator 678 gebildeten Stoßverzögerungsschaltung vorgegebene Dauer, so wird das Signal dem Verstärker
670 und dann dem Zündschalter 690 zugeführt, wenn der richtige Signalpegel erreicht ist. Bei dieser Schaltung kann, wenn die
rückwärtigen Druckkräfte mittels eines zweiten Spannungsmessers gemessen werden sollen, eine dritte abgeglichene Brücke ähnlich
der Brücke 502' hinzugefügt werden, die an den Verstärker 636
angeschlossen ist. Das Signal von der dritten Brücke wird in der gleichen Weise verarbeitet wie das Signal von der Brücke
502' .
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 16 bilden ein Spannungsmesser
504", der ein Wandler vom Folien- oder Halbleitertyp ist, und Widerstände 506" die Elemente einer normalerweise abgeglichenen
Drehmoment brücke 500" ähnlich' der Brücke 500 der Fig. Die Kraftmeßbrücke ist nicht gezeigt, kann jedoch als identisch
mit der Brücke 500" betrachtet werden. Widerstände 704 und 702 bestimmen die Verstärkung des Brücken-Stromverstärkers 700.
Das vom Verstärker 700 verstärkte Signal wird einem Schwellwertdetektor
710 zugeführt, der vorzugsweise ein Motorola-Zweifachleitungsempfanger,
Modell MC 1584L ist und der zwei Verstärkereinheiten
712 und 714 enthält, von denen die eine die Auslöseschwelle für ein positives Signal und die andere die Schwelle
für die Auslösung bei einem negativen Signal darstellt. Widerstände 718 und 724 dienen als Vorwiderstände zur Absenkung der
Spannung von 15 auf 5 Volt, da der Verstärker 710 bei +5 Volt arbeitet. Die Schwellenpegel für das Drehmoment (links und rechts),
bei dem der Detektor 710 ein Ausgangssignal erzeugt, werden durch
variable Widerstände 716 und 722 vorgegeben.
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25195U5"
Die Speisespannung zum Verstärker 710 wird durch Zenerdioden
720 und 730 vermindert und reguliert. Dioden 732 und 734 verhindern,
daß ein entgegengesetzter Strom zu einer der Verstärkereinheiten des Verstärkers 710 fließt, wenn das eine Signal
hoch und das andere niedrig ist. Ein Widerstand 738 dient zur Strombegrenzung, um eine Übersteuerung des Verstärkers 740 zu
verhindern.
Der Verstärker 740 ist ein Darlington-Verstärker, der aus Transistoren
742 und 744, einer Diode 746 und Widerständen 748 und 750 besteht. Der mit hoher Verstärkung arbeitende Verstärker
kann den hohen Strom führen, der zur Betätigung eines Elektromagneten 752 erforderlich ist, während an seinem Eingang nur sehr
kleine Ströme aus dem schwachen Verstärker 710 entnommen werden. Bei Erregung der Magnetspule 752 wird der Anker bewegt und der
Bindungs-Auslösemechanismus in der oben beschriebenen Weise, z.B,
gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2, betätigt.
VJiderstände 702, 708 und 736 dienen als Bezugswiderstände für
die einzelnen Schaltungen gegenüber Masse1.
Der variable Widerstand 706 dient zum Ausgleich des Ausgangssignals
des Verstärkers 700 auf Null, falls es sich beim Verstärker 700 um eine Einrichtung handelt, bei der dies notwendig ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 16 sind der Kraft-Zeit-Detektor,
die variable Stoßverzögerung und die Temperaturkompensation nicht gezeigt. Diese Funktionen können durch die für
diesen Zweck bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 14 und 15 vorgesehenen Schaltungselemente oder durch ähnlich funktionierende
Schaltungselemente erreicht werden, die in die Schaltung der Fig. 16 leicht eingefügt werden können.
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Pig. 17 zeigt eine Auslöseschaltung mit einer lichtemittierenden
Diode (LED) 800 und einem Fotodetektor 802 zur Messung oder Erfassung der Drehmoment- und Eraftsignale. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die lichtemittierende Diode 800 auf die Mitte des
vier Quadranten aufweisenden Fotodetektors 802 gebündelt, so daß gleiche Teil des Lichts auf alle vier Quadranten fallen, die
je mit 804 bezeichnet sind. Die Ausgangssignale von der licht-.emittierenden
Diode 800 des Detektors 802 sind bei nichtabgelenktem
Strahl auf Full abgeglichen. Ein Widerstand 806 begrenzt
den durch die lichtemittierende Diode 800 fließenden Strom auf einen zulässigen Wert. Ein Thermistor 808 kompensiert diesen
Strom bei Änderungen der Umgebungstemperatur, da sich die Wirksamkeit der lichtemittierenden Diode mit der Temperatur ändert.
Die lichtemittierende Diode 800 ist in einem stationären Teil aufgenommen, der starr am Ski befestigt ist. Der Quadrantendetektor
802 befindet sich in einem 'zweiten Teil bestehend aus einer Basisplatte, mit deren Hilfe er starr am Ski befestigt
ist, und aus einem sehr steifen aber beweglichen Teil, der aus dem Skistiefel-Klinkmechanismus besteht. "*
Am beweglichen Teil ist der Quadrantendetektor aufgenommen, so daß er proportional zur Größe und Richtung einwirkender Kräfte
und Drehmomente abgelenkt wird. Weil der Detektor 802 extrem empfindlich und gut abgeglichen ist, spricht er auf geringfügige
Auslenkungen an. Der Quadrantendetektor kann auf verschiedene Weise befestigt werden. Bei entsprechender Abwandlung des
Ausführungsbeispiels der Fig. 8 und 9 könnte er beispielsweise am Bolzen 354 befestigt werden. Die lichtemittierende Diode 800,
der Fotodetektor 802 und der optische Weg zwischen beiden müssen in einem geeignet geschützten Gehäuse angebracht werden. Innerhalb
des Rahmens der Erfindung kann die lichtemittierende Diode auch am Stiefel-KLink- oder Verspannungsmechanismus und der
Quadrantendetektor am Ski selbst befestigt werden.
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Die Verstärker 810 und 820 sind Summations-Differenz-Verstärker,
denen die Signale von den vier Quadranten A, B, C und D als Spannungs-Ausgangs signale V^ = ί ((V^ + V0) - (Vg + Vp)) für
das Drehmomentsignal (Verstärker 810) und
Vp = ± ((VA+ VB) - (VQ + VD)) für das Kraftsignal (Verstärker
820) zugeführt werden. Die Kombination dieser beiden Signale ist auch wichtig für die Zustände, in denen eine Kraft oder ein
Drehmoment allein ungefährlich, beide zusammen jedoch gefährlich sind. Der Summationsverstärker 830 erfüllt diese Funktion. Er
liefert ein Signal, das die geeignete Kombination der Kraft- und der Drehmomentspannung darstellt. Die Verstärkung dieser beiden
Signale wird, um die gewünschte Auslöseschwelle zu erreichen, durch variable Widerstände 842 und 844 eingestellt. Der Verstärker
840 erzeugt ein positives Signal fikrdsn Schwellendetektor
850. Die den variablen Widerstand 872 und den Kondensator 874 enthaltende Schaltung bildet die oben beschriebene Stoßverzögerung.
Die Kraftverzögerung ist nicht dargestellt, kann jedoch entsprechend den Ausführungsbeispielen der Fig. 14 oder 15 leicht
eingefügt werden. Überschreitet die Ausgangsspannung des Verstärkers 840 lange genug die Bezugsspannung V ~, um die Stoß-Verzögerungszeit
zu erfüllen, so erzeugt der Verstärker 850 an seinem Ausgang e,ine Stufenspannung, durch die die Auslöseeinrichtung
884 betätigt und die Auslösung des Skistiefels in Gang gesetzt wird. Die Auslöseeinrichtung 884 wird durch eine Zenerdiode
882 gegen unbeabsichtigte Auslösung infolge Störungen geschützt. Eine Diode 878 und eine Zenerdiode 880 sorgen, falls
erforderlich, dafür, daß am Ausgang des Verstärkers 850 ein Ausgangssignal nur einer Polarität abgegeben und der Strom begrenzt
wird. Bei der gezeigten Schaltung arbeitet der elektrische Auslöser mit sehr niedrigem Strom (beispielsweise könnte der Explosionsauslöser
der Fig. 10 und 11 verwendet werden), da zur Verstärkung des Ausgangssignals des mit schwacher Leistung arbeitenden
integrierten Verstärkers 850 keine stromverstärkenden Bauteile
vorgesehen sind. Allerdings kann auf den Verstärker 850 folgend eine weitere Stromverstärkung vorgesehen werden.
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Fig. 18 zeigt die Verwendung einer "Hall"-Einrichtung in einem
magnetischen Feld zur Messung von Kraft und Drehmoment. Ein Hallwiderstand ist die Voraussetzung für diese Art der Messung. Dem
Halleffekt unterliegende Materialien ändern ihren Widerstand bei Änderung eines durch sie hindurchtretenden magnetischen Feldes.
Nach dem Halleffekt arbeitende Einrichtungen, werden mit einer Vielzahl von Bezeichnungen bezeichnet, unter anderem als Magni-.stören,
Magnetwiderstände, Hallgeneratoren, magnetflußempfindliche
Widerstände und Magnetdioden. Ähnlich der"Fotozellenanordnung
der Fig. 17 ist der Skistiefel auf einem aus zwei Teilen bestehenden Glied festgespannt, nämlich einem unteren Teil oder
einer Basisplatte, die fest am Ski befestigt ist und einem oberen Teil, das gegenüber der Basisplatte frei beweglich
und an dem der Skistiefel sicher befestigt ist. Der in Fig. 18
mit 700 bezeichnete Hallwiderstand ist sicher am beweglichen oberen Teil des Mechanismus befestigt, der nach vorn ragt und
ähnlich wie ein dünnner Zylinder geformt ist. Am Ski sind starr vier V-förmig zugespitzte Permanentmagnete befestigt, die den
Hallwiderstand umgeben. Zwei vertikal einander gegenüberliegend angeordnete Magnete haben Südpolarität unä zwei horizontal einander
gegenüberliegend angeordnete Magnete Nordpolarität. Die
Magnete sind in gleichen Abständen voneinander angeordnet. Der Hallwiderstand befindet sich in ihrer geometrischen Mitte. Venn
sich bei dieser Anordnung der bewegliche Teil des Klemmechanismus für den Skistiefel, an dem der Stiefel sicher befestigt ist, dreht,
bewegt sich der im vorderen Bereich des Mechanismus befestigte Hallwiderstand 700 in stärkere Bereiche des von den vier Magneten
erzeugten Magnetfeldes. Durch den hierdurch erhöhten Widerstand des Hallwidei*standes 700 wird die Spannung stärker verstärkt. Das
neue Ausgangssignal ist gleich der Eingangsspannung am Widerstand
702 mal dem neuen Widerstand des Hallwiderstandes 700 geteilt durch den Wert des Widerstandes 702. Der Widerstand 704 ist ein
Thermistor und dient zur Temperaturkompensation. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 710 steigt somit mit der vom Widerstand
700 bewirkten Steigerung der Spannungsverstärkung. Wenn die
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Ausgangsspannung des Verstärkers 710 die Bezugsspannung V„
überschreitet, triggert sie den Schwellwertdetektor 720.
Ein veränderlicher Widerstand 708 und ein Kondensator 712 bilden die Stoß-Verzögerung, die vor dem Ansprechen des Detektors 720
erfüllt werden muß. Der Verstärker 730 bildet den Kraft-Zeit-Detektor 14, jedoch ohne Rücksetzschaltung. Die Stromverstärkung
zur letztlichen elektrischen Betätigung erfolgt an der Endstufe, wenn die Zenerspannung der Diode 722 oder 742 überschritten wird
und so der gesteuerte Siliziumgleichrichter 728 zünden kann. Die Zenerdiode 718 dient zur Strombegrenzung, um eine Sättigung de3
Verstärkers 720 zu verhindern. Widerstände 724.und 738 begrenzen
den Steuerstrom des gesteuerten Siliziumgleichrichters auf einen ungefährlichen Wert. Der Widerstand 716 bildet den Eingangswiderstand
zum Bezugseingang des Schwellwertdetektors 720, während Widerstände 736» 723 und 744 als Widerstände nach Masse dienen.
Der gesteuerte Siliziumgleichrichter 728 dient als Schalter für die Auslöseeinrichtung 740, um die Skibindung zu lösen, wenn das
Signal vom Schwellwertdetektor 720 oder vom Verstärker 730 ausreichend hoch ist.
Die Verschiebung des Hallwiderstandes 700 ist proportional der auf die Skistiefel wirkenden Kraft. Das resultierende Ausgangssignal
des Verstärkers 710 entspricht der auf den Skistiefel wirkenden Kraft.
Fig. 19 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem Kraft und Drehmoment
mittels einer durch eine Kraft schaltbaren Diode als Fühleinrichtung erfaßt werden. Elektrisch ist dies eine Diode.
Während aber die herkömmliche Diode den elektrischen Strom leitet, wenn die angelegte Spannung ausreichend hoch ist und die
richtige Polarität hat, leitet die durch eine Kraft schaltbare Diode den elektrischen Strom, wenn die auf sie ausgeübte Kraft
einen vorherbestimmten Wert überschreitet. Die durch eine Kraft schaltbare Diode kann für die erfindungsgemäße Schaltung als
Fühler verwendet werden. Das heißt, übersteigt das Drehmoment oder die Kraft die vorherbestimmte Sicherheitsschwelle, so
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srfüllt lie durch eine Kraft ^okalfbsrs Dicde swei funktionen.
Si® wxrkt gemäß Jig. 19 als Schalter 750 und 752, wobei durch
SchlieSuns eines derselben einen: elaktriseheii Schalter 760 eine
Spannung -zugeführt wird. Ist dis durch eine Zraft schalt care
Slods in dem durch den Schaltar 750 dargestellten Zustand, zeigt
sie gemessene Drehmomente an. Im. durch den Schalter 752 dargestellten
Zustand seigt sie eine gemessene Zraft an. Der Schalter
760 wird j ede oh nicht betätigt } bis lie Spannung für eine
ausreichend lange Zeit angestanden ist, um die variable Stofi-Tsrsogerung
zu erfüllen, die durr-h dsn. Taidablsh Widerstand 754
miü. "!en Scndensstor 756 gebilJl&t vird, ölsidhseitig schließt der
Schalter 760, so IaS einer Ss^ätigurgssinri^itung 7S4 «in elektrischer
Strom 2-igefl!hrt und Ils Skibindung elektrisch ausgelöst
mrü, Da aie duroli eine Zraft schaltbare DiDde einen 3in- und
Ausschaltsr darstellt, wird das 2roaukt aus Sraft und Zeit nicht
im selben Maße erfaßt v±b anhand Fig. 13 beschrieben.- Dieses
System hat den großen Vorteil, IsJ-keine Leistung verbraucht -wir
Ms eine .Auslösung erfolgen soll, "Dar Widerstand 758 begrenzt
den Stauerstrom des gesteuerten Silisiumgleishrichters 760 auf
■9 inen ung a fährlich en Wert. 'De" ":Jid3rstandf 7'5 2 begrenst den Strom
mixtih die 3etätigungseinrich":-u2i£ ^^4 auf iiir-3n Nennwert, während
dar !?ider:-tand 753 einen Mass r--d:ii5rstand darstellt, über den
sioii der Zondensator 756 swiäclisu Impulsapainiungen entladen
kann,
3in anderes bein Ausxührungs
Satsrial :;.at Pr^isex, Dies t
higkeit. ™3 wirkt bei fehlen
¥ird '5S "T'jH einen ausreichen
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st^ms:? Tariabl-r Leitfä
:ii-3 3^.n -jff-ansr- Schalt s
beaufschla
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gsachlc-ssansz= .-5 ehalt er 3
(S1SS;) ur.:: .Presss:: isx die Ba
des Schalters netwendig ist.
Moden lis gt diese Bewegung
•vriährend :Sie je ::aoh Auslegun st'-ja O,O2;3 und 1 am liegt,
•vriährend :Sie je ::aoh Auslegun st'-ja O,O2;3 und 1 am liegt,
r-nri^z-sotB, dis sun -3chlieJBe2i
dsl .\."."_"-cdi sizis ddraft s^haltbaren
in :.ϊγ- Jlrc:;SEiord::.ui:g το η d5 :i ":0™
e ξ "*duls bai drssssz 3"ischeii
Zur Messung von Kraft uri Drehmoment und zur Erzeugung eines
der Kraft oder dem Dreh::.,n-ent entsprechenden Signals kann auch
ein piezoelektrisches Eienc-nt verAsr.cst werden, das unter Spannung
die elektrische lacung innerhalb seiner Grenzen ändert.
Diese Änderung ist ve;; tenne r entsprechenden Kapazitätsänderung
begleitet, die zur Ec ill' igung eine- geeigneten ladungs-Verstärkungsschaltung
und e\n~r geeigneter. iindungs-Auslöseeinrichtung
verwendet werden kam..
Es wurden zwar "ahr rmäßen
Schaltung besel sind jedoch vieierie; die erfindungsge: lie
beschriebenen, r.cnc.·?] düngen angewandt were
Fühlelemente fur Kr e: chen Stellen annuornr
anderen Auslös arr char
schnelle und r,uverläf
/. ::x:ihr\.;.g; beispiele -der erfindungsger..
inn<--rhi.lb des Rahrr.ens der Erfindung
rur,gen r.':-,g" ich, Beispielsveise kann
;iur bei den drei gezeigten n anderen bv.atehenden Biniorderlich
sein kann, die an leicht unterschiedlierforderlich
sein, einen 5on, um eine möglichst ■ erzielen.
Itung nie
:ϊ>ι bei v/.
:ϊ>ι bei v/.
Vie beschrieben, und Schaltunren .
der Erfirr. un.c: 1; wendet werden. Im.:
und Art der linerkeiten des Skir'ne
Grenzen variieren und elektror^agiiet:
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Kombinationen S ;-~
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EleKtionn
diurgen, Auslesen ■:. !"raft- und Drehmonentfühler
/·?η. Innerhalb des Rahmens
-: :ht;;ngen und Schaltungen ver-
-.n^uellen und die Verwendung
.. Anpassung r-.n die Fänig-
;:, : edingungen. innerhalb weiter -ten, Explosicnsauslösern
-r , die hier beschrieben wurcntungen
verwendet werden. '.er Erfindung zahlreiche
: \\Γχ^ vorgeschlagenen Skibin-
.. .-; Momentfünl.er sowie Auslöse-
Claims (1)
- if i H E< 'er=- „e-ϊ /iV-orV λ- --ο--; v-trlistigst ens ein' riüiü- - Eräften im5 zu.?/ Er.::r-3r·si"^n ;-■!aacseliir Erssugr-u,:: ei.'isr?.Slzi!24 s '6''}(124£■".£■ "'Γ3. S S S Ϊ' IL '5 3sisira Kate
ten ve'X 'Γ ^.-i-y*Betätigung der Auslöseeinrichtung, wenn das erste Signal ein
zweites vorherbestimmtes Signal übersteigt, dessen Größe kleiner ist als der erste vorherbestimmte Wert und nachdem das
erste Signal für eine zweite durchgehende vorherbestimmte Zeitspanne vorhanden war, die größer ist als die erste vorherbestimmte Zeitspanne.5. Ski-Sicherheitsbindung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Summiereinrichtung (3) zur Summation des dem Drehmoment und der Zug- und Druckkraft entsprechenden Signals, zur Erzeugung eines dritten Signals zur Betätigung der Auslöse-β-einrichtung; wenn das Drehmoment und die Kraft allein den vorherbestimmten Wert zur Betätigung der Auslöseeinrichtung nicht überschreiten, jedoch die Summe des Drehmoments und der Kraft
einen vorherbestimmten Wert überschreitet,6. Ski-Sicherheitsbindung nach Anspruch 1, gekennzeich net durch Steuereinrichtungen, die an die Einrichtung zur
Erzeugung eines zweiten Signals angeschlossen sind, zur Einstellung des vorherbestimmten Werts, bei--dem die Einrichtung
das zweite Signal erzeugt, so daß die Kraft, bei der die Auslöseeinrichtung betätigt wird, zur Anpassung an das Können des einzelnen Skiläufers und an die laufbedingungen eingestellt
werden kann.7. Ski-Sicherheitsbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Betätigungseinrichtung einen Elektromagneten (110) enthält.8. Ski-Sicherheitsbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Betätigungseinrichtung eine elektrisch gezündete Patrone (4"'6) enthält.509847/03809. Ski-Sicherheitsbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Betätigungseinrichtung eine elektrisch betätigte explosionsfähige Einrichtung (4I6) enthält, daß die explosionsfähige Einrichtung in einem Gehäuse (404) untergebracht ist, und daß eine Klinkenanordnung (408, 400) vorgesehen ist, die die explosionsfähige Einrichtung, die Auslöseinrichtung und eine Skiklammer verbindet und bei Betätigung der explosionsfähigen Einrichtung anspricht, um die Klammer zu lösen.10. Ski-Sicherheitsbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Betätigungseinrichtung zwei Permanentmagnete (314, 318) mit normalerweise einander gegenüberliegend angeordneten Flächen entgegengesetzter Polarität aufweist, und daß eine elektrische Einrichtung zur Änderung der Polarität eines der Magneten auf das zweite Signal vorgesehen ist.11. Ski-Sicherheitsbindung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine normalerweise abgeglichene Brückenschaltung (502), in deren einem Zweig die Fühleinrichtung (510) liegt, zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das einer auf die Fühleinrichtung wirkenden Kraft entspricht, durch eine variable Schalteinrichtung (616), die an den Ausgang der Brücke angeschlossen ist und ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das Ausgangssignal der Brücke eine vorherbestimmte Größe überschreitet, die durch Einstellung der Schalteinrichtung steuerbar ist, und durch eine elektronisch erregte Betätigungseinrichtung (620), die auf ein Signal von der Schalteinrichtung anspricht und eine Einrichtung zur Lösung einer Klemmeinrichtung betätigt, die einen Skistiefel an einem Ski festklemmt.509847/038012. Ski-Sicherheitsbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei normalerweise abgeglichene Brückenschaltungen (502, 500) vorgesehen sind, die an die variable Schalteinrichtung (616) angeschlossen sind, wobei die eine Brücke (502) zur Messung von Kräften und/die andere (500) zur Messung von Drehmomenten geeignet ist.13. Ski-Sicherheitsbindung nach Anspruch 11, gekennzeich net durch eine an die variable Schalteinrichtung angeschlossene Einrichtung, die auf ein vorherbestimmtes .einstellbares Kraftsignal von 'der Brückenschaltung anspricht und über eine vorherbestimmte Zeit zur Betätigung der Auslöseinrichtung wirksam ist.14. Ski-Sicherheitsbindung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen Summierverstärker (570), der zwischen die Brückenschaltungen (5Ö2, 500) und die Betätigungseinrichtung (620) geschaltet ist, zur Summation der Signale von der Kraft- und der Drehmoment-Meßbrücke, zur Auslösung der Betätigungseinrichtung, wenn das Summensignal einen vorherbestimmten variablen Wert übersteigt.15. Ski-Sicherheijbsbindung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Fühleinrichtung einen Wandler enthält.509847/0380
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