DE2923173C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheits-Skibindung mit elektri­ sche 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 Elektronik-, TTL- oder Computerschaltung und mit einer die Schaltung speisenden, wiederaufladbaren Batterie.

Elektronische Sicherheits-Sikibindungen, 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 ver­ bunden 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.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Sicherheits-Skibin­ dung der eingangs angegebenen Art dadurch weitgehend wartungs­ frei zu machen, daß diese mit einer die Batterie in einem ausreichenden Ladungszustand haltenden Ladungseinrichtung kombiniert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnen­ den Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Batterie erhält ihren Ladestrom von einem Generator, der zur Erzeugung von Strom relativ zueinander mindestens geringfügig bewegliche Teile besitzt, von denen eines mit einem Skibin­ dungsteil verbunden ist. Das andere Teil kann mit der Ober­ fläche des Skis verbunden sein. Diese Möglichkeit eignet sich für sogenannte Plattenbindungen. Es ist jedoch auch möglich, einen piezoelektrischen Wandler vorzusehen, der auf Druck­ schwankungen reagiert. Bei der erfindungsgemäßen Sicherheits- Skibindung werden zur Erzeugung des die Batterie ladenden Stroms die zwischen dem Ski und den Bindungsteilen während des Skilaufs entstehenden Relativbewegungen bzw. die Belastungs­ schwankungen ausgenutzt. Der Skiläufer muß sich somit um den Ladungszustand der Batterie seiner elektronischen Sicherheits- Skibindung nicht mehr kümmern, so daß diese nahezu wartungs­ frei ist. Da bei der erfindungsgemäßen Sicherheits-Skibindung gewährleistet ist, daß sich die die Elektronik speisende Batterie in einem ausreichenden Ladungszustand befindet, wer­ den zusätzliche durch die Batterie verursachte Sicherheits­ risiken vermieden. Da beim Skilauf ständig Relativbewegungen zwischen den Bindungsteilen und dem Ski bzw. dem Skischuh auftreten, ist immer eine ausreichende Bewegungsenergie zur Erzeugung des Ladestroms vorhanden, was beispielsweise bei dem bekannten Sonnenzellen-Aufladegerät dann nicht gewähr­ leistet ist, wenn diese durch Schmutz oder Schnee abgedeckt sind.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die Teile des Generators 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 Ski­ bindungsteilen verändernden Drücke in elektrische Spannungen umgesetzt. Da die piezokeramischen Blättchen bei einer Beauf­ schlagung mit Druck hohe Spannungen und nur geringe Stromstärken erzeugen, ist ein Transformator vorzusehen, der unter Verminde­ rung der Spannung die Stromstärke anhebt. Zur Gleichrichtung des durch den piezoelektrischen Generator erzeugten Stromes wird ein Gleichrichter vorgesehen.

Aus der DE-OS 22 44 949 ist es bekannt, piezoelektrische Ele­ mente als Kraftaufnehmer zu verwenden.

Der piezoelektrische Wandler kann aus mehreren Schichten aus Keramik der Zirkonat-Titanat-Gruppe (PZT-Keramik) bestehen. Zweck­ mäßigerweise wird er auf der Unterseite eines die Befestigungs­ platte der Skibindung überkragenden Bindungsteile befestigt und der diesen beaufschlagende Stift oder Bolzen stützt sich auf der Skioberfläche ab oder ist auf dieser befestigt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bestehen die beweglichen Teile des Generators aus einer Tauchspule und einem diese durchsetzenden oder in diese ragenden Permanentmagneten. Nach dieser Ausgestaltung kommt zur Erzeugung des Ladestroms das elektrodynamische Prinzip zur Anwendung, bei dem beispiels­ weise 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 Gleichrich­ tung wird diese elektromotorische Kraft zur Aufladung eines Speicherakkumulators oder eine Batterie verwendet.

Die Induktionsspule kann aus einer Tauchspule bestehen, die an einem die Befestigungsplatte der Skibindung überkragenden Bin­ dungsteil befestigt ist, wobei der Permanentmagnet oder das diesen tragende Element sich auf der Skioberfläche abstützt oder auf dieser befestigt ist.

Da es zur Erzeugung von Ladestrom nach dem elektrodynamischen Prinzip auf die Geschwindigkeit ankommt, mit der die Induktions­ spule die Feldlinien des Permanentmagneten schneidet, kann der Ausschlag des Permanentmagneten oder der Spule und die Relativ­ geschwindigkeit zwischen diesen beiden Generatorelementen da­ durch vergrößert werden, daß die von dem Ski und der Bindung abgeleitete Bewegungsenergie durch ein zwischengeschaltetes Ge­ triebe übertragen wird. Beispielsweise kann der Permanentmagnet an einem um eine zur Skioberfläche senkrechte Achse schwenkbar gelagerten Arm befestigt sein und in eine parallel zur Ober­ fläche des Skis liegende Spule eintauchen, wobei ein Antrieb für den Arm vorgesehen ist, der die Relativbewegung zwischen dem Ski und den Bindungsteilen in eine hin- und hergehende Bewe­ gung umwandelt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die die Batterie ladenden Generatoren in der Bindungsplatte gekapselt angeordnet, wobei die Bewegungsenergie auf das bewegliche Teil des Genera­ tors durch eine elastische Membran übertragen wird, die einen Teil der Wandung der Bindungsplatte bildet.

Als Batterien können beispielsweise Mallory-Batterien eingesetzt werden. Die zur Anwendung kommenden Ladegeneratoren sind minde­ stens bis zu Temperaturen von -20°C einwandfrei funktionsfähig. Piezoelektrische Wandler behalten ihre Eigenschaften in einem Temperaturbereich von -75°C bis +200°C bei.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch den wei­ teren 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 Per­ manentmagnet besteht, der von mindestens einer mit der Spulenbe­ festigung verbundenen Feder getragen ist. Der Permanentmagnet bildet mit der diese tragenden Feder ein Schwingungssystem, so daß der Magnet in der Induktionsspule mit relativ hoher Frequenz hin- und herschwingt. Der Magnet kann auch zwischen zwei Federn eingespannt sein. Die Schwingungen werden durch die beim Ski­ lauf auftretenden Stöße angeregt.

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 Batterielade­ strom erzeugenden Generator,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine auf einem Ski befestigte Sohlenplatte einer elektro­ nischen 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 Skiober­ fläche schwingenden Permanentmagneten,

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Ladestrom­ kreises,

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Ladestromkreises in einer anderen Ausführungsform,

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Anordnung des piezoelektrischen Wandlers und des diesen beaufschlagenden Druckstücks zwischen Skioberfläche und Skibindung und

Fig. 7 eine schematische Darstellung des Ladungs­ stromkreises mit einem piezoelektrischen Wandler.

Der grundsätzliche Aufbau der elektronischen Sicherheits-Ski­ bindung ist aus Fig. 1 ersichtlich. Die elektronische Sicher­ heits-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 Ski­ schuhsohle am vorderen Ende des Skischuhs übergreifenden Sohlen­ halter 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 Skischuhab­ satz und damit den Skischuh im Ganzen freigibt. Die den Sohlen­ halter 3 bewegende Mechanik ist in der Sohlenplatte 1 unterge­ bracht und wird durch ein elektrisches Auslösesignal gesteuert. Die Sohlenplatte 1 ist in bekannter Weise mit einer Befesti­ gungsplatte 4 auf dem Ski 5 befestigt.

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. Die Elemente 6, 7 können aus einer Tauchspule und einem Perma­ nentmagneten oder auch aus einem piezoelektrischen Wandler und einem diesen beaufschlagenden Druckstück bestehen.

Zur Erzeugung des Ladestroms werden die Relativbewegungen zwischen dem Ski 5 und dem die Befestigungsplatte 4 überkragenden Teil der Sohlenplatte 1 ausgenutzt.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist inner­ halb 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 unte­ ren Wandung 12 der Sohlenplatte 1 verschließt. Auf dem Ski 5 ist ein Bolzen 13 befestigt, dessen oberes Ende gegen die Außen­ seite 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 Magne­ ten 10 übertragen, so daß dieser in Schwingungen gerät und in der Tauchspule 8 Ströme induziert werden.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel werden von der von dem Bolzen 13 bewegten Membran 11 über ein nicht darge­ stelltes Getriebe Bewegungen abgeleitet, die die Arme 14, 15 zwischen denen der Permanentmagnet 16 eingespannt ist, in eine parallel zur Skioberfläche verlaufende Schwingung versetzen. Da der Permanentmagnet 16 seine Schwingungen in der Induktions­ spule 17 ausführt, werden durch diese Ströme erzeugt.

Die Ladestromschaltkreise der Ladestromgeneratoren nach den Fig. 2 und 3 sind in den Fig. 4 und 5 schematisch dargestellt. Der in der Tauchspule 8 erzeugte Wechselstrom wird durch die Gleichrichterbrücke 18 gleichgerichtet und über den Widerstand oder die Drossel R 1 und den Kondensator C 1 der Batterie B zuge­ führt.

Bei dem Schaltkreis nach Fig. 5 wird die Tauchspule 8 mittig angezapft, wobei die Enden der Tauchspule 8 über Gleichrichter­ dioden 19, 20 auf den positiven Ausgang geschaltet sind.

Besteht der Ladestromgenerator gemäß Fig. 6 aus einem piezo­ elektrischen Wandler 21, der aus mehreren Schichten oder Blätt­ chen aus piezoelektrischer Keramik aufgebaut ist, wird dieser durch einen Bolzen 22 mit Druck beaufschlagt, der auf dem Ski befestigt ist. Der piezoelektrische Wandler 21 kann in der Sohlen­ platte 1 angeordnet sein und über die diesen kapselnde Membran 11 mit dem Bolzen 22 in Verbindung stehen.

Der Ladestromkreis unter Verwendung eines piezoelektrischen Wandlers ist aus Fig. 7 ersichtlich. Die in dem piezoelektri­ schen Wandler 21 erzeugte hohe Spannung wird durch den Trans­ formator 22 auf niedrigere Spannungswerte mit höherer Strom­ stärke transformiert. Die transformierte Spannung wird durch die aus den Dioden D 1 bis D 4 bestehende Gleichrichterbrücke gleichgerichtet und über den Kondensator C 2 der Batterie B zu­ geführt.

Claims (9)

1. Sicherheits-Skibindung mit elektrische Signale abgebenden Kraftaufnehmern zur Erfassung der auf das Bein des Skiläu­ fers wirkenden Kräfte und/oder Drehmomente mit einer beim Auftreten gefährlicher Kräfte oder Drehmomente die Auslöse­ einrichtung durch ein Auslösesignal betätigenden Elektro­ nik-, TTL- oder Computerschaltung und mit einer die Schal­ tung speisenden, wiederaufladbaren Batterie, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Batterie (B) ihren Ladestrom von einem Generator (8, 10; 21, 22) erhält, der zur Erzeugung von Strom relativ zueinander mindestens geringfügig beweg­ liche Teile besitzt, von denen eines mit einem Skibindungs­ teil (1) verbunden ist.

2. Sicherheits-Skibindung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Teile des Generators aus einem aus mehreren piezoelektrischen Blättchen aufgebauten piezoelektrischen Wandler (21) und einem diesen beaufschlagenden Druckstück (22) bestehen.

3. Sicherheits-Skibindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der piezoelektrische Wandler (21) aus mehreren Schichten aus Keramik der Zirkonat-Titanat-Gruppe (PZT- Keramik) besteht.

4. Sicherheits-Skibindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Wandler (21) auf der Unterseite eines die Befestigungsplatte (4) der Skibindung überkragenden Bindungsteils (1) befestigt ist und der diesen beaufschlagende Stift oder Bolzen (22) sich auf der Skioberfläche abstützt oder auf dieser befe­ stigt ist.

5. Sicherheits-Skibindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Teile (6, 7) des Generators aus einer Tauchspule (8) und einem diese durchsetzenden oder in diese ragenden Permanentmagneten (10) bestehen.

6. Sicherheits-Skibindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Tauchspule (8) an einem die Befestigungsplatte (4) der Skibindung überkragenden Bindungsteil (1) befestigt ist und der Permanentmagnet (10) oder das diesen tragende Element sich auf der Skioberfläche abstützt oder mit dieser verbunden ist.

7. Sicherheits-Skibindung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (10) an einem um eine zur Skioberfläche senkrechte Achse schwenkbar gelagerten Arm (14, 15) befestigt ist, in eine parallel zur Skioberfläche liegende Spule (17) eintaucht und daß ein Antrieb für den Arm (14, 15) vorgesehen ist, der die Rela­ tivbewegungen zwischen dem Ski (5) und den Bindungsteilen (1) in eine hin- und hergehende Schwenkbewegung umwandelt.

8. Sicherheits-Skibindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der den Ladestrom erzeugende Generator in der Bindungsplatte (1) angeordnet ist und die Bewegungsenergie auf dessen bewegliches Teil durch eine ela­ stische Membran (11) hindurch übertragen wird.

9. Sicherheits-Skibindung mit elektrische Signale abgebenden Kraftaufnehmern zur Erfassung der auf das Bein des Skiläu­ fers wirkenden Kräfte und/oder Drehmomente mit einer beim Auftreten gefährlicher Kräfte oder Drehmomente die Auslöse­ einrichtung durch eine Auslösesignal betätigenden Elektronik-, TTL- oder Computerschaltung und mit einer die Schaltung speisenden, wiederaufladbaren Batterie, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Batterie (B) ihren Ladestrom von einem Generator erhält, der in einer auf dem Ski oder der Skibin­ dung befestigten Spule hin- und herschwingenden Permanent­ magneten besteht, der von mindestens einer mit der Spulen­ befestigung verbundenen Feder getragen ist.