NO315639B1

NO315639B1 - ski boot

Info

Publication number: NO315639B1
Application number: NO20012753A
Authority: NO
Inventors: Sigurd Broers; Hans Ola Pedersen
Original assignee: Linken Binding As
Priority date: 2001-06-05
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2003-10-06
Also published as: WO2002098254A1; WO2002098254B1; NO20012753D0; NO20012753L; US20050115116A1

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en skistøvel. The present invention relates to a ski boot.

I mange idretter, som for eksempel langrenn, skal så mye kraft som mulig overføres mellom menneskekroppen og et underlag, i den hensikt å skape fart. Hvor store kreftene er, blir i utgangspunktet bestemt av den fysiske kapasiteten til menneskekroppen, men i stor fart vil det kunne oppstå reaksjonskrefter fra underlaget som overstiger de menneskeskapte kreftene. Kroppens hovedoppgave blir da å motstå disse kreftene. Uansett vil hvor stor andel av kreftene som faktisk blir overført, bestemmes av teknikk og utstyr. In many sports, such as cross-country skiing, as much force as possible must be transferred between the human body and a surface, in order to create speed. How big the forces are is basically determined by the physical capacity of the human body, but at high speed, reaction forces from the surface may arise that exceed the man-made forces. The body's main task then becomes to resist these forces. In any case, the proportion of the power that is actually transferred will be determined by technique and equipment.

Kropp-utstyr-underlag danner altså et tredelt system. Dette systemet vil bli nærmere forklart med referanse til langrenn, selv om prinsippet også vil gjelde for andre aktiviteter. I den følgende gjennomgangen vil vi se bort fra skistaver og bekledning Body-equipment-substrate thus forms a three-part system. This system will be explained in more detail with reference to cross-country skiing, although the principle will also apply to other activities. In the following review, we will disregard ski poles and clothing

Utstyret i langrenn består tradisjonelt av støvel, binding og ski. For at disse komponentene skal utføre sin kraftoverføringsoppgave best mulig, søkes to krav oppfylt: For det første må materialer være så stive som mulig for at kraft ikke skal gå tapt i uønske deformasjoner. I tillegg må form, materialvalg og mekanismer velges slik at de to andre hovedkomponentene i systemet, kropp og underlag, kan oppføre seg så normalt eller hensiktsmessig som mulig. The equipment in cross-country skiing traditionally consists of boots, bindings and skis. In order for these components to carry out their power transmission task as best as possible, two requirements must be met: Firstly, materials must be as rigid as possible so that power is not lost in unwanted deformations. In addition, the form, choice of materials and mechanisms must be chosen so that the other two main components of the system, body and substrate, can behave as normally or appropriately as possible.

Disse kravene er ofte motstridende, og optimale kompromisser må inngås. La oss bruke underlaget som et enkelt eksempel først: Det er hensiktsmessig at snøen ikke utsettes for store, lokale deformasjoner. En buet, men helt stiv ski vil overføre størst krefter i tupp og bakski ved fraspark, med resultat at disse delene graver seg ned i snøen. En ski som fordeler kraft jevnt langs hele lengden er mer hensiktsmessig. Det er bred enighet om følgende prinsippielle designvalg for å oppnå dette: - relativt tykk, stiv midtski for å overføre stor kraft; - lignende stivt materiale, men gradvis tynnere og dermed fleksibel fram- og bakski for å fordele kraften; og - resten av utstyret roterer, via mekanisme, i forhold til ski, for at kropp og underlag skal komme i posisjon for kraftutvekslingen. These requirements are often contradictory, and optimal compromises must be made. Let's use the surface as a simple example first: It is appropriate that the snow is not exposed to large, local deformations. A curved but completely rigid ski will transfer the greatest forces to the tip and back ski on kick-off, with the result that these parts dig into the snow. A ski that distributes power evenly along the entire length is more appropriate. There is broad agreement on the following principled design choices to achieve this: - relatively thick, stiff center ski to transmit great power; - similar rigid material, but gradually thinner and thus flexible front and rear skis to distribute the power; and - the rest of the equipment rotates, via a mechanism, in relation to the ski, in order for the body and surface to come into position for the exchange of power.

Hvis vi nærmer oss utstyret fra kroppen i stedet, så er bøying av tåledd en viktig bevegelse i langrenn. Denne bøyingen er hensiktsmessig fordi den, spesielt i klassik diagonalteknikk, gir et kraftoverføringsforløp som er fysiologisk riktig og normalt, ikke så ulikt kraftoverføringsforløpet i løping. Derfor har man i langrennsstøvel-design så langt valgt å kopiere løsningen fra nettopp løping, nemlig å formgi i fleksible materialer som tillater den grad av bøying man er ute etter. If we approach the equipment from the body instead, bending the toe joint is an important movement in cross-country skiing. This bending is appropriate because, especially in classic diagonal technique, it provides a power transfer process that is physiologically correct and normal, not so different from the power transfer process in running. Therefore, in cross-country boot design, so far they have chosen to copy the solution from running, namely to design in flexible materials that allow the degree of bending you are looking for.

Langrenn har imidlertid mer til felles med andre ski-disipliner enn med løping, fordi løping er fundamentalt forskjellig på et viktig punkt: Støvelen danner grensesnittet mot underlaget. En viktig frihetsgrad i skidesign er muligheten til forme støvelens 'underlag', nemlig oversiden av skien. Denne muligheten har man ikke i løping. Derfor må en løpssko i tillegg til å 1) overføre kraft, også 2) fjære og fordele krefter for å unngå uønskede deformasjoner av foten, og 3) gi informasjon om fotens posisjon i forhold til underlaget. Det siste er essensielt for kroppskontroll og balanse. However, cross-country skiing has more in common with other skiing disciplines than with running, because running is fundamentally different in one important respect: the boot forms the interface with the surface. An important degree of freedom in ski design is the ability to shape the boot's 'substrate', namely the upper side of the ski. This possibility is not currently available. Therefore, in addition to 1) transmitting power, a running shoe must also 2) spring and distribute forces to avoid unwanted deformations of the foot, and 3) provide information about the foot's position in relation to the surface. The latter is essential for body control and balance.

De samme kravene gjelder utstyret i langrenn, men her kan og bør oppgave 2 og 3 i hovedsak utføres av skien, fordi den danner grensesnittet mot underlaget. Fram- og bakski må som før nevnt være fleksible for å tilfredstille foregående punkt 2 (er nærmere beskrevet i etterfølgende figurer). Punkt 1 og 3 blir imidlertid best oppfylt hvis midtski, binding og støvel danner en stiv enhet. The same requirements apply to the equipment in cross-country skiing, but here tasks 2 and 3 can and should mainly be carried out by the ski, because it forms the interface with the ground. As previously mentioned, the front and rear skis must be flexible in order to satisfy the previous point 2 (is described in more detail in subsequent figures). However, points 1 and 3 are best fulfilled if the center ski, binding and boot form a rigid unit.

Forklaringen på dette er at i de fleste langrennsteknikker innen både skøyting og klassisk vil The explanation for this is that in most cross-country skiing techniques in both skating and classical will

kraften sjelden fordeles jevnt på tvers av skia når den skal overføres fra underlaget. Mer kraft vil gå gjennom den ene kanten. Dette gjelder alltid i skøyting, på hardt føre i særlig stor grad. Selv i klassisk diagonalteknikk vil ofte variabler som løyperetning, sidevegs helling av sporet og ujevn snøkonsistens bidra til en stor grad av uforutsigbarhet. Skien vil derfor også i klassisk ofte utsettes for et dreiemoment som ikke fanges opp av torsjonsvridning i fram- og bakski. the force is rarely distributed evenly across the ski when it is to be transferred from the ground. More power will go through one edge. This always applies in skating, especially on hard surfaces. Even in classic diagonal technique, variables such as trail direction, lateral slope of the track and uneven snow consistency will often contribute to a large degree of unpredictability. The ski will therefore also in classic often be exposed to a torque that is not captured by torsional twisting in the front and back skis.

En stiv støvel, i kombinasjon med en stiv innfesting til ski, kan overføre et stort dreiemoment til foten, som raskt kan finjustére sin posisjon for å gjenopprette nødvendig balanse og kontroll. En myk støvel vil derimot ved en viss belastning presses sammen mellom den mest belastede skikanten og den tilsvarende siden av foten. Denne trykk- og strekkdeformasjonen vil i tillegg suppleres av en vridningsdeformasjon, fordi storparten av kraften som regel overføres gjennom bakre del av foten, mens støvelen bare holdes på plass framme ved innfestingen. A stiff boot, in combination with a stiff attachment to the ski, can transfer a large torque to the foot, which can quickly fine-tune its position to restore the necessary balance and control. A soft boot, on the other hand, will, under a certain load, be pressed together between the most loaded ski edge and the corresponding side of the foot. This compressive and tensile deformation will also be supplemented by a twisting deformation, because most of the force is usually transferred through the rear part of the foot, while the boot is only held in place at the front when it is attached.

Det kan således formuleres to viktige krav ved design av langrennsutstyr: Valg av dimensjoner og materialer som overfører stor kraft, samt tilpasning til kroppen og dens bevegelser - med spesiell vekt på mulighet for bøying av tåledd. Måten det siste blir søkt oppfylt på i dagens løsninger, oppfyller ikke det første på en tilfredsstillende måte, fordi utstyret blir uhensiktsmessig deformert. Dette fører i neste omgang til uønskede bevegelser i kroppen. Vi vil i det etterfølgende i tillegg vise at hemming av visse ønskede bevegelser også er en konsekvens. Two important requirements can thus be formulated when designing cross-country equipment: Selection of dimensions and materials that transmit great force, as well as adaptation to the body and its movements - with particular emphasis on the possibility of bending the toe joint. The way in which the latter is sought to be fulfilled in today's solutions does not fulfill the first in a satisfactory way, because the equipment is inappropriately deformed. This in turn leads to unwanted movements in the body. In what follows, we will also show that inhibition of certain desired movements is also a consequence.

Graden av bøying i tåleddet er mindre i skøyteteknikk enn i klassisk skiteknikk. Derfor har man etterhvert tatt i bruk stivere støvelsåler i skøyting, og begrunnet dette med at sålene blir "torsjonsstive". The degree of bending in the toe joint is less in skating technique than in classic skiing technique. Therefore, stiffer boot soles have been gradually adopted in skating, and the reason for this is that the soles become "torsionally stiff".

Grunnen til at torsjonsstiv her skrives i hermetegn, er at en fullstendig torsjonsstiv plate, f.eks en støvelsåle, som ikke kan vris, heller aldri kan bøyes. Så de eksisterende støvelsålene er på langt nær torsjonsstive. Det samme gjelder for formen rundt hælen. Og selv om denne faktisk var fullstendig torsjonsstiv i seg selv, så ville den likevel kunne vris i forhold til støvelens innfestingspunkt, dvs bindingen, nettopp via den torsjonsmyke sålen. The reason why torsionally rigid is written here in hyphens is that a completely torsionally rigid plate, e.g. a boot sole, which cannot be twisted, can never be bent either. So the existing boot soles are nowhere near torsionally rigid. The same applies to the shape around the heel. And even if this was actually completely torsionally rigid in itself, it would still be able to twist in relation to the boot's attachment point, i.e. the binding, precisely via the torsionally soft sole.

Heller ikke et kort, bøyelig segment under tåleddet, i en ellers stiv plate, gir fullstendig torsjonsstivhet i sålen. Torsjonsstivheten ville kunne økes ved å la lengden på dette segmentet nærme seg null, men da oppstår et annet problem: Sålen vil ikke kunne forlenge seg. Siden fotsålen forlenger seg ved bøying i tåleddet, vil da foten enten bevege seg oppover i støvelen og miste kontakten med sålen, eller presses mot tå- og hælkappe og deformeres uhensiktsmessig. Nor does a short, flexible segment under the toe joint, in an otherwise rigid plate, provide complete torsional stiffness in the sole. The torsional stiffness could be increased by letting the length of this segment approach zero, but then another problem arises: the sole will not be able to extend. Since the sole of the foot elongates when bending in the toe joint, the foot will either move upwards in the boot and lose contact with the sole, or it will be pressed against the toe and heel cap and be deformed inappropriately.

Torsjonsstivhet, bøyestivhet og trykk/strekk-stivhet er alle innbyrdes avhengige størrelser i et massivt legeme, og de har til sammen ni komponenter i de tre rom-retningene. Vi har imidlertid i denne problembeskrivelsen fokusert på manglende torsjonsstivhet i lengderetning, fordi dette er mest fatalt og kan sees som utløsende årsak til beslektede problemer. Vi skal kort nevne to: - Sideveis bøyestivhet i støvelen blir mindre, dvs at hælen kan presses langt ut til siden av skien. Et spor under støvelen og en tilsvarende forhøyning på skien avhjelper dette problemet i de fleste tilfeller, men ved store reaksjonskrefter i utforkjøringer må hælen aktivt presses ned for å unngå problemet. Sidestivheten vil øke hvis det bøyelige segmentet under tåleddet forkortes, men dette går som nevnt ut over bøye-egenskapene Torsional stiffness, bending stiffness and compressive/tensile stiffness are all interdependent quantities in a massive body, and they have a total of nine components in the three spatial directions. In this problem description, however, we have focused on a lack of torsional stiffness in the longitudinal direction, because this is the most fatal and can be seen as the triggering cause of related problems. We will briefly mention two: - Lateral bending stiffness in the boot becomes less, i.e. the heel can be pushed far out to the side of the ski. A groove under the boot and a corresponding elevation on the ski remedy this problem in most cases, but with large reaction forces in descents, the heel must be actively pressed down to avoid the problem. Lateral stiffness will increase if the flexible segment under the toe joint is shortened, but as mentioned this affects the bending properties

rundt tåaksen. around the toe axis.

- Langsgående bøyestivhet blir mindre. Dette er et problem i dag fordi støvelen blir produsert med en bue som gir etter for trykket fra fotbuen i stedet for å overføre kraften i dette partiet. Spesielt i skøyting skal mye kraft overføres her. Problemet kan trolig avhjelpes til en viss grad ved å lage støvelen mer massiv under fotbuen. - Longitudinal bending stiffness is reduced. This is a problem today because the boot is manufactured with an arch that yields to the pressure from the arch of the foot instead of transferring the force in this part. Especially in skating, a lot of power must be transferred here. The problem can probably be remedied to some extent by making the boot more massive under the arch of the foot.

Mangelfull torsjons-, bøye- og trykk/strekk-stivhet i dagens støvler vil i sum medføre at støvelen ikke klarer å gi foten den nødvendige støtten nedenfor ankelen. Dermed blir det vanskeligere å balansere, spesielt i skøyting. Dette blir i dag kompensert for ved å bygge skøytestøvler lenger opp enn til ankelen, eller hengsle en støttemansjett koaksialt med øvre ankelledd (talar). Slike løsninger gir bedre balanse, men vil i langrenn gå på bekostning av bevegelighet og/eller kraftoverføring: - Enten er støttemansjetten så stiv at den hemmer rotasjonen om aksen til nedre ankelledd (subtalar). Det er denne rotasjonen som vrir fotblad, støvel og ski ut og opp for å oppnå Insufficient torsional, bending and pressure/stretch stiffness in today's boots will result in the boot not being able to give the foot the necessary support below the ankle. This makes it more difficult to balance, especially in skating. Today, this is compensated for by building skating boots higher than the ankle, or by hingeing a support cuff coaxially with the upper ankle joint (talar). Such solutions provide better balance, but in cross-country skiing will come at the expense of mobility and/or power transmission: - Either the support cuff is so stiff that it inhibits rotation about the axis of the lower ankle joint (subtalar). It is this rotation that twists the foot blade, boot and ski out and up to achieve

kanting. edging.

- Eller så er den så myk at en stor andel av kraften som overføres fra foten her oppe, vil gå tapt i deformasjon av mansjetten. Denne andelen vil da ikke gi noe bidrag til den aktive kraften mellom støvel og ski, men i stedet erstatte den. - Or it is so soft that a large proportion of the force transmitted from the foot up here will be lost in deformation of the cuff. This proportion will then make no contribution to the active force between boot and ski, but instead replace it.

For å oppsummere har bindingssystemene (støvel og binding) for langrenn som i dag benyttes følgende svakheter: - De er ikke i stand til å overføre nok kraft, fordi komponentene deformeres lenge før de belastes maksimalt i de fleste skiteknikker; - de utsetter derved fotblad og ankel for unødvendige belastninger, fordi foten enten følger deformasjonen i støvelen og havner i fysiologisk ugunstige stillinger, eller prøver å holde ønskede stillinger ved å kompensere for manglende støtte og kontroll ved statisk To summarize, the binding systems (boot and binding) for cross-country skiing that are used today have the following weaknesses: - They are not able to transfer enough power, because the components are deformed long before they are loaded to the maximum in most skiing techniques; - they thereby expose the foot and ankle to unnecessary stress, because the foot either follows the deformation in the boot and ends up in physiologically unfavorable positions, or tries to keep desired positions by compensating for a lack of support and control in static

muskelarbeid; og muscle work; and

- de hemmer det dynamiske muskelarbeidet i ankelen. - they inhibit the dynamic muscle work in the ankle.

Alle disse tre problemene kan føres tilbake til den fleksible støvelen som prinsippiell hovedløsning. Valg av del-løsninger vil avgjøre hvilket av de to siste problemene som opptrer i størst grad. All three of these problems can be traced back to the flexible boot as the principle main solution. Selection of partial solutions will determine which of the last two problems occurs to the greatest extent.

Hvis materialer og/eller dimensjoner i et fottøyskall velges slik at skallet blir ikke-deformerbart, må oppførselen til skallet kontrolles ved hjelp av mekanismer. Et stivt skall med mekaniske ledd vil bare bevege seg i de retninger og avstander, og med den motstand leddene tillater. If materials and/or dimensions in a footwear shell are chosen so that the shell becomes non-deformable, the behavior of the shell must be controlled by means of mechanisms. A rigid shell with mechanical joints will only move in the directions and distances, and with the resistance the joints allow.

Riktig valg av plassering, orientering, antall frihetsgrader og grad av motstand for hvert ledd er essensielt for at skallet til enhver tid på en optimal måte skal The correct choice of location, orientation, number of degrees of freedom and degree of resistance for each joint is essential for the shell to function optimally at all times.

følge fotens ønskede bevegelse follow the desired movement of the foot

- hjelpe fotens ønskede bevegelse - help the foot's desired movement

- hindre uønskede bevegelser. - prevent unwanted movements.

Hvis man ser bort fra friksjonstap i leddene og mikro-deformasjoner i foten, vil denne type fottøy i teorien kunne overføre all kraft mellom kropp og underlag. If one disregards friction loss in the joints and micro-deformations in the foot, this type of footwear will in theory be able to transfer all force between the body and the surface.

Skal fottøyet låses mekanisk til øvrig utstyr, kan dette sees som en forlengelse av kroppen. De samme prinsippene for hensiktsmessig bevegelse og leddutforming gjelder. If the footwear is to be locked mechanically to other equipment, this can be seen as an extension of the body. The same principles for appropriate movement and joint design apply.

De ovenfor angitte svakhetene ved dagens systemer er løst ifølge oppfinnelsen som angår en skistøvel bestående av en fremre fotøydel og en bakre fottøydel som er innbyrdes leddforbundne om en akse som er tilnærmet sammenfallende med fotens grunnledd i stortåen når foten er plassert i støvelen, kjennetegnet ved tå-partiet under den fremre støveldelen er utformet for leddforbindelse med skien om en i hovedsak horisontal akse tilnærmet normalt på støvelens lengderetning. The above stated weaknesses of the current systems are solved according to the invention which relates to a ski boot consisting of a front foot part and a rear foot part which are interconnected about an axis which is approximately coincident with the base of the foot in the big toe when the foot is placed in the boot, characterized by the toe -the part under the front boot part is designed for joint connection with the ski about a mainly horizontal axis approximately normal to the boot's longitudinal direction.

Foretrukne trekk ved den foreliggende oppfinnelse er gitt i de uselvstendige kravene 2-4. Preferred features of the present invention are given in the independent claims 2-4.

Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart med henvisning til de etterfølgende figurer hvor: The invention will be explained in more detail with reference to the following figures where:

Figur I viser virkningsmekanisme for skistøvelen, samt mekanismens posisjon ved leddutslag påO°i lb og 2b; Figur II viser eksempler på låseprinsipp. Hovedidéen er at det ene av låseelementene A lier B roterer mot den hovedkomponenten det er del av under bruk, mens det andre kun har en låsende funksjon. Dermed kan rotasjonen skje mellom to permanent sluttede, sylindriske flater. Dette er ikke mulig i dagens løsninger der begge låseelementene også er del av rotasjonsmekanismen; Figur III viser at det i prinsippet er uten betydning hvilke av de to hovedkomponentene A og B allokeres til. Det er heller ikke her spesifisert hvorvidt A (det bevegelige elementet) også er det roterende elementet, eller om det er elementet med kun låsende funksjon; Figur IV viser eksempel på fjærende metallbånd M som motstandselement. Ved rotasjon deformeres M elastisk og motarbeider rotasjonsbevegelsen; Figur V viser store, vertikale pasningsflater på tvers av rotasjonsaksen fordeler de store sideveis momentkreftene. Figure I shows the action mechanism for the ski boot, as well as the position of the mechanism at joint displacements of O°i lb and 2b; Figure II shows examples of the locking principle. The main idea is that one of the locking elements A and B rotates towards the main component it is part of during use, while the other only has a locking function. Thus, the rotation can take place between two permanently closed, cylindrical surfaces. This is not possible in current solutions where both locking elements are also part of the rotation mechanism; Figure III shows that it is in principle irrelevant which of the two main components A and B are allocated to. It is also not specified here whether A (the moving element) is also the rotating element, or whether it is the element with only a locking function; Figure IV shows an example of springy metal band M as a resistance element. During rotation, M deforms elastically and counteracts the rotational movement; Figure V shows large, vertical fitting surfaces across the axis of rotation that distribute the large lateral torque forces.

Systemet kan beskrives som en mekanisme med hovedkomponentene: The system can be described as a mechanism with the main components:

ski (1), framstøvel (2) og bakstøvel (3), se figur 1. Komponentene 2 og 3 er permanent låst til hverandre i et hengslet ledd 2b og utgjør tilsammen et støvelskall. Komponent 1 blir låst til komponent 2 i et hengslet ledd lb under bruk. Nederste del av komponent 3, hele komponent 2 og det partiet av komponent 1 som komponent 2 og komponent 3 er i kontakt med, er laget i helt stive materialer som ikke blir deformert ved krefter av den størrelsesorden som er involvert i langrennsaktivitet. ski (1), front boot (2) and rear boot (3), see figure 1. Components 2 and 3 are permanently locked to each other in a hinged link 2b and together form a boot shell. Component 1 is locked to component 2 in a hinged link lb during use. The lower part of component 3, the whole of component 2 and the part of component 1 with which component 2 and component 3 are in contact, are made of completely rigid materials that are not deformed by forces of the order of magnitude involved in cross-country skiing activity.

Hvis hælen presses ned og komponent 3 er i kontakt med komponent 1 (0° utslag i ledd 2b og lb), vil mekanismen også være låst i alle andre retninger, fordi komponent 2 og de delene av komponent 1 og komponent 3 som er i kontakt, er helt stive og ikke-deformerbare. For ekstra sikker sidevegs låsing mellom komponent 1 og komponent 3 har tverrsnittene av disse komponentene vertikale former som utfyller hverandre i denne posisjonen. If the heel is pressed down and component 3 is in contact with component 1 (0° deflection in joints 2b and lb), the mechanism will also be locked in all other directions, because component 2 and the parts of component 1 and component 3 that are in contact , are completely rigid and non-deformable. For extra secure lateral locking between component 1 and component 3, the cross-sections of these components have vertical shapes that complement each other in this position.

Når utslagene i ledd lb og ledd 2b er større enn 0°, vil både komponent 1 og komponent 3 kun bevege seg i forhold til komponent 2 ved en-akset rotasjon. Komponenter og ledd må derfor utformes slik at leddutslagene i ledd lb og ledd 2b kan bli minst like store som det som er naturlig for foten, og naturlig i forhold til underlaget. Ledd 2b må plasseres og orienteres sammenfallende med bøyeaksen for tåleddet, slik at denne største bevegelsen i fotbladet tillates utført som normalt inne i skallet. Støvelskallets bevegelser blir da styrt av denne bevegelsen på en forutsigbar måte. Øvrige bevegelser i fotbladet er så små at de blir fanget opp av fleksibilteten i en myk innerstøvel. Ledd lb må plasseres og orienteres slik at komponent 1, via komponent 2 og komponent 3, beveger seg hensiktsmessig når foten utfører en normal frasparkbevegelse for den aktuelle skiteknikken. When the deflections in link lb and link 2b are greater than 0°, both component 1 and component 3 will only move in relation to component 2 during uni-axis rotation. Components and joints must therefore be designed so that joint projections in joints lb and joints 2b can be at least as large as what is natural for the foot, and natural in relation to the surface. Joint 2b must be positioned and oriented to coincide with the flexion axis of the toe joint, so that this greatest movement in the foot blade is allowed to be carried out as normal inside the shell. The movements of the boot shell are then controlled by this movement in a predictable way. Other movements in the blade of the foot are so small that they are captured by the flexibility of a soft inner boot. Joint lb must be positioned and oriented so that component 1, via component 2 and component 3, moves appropriately when the foot performs a normal kick-off movement for the skiing technique in question.

Det stive støvelskallet overfører all kraft mellom foten og underlaget. Dette gir større kraftutnyttelse enn i dag og bidrar dermed direkte til større fart. The rigid boot shell transfers all power between the foot and the ground. This provides greater power utilization than today and thus contributes directly to greater speed.

Det gir i tillegg statisk støtte til fotbladet i alle andre retninger enn om rotasjonsaksene ledd It also provides static support for the foot blade in all directions other than about the rotational axes of the joint

1 b og ledd 2b, dvs. bidrar til å hindre uønsket store utslag i vridnings- og sidebevegelser i fotbladet, og til å avlaste ledd og muskler som prøver å hindre slike utslag. Skallet bidrar derfor indirekte til større fart, fordi kroppen spares for unyttig kraftbruk. Spart kraft kan i stedet nyttiggjøres i frasparket. 1 b and joint 2b, i.e. helps to prevent unwanted large impacts in twisting and lateral movements of the foot, and to relieve the joints and muscles that try to prevent such impacts. The shell therefore indirectly contributes to greater speed, because the body is spared unnecessary use of force. Saved energy can instead be utilized in the kick-off.

I tillegg til at skallet yter statisk støtte, vil den elastiske andelen av motstanden i ledd 2b og ledd lb gi dynamisk hjelp til fotbevegelsene ved at noe av kraften i arbeidsfasen til bevegelsene (fraspark) lagres i leddet og ytes tilbake til fot eller ski i hvilefasen (innhenting av fot og ski). In addition to the shell providing static support, the elastic part of the resistance in joint 2b and joint lb will provide dynamic assistance to the foot movements in that some of the force in the working phase of the movements (kick-off) is stored in the joint and returned to the foot or ski in the rest phase (collection of feet and skis).

For at ledd lb skal kunne åpnes og komponentene 1 og 2 separeres, må systemet inneholde en låsemekanisme bestående av flere elementer. Noen av disse må allokeres til komponent 2, mens de øvrige kan enten integreres direkte i komponent 1, eller i en separat bindingshus-komponent 4 som fikseres til komponent 1. In order for joint lb to be opened and components 1 and 2 to be separated, the system must contain a locking mechanism consisting of several elements. Some of these must be allocated to component 2, while the others can either be integrated directly into component 1, or into a separate half-timbered housing component 4 which is fixed to component 1.

Figur 2 viser at ett eller flere elementer A i den ene hovedkomponenten beveges og føres sammen med ett eller flere elementer B i den andre. A og B er utformet slik at de utgjør en fiksert enhet AB når de er ført sammen. Figur 2 viser to eksempler på hvordan dette kan gjøres, og figur 3 viser at forskjellig allokering av A og B gir samme prinsippielle resultat. Figure 2 shows that one or more elements A in one main component are moved and guided together with one or more elements B in the other. A and B are designed to form a fixed unit AB when brought together. Figure 2 shows two examples of how this can be done, and Figure 3 shows that different allocations of A and B give the same principle result.

Enten element A eller B har en utvendig sylindersymmetrisk flate og kan rotere i forhold til et sluttet, sylindrisk hulrom i den ene hovedkomponenten. Siden den andre hovedkomponenten er fiksert til dette elementet via enheten AB, vil denne hovedkomponenten og AB rotere sammen. Rotasjonsleddet lb blir dermed definert av senteraksen til den sylindersymmetriske flaten. Den mest optimale orienteringen av ledd lb er ikke nødvendigvis horisontalt og normalt på skiens lengdeakse, men trolig ganske nærme. Either element A or B has an external cylindrically symmetrical surface and can rotate in relation to a closed, cylindrical cavity in the one main component. Since the other main component is fixed to this element via the unit AB, this main component and AB will rotate together. The rotational joint lb is thus defined by the center axis of the cylindrically symmetrical surface. The most optimal orientation of link lb is not necessarily horizontal and normal to the ski's longitudinal axis, but probably quite close.

Ønsket rotasjonsbevegelse mellom støvel og ski oppnås ved å integrere ett eller flere motstandselementer i en av eller begge hovedkomponentene. Motstand oppstår ved at disse blir deformert når enheten AB roterer. Motstandselementet kan enten bygges inn rundt, gjennom eller utenfor ledd lb, og elementene kan yte enten torsjons-, bøye-, trykk- eller strekk-motstand. Både fjærer (vrifjær, bøyefjær eller spiralfjær) og fleksible materialer kan brukes. Figur 4 viser eksempel på bøyefjær (m) gjennom ledd lb, mens det kan også anvendes et fleksibelt materiale foran ledd lb. I begge løsningene ytes her minst motstand når utslaget i ledd lberO°. The desired rotational movement between boot and ski is achieved by integrating one or more resistance elements into one or both of the main components. Resistance occurs when these are deformed when the unit AB rotates. The resistance element can either be built in around, through or outside joint lb, and the elements can provide either torsional, bending, compressive or tensile resistance. Both springs (torsion spring, bending spring or spiral spring) and flexible materials can be used. Figure 4 shows an example of a bending spring (m) through joint lb, while a flexible material can also be used in front of joint lb. In both solutions, the least resistance is provided here when the deflection in joint lberO°.

Rotasjonsmotstand kan i prinsipp justéres på to måter: Ved å skifte til motstandselementer med annen motstandskarakteristikk, eller ved åjustére forspenningen i motstandselementet. Én eller begge måter kan brukes i systemet. Utforming av mekanismer for å bytte ut eller forspenne vil avhenge av valgt motstandsprinsipp, se forrige avsnitt. Slike mekanismer trenger i prinsippet ikke allokeres til samme hovedkomponent som M. Rotation resistance can in principle be adjusted in two ways: By changing to resistance elements with a different resistance characteristic, or by adjusting the bias in the resistance element. One or both ways can be used in the system. The design of mechanisms for replacing or biasing will depend on the selected resistance principle, see previous section. In principle, such mechanisms do not need to be allocated to the same main component as M.

I tillegg til et rent hengsleledd mellom ski og støvel (heretter kalt 'festet', mens leddaksen blir kalt 'festeaksen' eller Måseaksen') inneholder systemet også et rent hengsleledd mellom framre og bakre del av støvelen. Dette blir heretter bare kalt 'leddet'. Leddet er konstruert ved å støpe inn metallarmering i skall-deler av stiv plast, og nagle dem sammen. In addition to a pure hinge joint between the ski and the boot (hereafter called 'fixed', while the joint axis is called the 'fixing axis' or Måseaksen'), the system also contains a pure hinge joint between the front and rear part of the boot. This is henceforth simply called the 'joint'. The joint is constructed by casting metal reinforcement into shell parts made of rigid plastic, and riveting them together.

For å unngå uønskede deformasjoner i foten er riktig plassering av leddaksen (høyde over fotsåle, lengde bak tå) og orientering i rommet (vinkel mot horisontalakse og normalakse til skien) viktig. I prinsippet bør aksen ligge sammenfallende med aksen til tåleddet, men visse avveininger og forbehold identifiseres diskuteres i det følgende. To avoid unwanted deformations in the foot, the correct position of the joint axis (height above the sole of the foot, length behind the toe) and orientation in space (angle to the horizontal axis and normal axis to the ski) are important. In principle, the axis should coincide with the axis of the toe joint, but certain trade-offs and caveats are identified and discussed in the following.

Plasseringen er selvsagt først og fremst avhengig av fotstørrelse, så den bør plasseres lenger bak og lenger oppe for hvert støvelnummer. Orienteringen av tåledd-aksen varierer imidlertid mer uforutsigbart enn f.eks. aksen i øvre ankelledd fra person til person. Fra innside til utside synes den som regel å være vinklet rundt 10° bakover og noe nedover når man står på hele foten. The placement is of course primarily dependent on foot size, so it should be placed further back and further up for each boot number. However, the orientation of the toe-joint axis varies more unpredictably than e.g. the axis in the upper ankle joint from person to person. From inside to outside, it usually seems to be angled around 10° backwards and slightly downwards when standing on the whole foot.

To faktorer gjør det vanskelig å bestemme en gjennomsnittlig orientering av tåledd-aksen, og dermed leddaksen i støvelen, nøyaktig. For det første er det forenklet å si at tåledd-aksen er én akse, siden den går gjennom alle tærne og omkranses av mange små bein og muskler. Den er dermed dynamisk og forandrer orientering i forholdet til de omkringliggende deler av fotbladet. Aksen kan imidlertid sies å vri seg oppover og noe framover på utsiden i løpet av en typisk bøyebevegelse (i løping betyr en 'typisk bøyebevegelse' at 80 % av kraften går gjennom stortåen). Så en gjennomsnittsakse for denne bevegelsen må uansett velges. Det må dessuten uansett være plass til tærne gjennom hele frasparkbeveglsen, så de aller fineste justéringene i fotens posisjon må fanges opp i en myk innerstøvel. Two factors make it difficult to accurately determine an average orientation of the toe joint axis, and thus the joint axis in the boot. Firstly, it is simplistic to say that the toe-joint axis is one axis, since it runs through all the toes and is encircled by many small bones and muscles. It is thus dynamic and changes orientation in relation to the surrounding parts of the foot blade. However, the axis can be said to twist upwards and slightly forward on the outside during a typical bending motion (in running, a 'typical bending motion' means that 80% of the force goes through the big toe). So an average axis for this movement must be chosen anyway. In any case, there must also be room for the toes throughout the kick-off movement, so the very finest adjustments in the foot's position must be captured in a soft inner boot.

For det andre må også orienteringen av leddet sees i sammenheng med orienteringen av festet, siden den stive framstøvelen er del av begge to. Bevegelsesbanen til skien relativt til bakstøvelen - og dermed de kraftproduserende delene av beinet - vil være en komplisert funksjon av bevegelsene i de to leddene. Secondly, the orientation of the joint must also be seen in connection with the orientation of the attachment, since the rigid front boot is part of both. The movement path of the ski relative to the rear boot - and thus the power-producing parts of the leg - will be a complicated function of the movements in the two joints.

I skøyting vil trolig plassering og orientering av festeaksen ha begrenset betydning, fordi støvelen bare roteres i liten grad mot skien, og da etter at frasparket er utført. I klassisk diagonalgang, derimot, kan vi observere at kneet beskriver en bane som ligger tilnærmet i vertikalplanet gjennom skiaksen, samtidig som skien holdes flatt mot underlaget. Dette tilsier at man ikke skal avvike særlig fra horisontale akser som står normalt på skiens lengdeakse. In skating, the location and orientation of the attachment axis will probably have limited importance, because the boot is only rotated to a small extent towards the ski, and then after the kick-off has been carried out. In classic diagonal walking, on the other hand, we can observe that the knee describes a path that lies approximately in the vertical plane through the axis of the ski, at the same time that the ski is kept flat against the ground. This means that one should not deviate particularly from horizontal axes which are normally on the longitudinal axis of the ski.

Vi har valgt å orientere festeaksen på denne måten, slik det er gjort i dagens løsninger, rett og slett fordi denne orienteringen synes å fungere bra i en myk støvel. Den usikre orienteringen av selve tåledd-aksen gjør det vanskelig å avgjøre om dette vil slå veldig forskjellig ut med en stiv støvel. For å beholde en knebevegelse som beskrevet over har vi derfor også vinklet leddaksen mindre enn det tåledd-aksen indikerer. We have chosen to orient the attachment axis in this way, as is done in today's solutions, simply because this orientation seems to work well in a soft boot. The uncertain orientation of the toe joint axis itself makes it difficult to determine whether this will turn out very differently with a stiff boot. In order to retain a knee movement as described above, we have therefore also angled the joint axis less than what the toe joint axis indicates.

Den viktigste forandringen som er gjort i forhold til dagens systemer er at plasseringen av festeaksen er trukket lenger bak. Dette er en helt nødvendig konsekvens av den stive framstøvelen, fordi den siste kraftavviklingen i frasparket ikke kan skje via en gradvis oppbøying av støvelsålen; hele framstøvelen vil forlate skien samtidig. Det er vanskelig å fastslå når dette skjer, men oppbøyingen vil motvirkes av et moment om festeaksen. Det er hensiktsmessig at foten holder de store kraftoverførings flatene i kontakt lengst mulig, men for at dette ikke skal bli for lenge, har vi trukket festeaksen til skien betraktelig lenger bak enn på dagens systemer. Dermed vil momentet bli mindre, og kraftoverføringsretningen etter påbegynt rotasjon blir gunstigere. The most important change that has been made in relation to current systems is that the location of the attachment axis has been moved further back. This is an absolutely necessary consequence of the rigid forward boot, because the final power dissipation in the kick-off cannot take place via a gradual upward bending of the boot sole; the entire front boot will leave the ski at the same time. It is difficult to determine when this happens, but the deflection will be counteracted by a moment about the attachment axis. It is appropriate for the foot to keep the large power transfer surfaces in contact for as long as possible, but in order to prevent this from taking too long, we have pulled the attachment axis of the ski considerably further back than on current systems. Thus, the torque will be smaller, and the direction of power transmission after rotation has begun will be more favorable.

I tillegg er rotasjonsaksen trukket langt ned, fordi en da vil kunne overføre kraft over et større sylindrisk areal i pasningen mellom framstøvel og ski. In addition, the axis of rotation is drawn far down, because you will then be able to transfer power over a larger cylindrical area in the fit between the front boot and the ski.

Det bakre stive skallet når omtrent opp dit foten begynner å skrå innover. Det vil derfor The rear rigid shell reaches roughly up to where the foot begins to slope inwards. It will therefore

forhindre sidevegs bevegelser. Innenfor dette er et skall i en mykere plast støpt inn. Én hensikt med dette skallet er at det skal gjøre det mulig å ta støvelen på ved å bende skallet ut fra foten, men en stramme- og lukkespenne sørger for at skallet likevel i lukket tilstand utgjør en sluttet, relativt torsjonsstiv form, som presser foten ned i støvelen. Dermed oppstår god støtte rundt prevent lateral movements. Within this, a shell in a softer plastic is molded in. One purpose of this shell is to make it possible to put the boot on by bending the shell out from the foot, but a tensioning and closing buckle ensures that the shell still forms a closed, relatively torsionally rigid shape when closed, which presses the foot down in the boot. This creates good support all around

hele fotbladet. the entire foot.

Det er veldig viktig at skallet gir god, men samtidig fleksibel støtte opp mot ankelkulene. Dette har vi løst ved å avslutte skallet litt nedenfor og legge inn et massivt gummimateriale som former seg rundt ankelleddet nedenfra. Denne støtten er spesielt viktig på utsiden, fordi den, sammen med øvre kant av skallet like foran, gir økende støtte og kontroll for nedre ankelledd når dette roteres utover for å oppnå kanting. It is very important that the shell provides good but at the same time flexible support up to the balls of the ankles. We have solved this by ending the shell a little below and inserting a massive rubber material that forms around the ankle joint from below. This support is particularly important on the outside because, together with the upper edge of the shell just in front, it provides increased support and control for the lower ankle joint when it is rotated outwards to achieve edging.

Gummimaterialet under ankelkulene er del av en kappe som også går bak akillessenen. Kappen er laget litt trang, slik at den må spennes bakover når støvelen skal tas på. Derved er også støtten bakfra sikret. The rubber material under the ankle balls is part of a sheath that also goes behind the Achilles tendon. The cape is made a bit tight, so that it has to be fastened backwards when the boot is to be put on. This also ensures support from behind.

Med all denne stive støtten rundt nedre det av foten og en fullstendig stiv såle har vi muligheten til å gjøre to viktige ting: - støvelen kan bygges høyere enn dagens støvler fordi den overfører skiens dreiemoment til foten og gjør denne i stand til å kontrollere momentet og derved balansere lettere. Fordelen med oppbygging er 1) at det er lettere å komme på kant pga lengre momentarm når kantingen skal utføres, og 2) at fotbladet ikke behøver å roteres så mange grader With all this rigid support around the lower part of the foot and a completely rigid sole, we have the opportunity to do two important things: - the boot can be built higher than today's boots because it transfers the ski's torque to the foot and enables it to control the torque and thereby balancing more easily. The advantage of the build-up is 1) that it is easier to get on edge due to the longer moment arm when edging is to be performed, and 2) that the foot blade does not need to be rotated so many degrees

utover om nedre ankelakse (subtalar) for at kanten skal komme lenger inn under foten. outwards about the lower ankle axis (subtalar) so that the edge will come further under the foot.

- stiv støtte over ankelen kan sløyfes helt. Kun støtte for nedre del av foten, men helt stiv og pålitelig støtte, er bedre enn deformerbar og upålitelig støtte hele veien opp. Vi ser ikke bort fra at en ankelstøtte kan forbedre konseptet ytterligere, men den bør lages og leddes etter samme prinsipp som resten av støvelen: Så stiv at mesteparten av ekstra kraft som den tillater i frasparket, blir overført, og samtidig utformet slik at subtalarbøyingen tillates. Et kombinert hengsle/sleide-ledd kan være en aktuell løsning. - rigid support above the ankle can be omitted completely. Only support for the lower part of the foot, but completely rigid and reliable support, is better than deformable and unreliable support all the way up. We do not ignore that an ankle support can further improve the concept, but it should be made and guided according to the same principle as the rest of the boot: So stiff that most of the extra power it allows in the kick-off is transferred, and at the same time designed so that the subtalar flexion is allowed . A combined hinge/slide joint can be a current solution.

Støvelen må ha en myk innside av to grunner: The boot must have a soft inside for two reasons:

- på mikronivå kan optimal trykkfordeling i alle posisjonene som foten inntar hverken oppnås ved perfekt formtilpasning eller mekanismer. Et materiale som gir etter for små bevegelser og fordeler er hensiktsmessig. Det stive skallet må utformes slik at det stopper - on a micro level, optimal pressure distribution in all the positions that the foot occupies cannot be achieved either by perfect fit or mechanisms. A material that yields to small movements and benefits is appropriate. The rigid shell must be designed so that it stops

disse bevegelsene i hensiktsmessige ytterstillinger. these movements in appropriate extreme positions.

- langrenn er en vinteridrett som utøves i temperaturer ned mot minus 20, samtidig som de fleste konkurransene foregår over lang tid og med en aktiv bruk av fotbladet som forutsetter god blodsirkulasjon. Et stivt skall alene vil aldri kunne tilby dette. Det kan derfor være aktuelt å overdimensjonere tykkelsen på trykkfordelingslaget pga gevinsten en varmere fot gir. - cross-country skiing is a winter sport that is practiced in temperatures down to minus 20, at the same time that most competitions take place over a long period of time and with an active use of the foot, which requires good blood circulation. A rigid shell alone will never be able to offer this. It may therefore be appropriate to oversize the thickness of the pressure distribution layer due to the benefit a warmer foot provides.

Et stivt støvelskall har én ulempe i forhold til en fleksibel støvel: Innvendige mål må dimensjoneres etter de største fotmålene blant brukere med samme støvelnummer. Pass formen blir derfor i utgangspunktet dårligere for mange. En optimal innerstøvelløsning ville være formstøping med et skum-materiale, som i alpint. Et enklere, men godt alternativ som er benyttet i denne prototypen, er å bruke en standard innerstøvel i tykk, varmende neopren, og en individuelt tilpasset såle i et hardere materiale som sikrer optimal tilpasning og stabilitet under hele fotsålen. A rigid boot shell has one disadvantage compared to a flexible boot: Internal measurements must be sized according to the largest foot measurements among users with the same boot number. The pass form therefore basically becomes worse for many. An optimal inner boot solution would be molding with a foam material, as in alpine. A simpler but good alternative used in this prototype is to use a standard inner boot in thick, warming neoprene, and an individually adapted sole in a harder material that ensures optimal adaptation and stability under the entire sole of the foot.

Vi har valgt å la innerstøvelen nå over ankelen, dels pga av varme-effekten, men også fordi stoffet i den gir et bidrag til informasjon om orienteringen til leggen. Vinkles f.eks. fotbladet utover, vil et lett trykk kjennes mot utsiden av nedre del av leggen. Dette vil hjernen automatisk nyttiggjøre seg til å fin-regulere fotstillingen. We have chosen to let the inner boot reach above the ankle, partly because of the heat effect, but also because the material in it contributes to information about the orientation of the calf. Angled e.g. foot blade outwards, a slight pressure will be felt on the outside of the lower part of the calf. The brain will automatically use this to fine-tune the foot position.

Vår sidevegs stive støvel vil gi momentkrefter på innfestingen til skien som er mange ganger så store som i dagens løsninger, fordi ingen krefter går bort i langsgående deformasjon av støvelsålen når hælen presses ut til siden. Et grunnprinsipp i utformingen av bindingsdelen har derfor vært å konsekvent velge løsninger og dimensjoner som er sterkere enn i dagens bindinger for å overføre de økte kreftene videre til skien. Følgende punkter viser grepene som er gjort. Our laterally rigid boot will provide torque forces on the attachment to the ski that are many times as large as in today's solutions, because no forces are lost in longitudinal deformation of the boot sole when the heel is pushed out to the side. A basic principle in the design of the binding part has therefore been to consistently choose solutions and dimensions that are stronger than in today's bindings in order to transfer the increased forces on to the ski. The following points show the actions taken.

Diameteren til roterende element er firedoblet i forhold til dagens løsninger, dvs. økt til 20 The diameter of the rotating element is quadrupled compared to current solutions, i.e. increased to 20

mm. På sidene har bindingen store vertikale pasningsflater mot støvelen på tvers av rotasjonsaksen, se skravert område i figur 5. Den store diameteren gjør at kreftene mellom roterende element og stasjonær del får en lang momentarm og blir fordelt og overført over en stor sylindrisk flate, og kreftene mellom binding og støvel vil bli fordelt over de store vertikale sideflatene. Derved unngås store punktkrefter som gir mulig deformasjon. - Det prinsippielt nye i vår løsning er funksjonsallokeringen Vi lar ikke begge låsende elementer være del av rotasjonsmekanismen og ha kontaktflater som roterer mot hverandre. Vi har valgt løsningen øverst til venstre på figur 2. Vi oppnår da at det ikke oppstår krefter som motarbeider låsekraften under bruk. Begge de roterende pasningsflatene har en sluttet, permanent sylindrisk form, og det virker bare momentkrefter mellom dem. Se figur 5. etc. On the sides, the binding has large vertical fitting surfaces against the boot across the axis of rotation, see shaded area in Figure 5. The large diameter means that the forces between the rotating element and the stationary part get a long moment arm and are distributed and transmitted over a large cylindrical surface, and the forces between binding and boot will be distributed over the large vertical side surfaces. This avoids large point forces that cause possible deformation. - What is fundamentally new in our solution is the function allocation. We do not allow both locking elements to be part of the rotation mechanism and have contact surfaces that rotate against each other. We have chosen the solution at the top left of Figure 2. We then achieve that no forces arise that counteract the locking force during use. Both rotating mating surfaces have a closed, permanent cylindrical shape, and only torque forces act between them. See Figure 5.

Claims

1. Ski boot consisting of a front foot part (2) and a rear foot part (3) which are interconnected about an axis (2b) which is approximately coincident with the base joint of the foot in the big toe when the foot is placed in the boot, characterized in that the toe part under the the front boot part (2) is designed for articulated connection with the ski (1) about an essentially horizontal axis (lb) approximately normal to the boot's longitudinal direction.

2. Ski boot according to claim 1, characterized in that the elements about the axis of rotation (lb) in joint connection with the ski (1), during use, rotate about surfaces which are both located in the binding.

3. Ski boot according to claim 1, characterized in that the elements in the axis of rotation (lb) in the joint connection with the ski (lb), during use, rotate about surfaces which are both located in the boot.

4. Ski boot according to claim 1, characterized in that the horizontal axis (lb) is located in the area between the front edge of the boot and the axis (2b).