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Sicherheits-Skibindung mit elektronisch
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gesteuerter Auslösung und wiederaufladbaer Batterie Die Erfindung
betrifft eine Sicherheits-Skibindung mit elektrische Signale abgebenden Kraftaufnehmern
-zur Erfassung der auf das Bein des Skiläufers wirkenden Kräfte und/oder Drehmomente
mit einer beim Auftreten gefährlicher Kräfte oder Drehmomente die Auslöseeinrichtung
durch ein Auslösesignal betätigenden ElektronikTTL- oder Computerschaltung und mit
einer die Schaltung speisenden, wiederaufladbaren Batterie.
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Elektronische Sicherheits-Skibindungen, deren Schaltung von einer
Batterie gespeist wird, sind beispielsweise aus den DE-OS 22 44 949 und 25 19 544
bekannt. Eine sichere Funktion elektronischer Skibindungssysteme ist jedoch nur
gewährleistet, wenn die die Elektronik speisende Batterie eine ausreichende Ladung
besitzt. Da ein in regelmäßigen Abständen vorgenommener Batteriewechsel für den
Skiläufer lästig und mit Kosten verbunden ist, bietet sich die Verwendung von wiederaufladbaren
Batterien
an. Derartige Batterien können zu ihrer Aufladung an beliebige Stromquellen angeschlossen
werden. Aus der DE-OS 25 19 544 ist es bereits bekannt, zur Ladung der Batterien
Sonnenzellen-Aufladegeräte zu verwenden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Sicherheits-Skibindung der
eingangs angegebenen Art dadurch weitgehend wartungsfrei zu machen, daß diese mit
einer die Batterie in einem ausreichenden Ladungszustand haltenden Ladungseinrichtung
kombiniert wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Batterie
ihren Ladestrom von einem Generator erhält, dessen zur Erzeugung von Strom relativ
zueinander beweglichen Teile einerseits mit einem Skibindungsteil und andererseits
mit der Oberfläche des Skis verbunden sind. Bei der erfindungsgemäßen Sicherheits-Skibindung
werden zur Erzeugung des die Batterie ladenden Stroms die zwischen dem Ski und den
auf diesem befestigten Bindungsteilen während des Skilaufs entstehenden Relativbewegungen
ausgenutzt. Der Skiläufer muß sich somit um den Ladungszustnd der Batterie seiner
elektronischen Sicherheits-Skibindung nicht mehr kümmern, so daß diese nahezu wartungsfrei
ist. Da bei der erfindungsgemäßen Sicherheits-Skibindung gewährleistet ist, daß
sich die die Elektronik speisende Batterie in einem ausreichenden Ladungszustand
befindet, werden zusätzliche durch die Batterie verursachte Sicherheitsrisiken vermieden.
Da beim Skilauf ständig Relativbewegungen zwischen dem Ski und Bindungsteilen auftreten,
ist immer eine ausreichende Bewegungsenergie zur Erzeugung des Ladestroms vorhanden,
was beispielsweise bei dem bekannten Sonnenzellen-Aufladegerät dann nicht gewährleistet
ist, wenn diese durch Schmutz oder Schnee abgedeckt sind.
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Nach einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung bestehen die
beweglichen Teile aus einem aus mehreren piezokeramischen
Blättchen
aufgebauten piezoelektrischen Wandler und einem diese beaufschlagenden Druckstück.
Nach dieser Ausgestaltung werden mit Hilfe des piezoelektrischen Wandlers die erheblichen,
beim Skilauf auftretenden und den Abstand zwischen dem Ski und Skibindungsteilen
verändernden Drücke in elektrische Spannungen umgesetzt. Da die piezokeramischen
Blättchen bei einer Beaufschlagung mit Druck hohe Spannungen und nur geringe Stromstärken
erzeugen, ist ein Transformator vorzusehen, der unter Verminderung der Spannung
die Stromstärke anhebt. Zur Gleichrichtung des durch den piezoelektrischen Generator
erzeugten Stromes wird ein Gleichrichter vorgesehen.
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Aus der DE-OS 22 44 949 ist es bekannt, piezoelektrische Elemente
als Kraftaufnehmer zu verwenden.
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Der piezoelektrische Wandler kann aus mehreren Schichten aus Keramik
der Zirkonat-Titanat-Gppe (PZT-Reramik) bestehen. Zweckmäßigeise wird er auf der
Unterseite eines die Befestigungsplatte der Skibindung überkragenden Bindungsteils
befestigt und der diesen beaufsclilagende Stift oder Bolzen stützt sich auf der
Skioberfläche ab oder ist auf dieser befestigt.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bestehen die beweglichen
Teile des Generators aus einer Tauchspule und einem diese durchsetzenden oder in
diese ragenden Permanentmagneten.
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Nach dieser Ausgestaltung kommt zur Erzeugung des Ladestroms das elektrodynamische
Prinzip zur Anwendung, bei dem beispielsweise in einem geschlossenen Magnetkreis
der Luftspalt zwischen den Magnetpolen durch die beim Skifahren ständig auftretenden
Kräfte innerhalb des Bindungssystems verändert wird und dadurch in einer Induktionsspule,
die vom Magnetfeld durchflossen wird, eine elektromotorische Kraft induziert wird.
Nach Gleichrichtung wird diese elektromotorische Kraft zur Aufladung eines
Speicherakkumulators
oder einer Batterie verwendet.
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Die Induktionsspule kann aus einer Tauchspule bestehen,-die an einem
die Befesttgungspiatte der Skibindung üSerkragenden Binbefestigt befestigt ist,
wobei der Permanentmagnet oder das diesen tragende Element sich auf der-Skioberfläche
abstützt oder auf dieser befestigt ist.
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Da es zur Erzeugung von Ladestrom nach dem elektrodynamischen Prinzip
auf die Geschwindigkeit ankommt, mit der die Induktionsspule die Feldlinien des
Permanentmagneten schneidet, kann der Ausschlag des Permanentmagneten oder der Spule
und die Relativgeschwindigkeit zwischen diesen beiden Generatorelementen dadurch
vergrößert werden, daß die von dem Ski und der Bindung abgeleitete Bewegungsenergle
durch ein zwischengeschaltetes Getriebe übertragen wird. Beispielsweise kann der
Permanentmagnet an einem um eine zur Skioberfläche senkrechte Achse schwenkbar gelagerten
Arm befestigt sein und in eine parallel zur Oberfläche des Skis liegende Spule eintauchen,
wobei ein Antriebfür den Arm vorgesehen ist, der die Relativbewegung zwischen dem
Ski und den Bindungsteilen- in eine hin- und hergehende Bewegung umwandelt.
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In weiterer-Ausgestaltung der Erfindung sind die die Batterie ladenden
Generatoren in der Bindungsplatte gekapselt angeordnet wobei die Beweguligsenergie
'auf das bewegliche Teil des Generators durch eine elastische Membran übertragen
wird, die einen Teil der Wandung der Bindungsplatte bildet.
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Als Batterien können beisoielsweise Ma'llory-Batterien eingesetzt
werden. -Die zur Anwendung- kommenden Ladegeneratoren -sind mindestens bis zu Temperaturen
von -200C einwandfrei funktionsfähig.
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Piezoelektrische Wandler behalten ihre Eigenschaften in einem
Temperaturbereich
von -750C bis +2000C bei.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch den weiteren
Vorschlag gelöst, daß die Batterie ihren Ladestrom von einem Generator erhält, der
aus einem in einer auf dem Ski oder der Skibindung befestigten Spule hin- und herschwingenden
Permanentmagnet besteht, der von mindestens einer mit der Spulenbefestigung verbundenen
Feder getragen ist. Der Permanentmagnet bildet mit der diese tragenden Feder ein
Schwingungssystem, so daß der Magnet in der Induktionsspule ruiL relativ hoher Frequenz
hin- und herschwingt. Der Magnet kann auch zwischen zwei Federn eingespannt sein.
Die Schwingungen werden durch die beim Skilauf auftretenden Stöße angeregt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung
näher erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht einer auf einem Ski befestigten
elektronischen Sicherheits-Skibindung mit einem einen Batterieladestrom erzeugenden
Generator, Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine auf einem Ski befestigte Sohlenplatte
einer elektronischen Skibindung, in der die Elektronik und der den Ladestrom erzeugende
Generator gekapselt angeordnet sind, Fig. 3 eine schematische Darstellung eines
in einer Induktionsspule parallel zur Skioberfläche schwingenden Permanentmagneten,
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Ladestromkreises,
Fig.
5 eine schematische Darstellung des Ladestromkreises in einer anderen Aus führungs
form, Fig. 6 eine schematische Darstellung der Anordnung des piezoelektrischen Wandlers
und des diesen beaufschlagenen Druckstücks zwischen Skioberfläche und Skibindung
und Fig. 7 eine schematische Darstellung des Ladungsstromkreises mit einem piezoelektrischen
Wandler.
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Der grundsätzliche Aufbau der elektronischen Sicherheits-Skibindung
ist aus Fig. 1 ersichtlich. Die elektronische Sicherheits-Skibindung besteht aus
einer Sohlenplatte 1, in der die elektronischen Schaltkreise und Elemente gekapselt
untergebracht sind. Am vorderen Ende trägt die Sohlenplatte 1 einen die Skischuhsohle
am vorderen Ende des Skischuhs übergreifenden Sohlenhalter 2. Am hinteren Ende der
Sohlenplatte 1 ist ein den Absatz übergreifender Sohlenhalter 3 angeordnet, der
im Falle einer Sicherheitsauslösung nach hinten ausweicht und den Skischuhabsatz
und damit den Skischuh im Ganzen freigibt. Die den Sohlenhalter 3 bewegende Mechanik
ist in der Sohlenplatte 1 untergebracht und wird durch ein elektrisches Auslösesignal
gesteuert.
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Die Sohlenplatte 1 ist in bekannter Weise mit einer Befestigungsplatte
4 auf dem Ski 5 befestigt.
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Der Ladestromgenerator ist ebenfalls in der Sohlenplatte 1 untergebracht.
Er besteht aus dem in der Platte angeordneten Element 6 und einem relativ zu diesem
beweglichen Element 7, das auf dem Ski 4 befestigt ist oder sich auf diesem abstützt.
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Die Elemente 6, 7 können aus einer Tauchspule und einem Permanentmagneten
oder auch aus einem piezoelektrischen Wandler und einem diesen beaufschlagenden
Druckstück bestehen.
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Zur Erzeugung des Ladestroms werden die Relativbeweguen zwischen dem
Ski 5 und dem die Befestigungsplatte 4 überkragenden Teil der Sohlenplatte 1 ausgenutzt.
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Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist innerhalb
der Sohlenplatte 1 eine Induktionsspule 8 angeordnet, in der sich in Richtung des
Doppelpfeils 9 ein Permanentmagnet 10 bewegt. Der Permanentmagnet stützt sich mit
seinem unteren Ende auf einer flexiblen Membran 11 ab, die eine Öffnung in der unteren
Wandung 12 der Sohlenplatte 1 verschließt. Auf dem Ski 5 ist ein Bolzen 13 befestigt,
dessen oberes Ende gegen die Außenseite der Membran 11 anliegt. Treten zwischen
dem Ski 5 und der Membran 11 beim Skilauf Relativbewegungen auf, werden diese über
den Bolzen 13 durch die Membran 11 hindurch auf den Magneten 10 übertragen, so daß
dieser in Schwingungen gerät und in der Tauchspule 8 Ströme induziert werden.
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Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel werden von der
von dem Bolzen 13 bewegten Membran 11 über ein nicht dargestelltes Getriebe Bewegungen
abgeleitet, die die Arme 14, 15, zwischen denen der Permanentmagnet 16 eingespannt
ist, in eine parallel zur Skioberfläche verlaufende Schwingung versetzen.
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Da der Permanentmagnet 16 seine Schwingungen in der Induktionsspule
17 ausführt, werden durch diese Ströme erzeugt.
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Die Ladestromschaltheise der Ladestromgeneratoren nach den Fig. 2
und 3 sind in den Fig. 4 und 5 schematisch dargestellt.
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Der in der Tauchspule 8 erzeugte Wechselstrom wird durch die Gleichrichterbrücke
18 gleichgerichtet und über den Widerstand oder die Drossel R1 und den Kondensator
C1 der Batterie B zugeführt.
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Bei den Schaltkreis nach Fig. 5 wird die Tauchspule 8 mittig angezapft,
wobei die Enden der Tauchspule 8 über Gleichrichterdioden
19,
20 auf den positiven Ausgang geschaltet sind.
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Besteht der Ladestromgenerator gemäß Fig. 6 aus einem piezoelektrischen
Wandler 21, der aus mehreren Schichten oder Blättchen aus piezoelektrischer Keramik
aufgebaut ist, wird dieser durch einen Bolzen 22 mit Druck beaufschlagt, der auf
dem Ski befestigt. Der piezoelektrische Wandler 21 kann in der Sohlenplatte 1 angeordnet
sein und über die diesen kapselnde Membran 11 mit dem Bolzen 22 in Verbindung stehen.
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Der Ladestromkreis unter Verwendung eines piezoelektrischen Wandlers
ist aus Fig. 7 ersichtlich. Die in dem piezoelektrischen Wandler 21 erzeugte hohe
Spannung wird durch den Transformator 22 auf niedrigere Spannungswerte mit höherer
Stromstärke transformiert. Die transformierte Spannung wird durch die aus den Dioden
D1 bis D4 bestehende Gleichrichterbrücke gleichgerichtet und über den Kondensator
C2 der Batterie B zugeführt.
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L e e r s e i t e