Sicherheitsskibindung mit automatischer Auslösekraftsteuerung

Abstract

 Die Skibindung weist vorne und hinten je einen minde­stens um die z-Achse schwenkbaren Backen auf. Die beiden Backen sind mit einem Steuerorgan (5) verbunden. Bei be­kannter Elastizität der beiden Backen kann das Steueror­gan aufgrund seiner Bewegung (Rotation/Translation) feststellen, ob es sich bei der äusseren Belastung um reine Torsion (nur Rotation) oder um Querkrafttorsion (Rotation mit Translation) handelt. Bei Vorliegens von Querkrafttorsion verschiebt die entstehende Translation (e) des Steuerorgans (5) ein Übertragungsglied derart, dass die Auslösekraft gesteuert wird.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Si­cherheitsskibindung mit automatischer Auslösekraftsteu­erung, welche in der Lage ist, reine Torsion von Quer­krafttorsion zu unterscheiden und die Öffnungscharak­teristik entsprechend zu steuern.

[0002] Der Stand der Technik macht diese Unterschei­dung nicht, wie anhand einiger Beispiele im Folgenden erläutert wird. Das Patent DE 2324078 unterscheidet die Stelle an der die Störkraft angreift nicht und weist da­durch den Nachteil auf, dass es reine Torsion von Quer­krafttorsion nicht unterscheiden kann. Das Patent US-­4,192,527 stellt sich die Aufgabe, den Widerstand gegen Seitenkräfte zu erhöhen und den Widerstand gegen ein reines Moment zu verkleinern. Dieses Patent vernachläs­sigt den Umstand, dass reine Torsion als äussere Bela­stung praktisch nicht auftritt und weist ferner den Nachteil auf, dass auch kleine Seitenkräfte in genügend grossem Abstand zu grossen Torsionsmomenten führen kön­nen, für welche es bezüglich der Seitenkraft einen gros­sen Widerstand und bezüglich des Torsionsmomentes einen kleinen Widerstand vorsieht, was eindeutig einen Wider­spruch darstellt. Die Patente FR-2.228.507 und CH-­16404-73 gehen noch weiter und verfolgen die Aufgabe, dass die Skibindung bei Seitenkräften möglichst zubleibt und nur bei Kräftepaaren respektive Torsionskräften öff­net. Diese Bindungen weisen den Nachteil auf, dass sie nur Seitenkräfte und reine Torsion kennen und den Fall der Querkrafttorsion, nämlich eine in einem gewissen Abstand wirkende Seitenkraft und dadurch im Bereiche des Schuhes entstehende Torsion nicht berücksichtigen.

[0003] Theoretisch ist es zwar nicht möglich zu unterscheiden, ob die Kraft auf eine Skibindung vom Skischuh oder vom Ski herrührt, da das Prinzip von NEWTON (Aktion = Reaktion) nicht verletzt werden darf. Doch in der Praxis lassen sich die Lasten auf eine Ski­bindung wie sie der Skifahrer erzeugen kann (aktiv) von den Lasten auf eine Skibindung, wie sie in einem Sturz auftreten (passiv) unterscheiden.

[0004] Hierfür wird angenommen, dass ein Skifahrer in der x-y-Ebene (Fig. 1) grundsätzlich nur Drehmomente (M_z) erzeugen kann (Fig. 2). Zwar kann der Skifahrer zum Beispiel mit Hilfe des Skistockes Seitenkräfte (y-Rich­tung) erzeugen, doch kann deren Grössenordnung für die vorliegende Betrachtung vernachlässigt werden. Anderer­seits handelt es sich bei den Belastungen infolge eines Sturzes um Kräfte, die vom Ski via Bindung auf den Ski­fahrer wirken, wonach reine Drehmomente (Torsion) prak­tisch nicht auftreten können. Vielmehr handelt es sich bei Sturzbelastungen meistens um Einzelkräfte, welche irgendwo am Ski angreifen. Greifen diese Kräfte in der y-Richtung genügend weit weg vom Skischuh an, so erzeu­gen diese ebenfalls Torsion, aber immer in Kombination mit einer Querkraft (Fig. 3).

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Skibindung zur Verfügung zu stellen, die imstande ist, reine Torsionsbelastung um die z-Achse (aktive Fahrbelastung) von Querkrafttorsion entlang der y- beziehungsweise um die z-Achse (passive Sturzbela­stung) zu unterscheiden.

[0006] Eine weitere Aufgabe besteht darin, dass zu­sätzlich das Auslösemoment (-M_y) der Skibindung entspre­chend des gleichzeitigen Vorhandenseins einer Längskraft (P_x) gesteuert wird.

[0007] Die Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich er­findungsgemäss dadurch aus, dass der vordere und hintere Backen der Skibindung mit einem Steuerorgan miteinander verbunden sind, derart, dass das Steuerorgan jederzeit feststellen kann, ob ein bestimmter Lastfall reine Tor­sion oder Querkrafttorsion darstellt und die Auslöse­kraft entsprechend steuern kann.

[0008] Da Translationskräfte an der Tibia nach vorne eine Gefährdung des vorderen Kreuzbandes (VKB) (vordere Schublade) darstellen, kann das VKB, allein durch Be­grenzung des zulässigen Momentes (-M_y) nicht geschützt werden, denn das Knie kann, im Sinne aktiver Fahrbela­stung (Fig. 9a und b), beträchtliche Momente um die y-­Achse (Fig. 1) auch ohne Gefährdnung des VKB übertragen, weshalb die Auslösung durch das Vorhandensein einer Längskraft (P_x) gesteuert werden muss. Solche Längskräf­te können zum Beispiel passiv bei einem Sturz mit Lan­dung auf dem Skiende (Fig. 10a bis c) entstehen.

[0009] Gegenstand der Erfindung ist demzufolge die im Patentanspruch 1 definierte Skibindung.

[0010] Im Folgenden wird anhand von Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 das Koordinatensystem,

Fig. 2, 3a und 3b die Kräfte und Reaktionen am Ski,

Fig. 4 und 5 ein Ausführungsbeispiel eines ersten Steuerorgans,

Fig. 6, 7 und 8 ein Ausführungsbeispiel eines Übertra­gungsgliedes mit einem Auslösemechanismus,

Fig. 9a, 9b, 10a, 10b und 10c die Kräfte und Reaktionen am Ski,

Fig. 11a und 11b ein Ausführungsbeispiel einer Federele­ment-Sohlen-Kombination,

Fig. 12 einen Vorderbacken in ausgelöster Stellung und

Fig. 13 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Vorder­backens.

[0011] Fig. 1 zeigt die Definition des skifesten (1) orthogonalen Koordinatensystems, in welchem die positive x-Achse in Skirichtung nach vorne, die positive y-Achse zur Seite und die positive z-Achse nach oben zeigen.

[0012] Fig. 2 zeigt typische Reaktionen am Ort eines vorderen (P_v) und hinteren (P_h) Backens einer Sicher­heitsskibindung, wenn vom Skifahrer ein Torsionsmoment (M_z) aufgebracht wird.

[0013] Fig. 3a zeigt die typische Reaktion am Ort der Sicherheitsskibindung wenn eine Einzelkraft (Q) zum Beispiel am Skispitz seitlich (y-Richtung) angreift. In Fig. 3b ist die besagte Reaktion, bestehend aus einem Torsionsmoment M_z und einer Querkraft Q, in die am vor­deren (Pv) und hinteren (P_h) Backen wirkenden Reaktions­kräfte aufgeteilt. Aus diesen Skizzen geht hervor, dass im Falle des äusseren Torsionsmomentes (Fig. 2) die Re­aktionen P_v und P_h gleich gross sind und dass im Falle der äusseren Querkraft (Fig. 3b) die Reaktionen Pv und Ph unterschiedlich gross sind.

[0014] Fig. 4 zeigt einen vorderen Sicherheitsbacken (2) mit dem Drehpunkt (2a) und einem Nocken (2b) zum Mitnehmen des Steuerorgans (5). Entsprechend stellt sich der hintere Sicherheitsbacken (3) mit Drehpunkt (3a) und Nocken (3b) dar. Weisen die beiden Backen gleiche Elastizitäten auf, das heisst, unterliegen sie bei gleichen Kräften (P) gleichen Auslenkungen (δ₂ = δ₃), so verbleibt der Mittelpunkt (4) des Steuerorgans (5) bei reiner Torsionsbelastung auf der Skiachse.

[0015] Handelt es sich hingegen um Querkrafttorsion (Fig. 5), so sind die Auslenkungen infolge ungleichen Kräften (P) nicht mehr gleich (δ₂ ≠ δ₃) und es entsteht zwischen dem Mittelpunkt (4) des Steuerorgans (5) und der Skiachse eine seitliche Auslenkung (e).

[0016] Gemäss Fig. 6 wird diese seitliche Auslenkung (e) dazu benützt, ein Übertragungsglied (6) zu verschie­ben (s), so dass gemäss Fig. 7 die Vorspannung in der vorderen Feder (7a) erhöht und in der hinteren Feder (7b) vermindert wird. Hierzu wird das Übertragungsglied (6) mit Hilfe von Rollen (8) umgelenkt. Für einen gleichmässigen Zug am Federteller (10) wird das Übertra­gungsglied (6) in einem Punkt (9) geteilt und doppelt geführt (Fig. 8).

[0017] Fig. 9a und 9b zeigen, wie ein Moment -M_y vom Skifahrer zum Beispiel mit Rücklage erzeugt werden kann, ohne gleichzeitiges Vorhandensein einer Längskraft (ak­tive Fahrbelastung), bei welchem die Bindung nicht öff­nen soll (Vermeidung von Frühöffnung). Mit zunehmender Hangneigung entstehen zwar auch Längskraftkomponenten, welche aber von ihrer Grössenordnung her vernachlässig­bar sind und deshalb hier nicht eingezeichnet wurden.

[0018] Fig. 10a bis 10c zeigen, was passieren kann, wenn ein Skifahrer bei einem Sturz (Zustand von Un­gleichgewicht) auf dem Skiende landet (passive Sturzbe­lastung). Je nach Reibungsverhältnissen und formschlüs­sigem Widerstand entsteht am Skiende eine von der Hang­senkrechten mehr oder weniger abgeneigte Kraft, welche im skifesten Bezugssystem in eine Längs- (P_x) und eine Vertikalkraft (P_z) zerlegt werden kann. Diese Längskraft (P_x) erzeugt am Knie eine Translationskraft (-P_x), wel­che zum Beispiel für das vordere Kreuzband (VKB) gefähr­dend sein kann (Fig. 10b).

[0019] Fig. 11a und 11b zeigen den Skischuh in der Skibindung ohne äussere Belastung. Die Federn (15, 16) sind vorgespannt und befinden sich gegenseitig im Gleichgewicht. Wirkt nun eine Längskraft von hinten (P_x) auf den Ski, verschiebt (δ) sich der Skischuh (12) nach hinten (-x), wodurch die Feder (16) des hinteren Backens (14) belastet und die Feder (15) des vorderen Backens (13) entlastet wird, womit die Auslösung für ein Moment -M_y früher erfolgt, d.h. die Auslösekraft vermindert wird.

[0020] Fig. 12 zeigt den Vorderbacken in geöffnetem Zustand nach Auslösung infolge eines Momentes -M_y.

[0021] Für die mechanische Lösung der allgemeinen Aufgabe ist eine gewisse Auslenkung in seitlicher Rich­tung erforderlich, und zwar sowohl am vorderen wie auch am hinteren Backen, um je nach Federkonstante die wir­kende Kraft zu ermitteln. Ein gleichzeitiges Auslenken des vorderen und hinteren Backens hat dabei den Vorteil, dass der totale Verdrehwinkel zwischen dem Skischuh und dem Ski vergrössert wird, womit die Zeit zwischen dem Eintreten der Belastung bis zum Erreichen der Auslöse­grenze erhöht werden kann, was hinsichtlich der Reflex­zeiten (Propriozeptivität) des Skifahrers von grossem Vorteil ist.

[0022] Die im Anspruch 5 definierte spezielle Aus­führungsform bewirkt nebst dem Schutz des VKB bei einem Rückwärtssturz auch, dass zusätzlich die untere Extremi­tät des Skifahrers bei einem Vorwärtssturz geschützt wird. Steckt der Skifahrer mit seinem Skispitz ein, so vermindert die entstehende Längskraft von vorne (-P_x) das Auslösemoment (M_y) am hinteren Backen und erleich­tert dadurch das Freiwerden des Skifahrers nach vorne.

[0023] Das Halten des Skischuhs (12) mit je einem hinten und vorne an der Sohle (12a) angebrachten Feder­element (15, 16) hat ferner den Vorteil, die Elastizität des Skis bei starker Durchbiegung nur geringfügig zu beeinflussen.

[0024] Zur Vermeidung möglicher Probleme (ungenügen­de Länge) bei der Verwendung von Norm-Sohlen (12), kön­nen die Flügel (13a, 14a) der Vorder- und Hinterbacken (13, 14) auch auf den Kolben (15a, 16a) montiert und da­durch mitbewegt werden.

[0025] Die Teilaufgabe kann auch mit einem hinteren Backen bekannter Art gelöst werden, wenn dieser bei ei­ner auf ihn wirkenden Kraft von vorne (-P_x) nach hinten (-x) geschoben wird. Nach Abstimmung der Federkonstante in Längsrichtung bezüglich des Vorderbackens (17) kann die Verschiebbarkeit der Skischuhsohle (12a) derart ge­steuert werden, dass mit und ohne Längskräfte verschie­dene Auflagepunkte der Skischuhsohle auf den Vorder­backen bestehen (Fig. 13). Ein Verschieben der Skischuh­sohle (12a) nach hinten (Δ1) vergrössert in der Folge den Hebelarm (1₂ > 1₁) am Vorderbacken (17) um die Drehachse (y) derart, dass zur Erzielung des gleichen Auslösemomentes (M_y) eine kleinere Aufwärtskraft (P_z) ausreicht, was der gewünschten Verminderung des Auslöse­momentes gleich kommt.

[0026] Ein solcher Vorderbacken (17) nach Fig. 13 kann selbstverständlich auch mit einem Hinterbacken (16) nach Fig. 11 kombiniert werden.

[0027] Nebst der Lösung mit einem mechanischen Steu­erorgan, kann die Aufgabe auch elektronisch gelöst wer­den. Elektronische Bindungen besitzen im allgemeinen Kraftaufnehmer an vorderen und hinteren Backen in die interessierenden Richtungen, so dass davon ausgegangen werden kann, dass für die Kräfte P_v und P_h, P_x und -P_x sowie für die Momente M_y und -M_y entsprechende Aufnehmer vorhanden sind. Der zur Auslösung für die allgemeine Aufgabe (Fig. 2 und 3) verantwortliche Prozessor wird wie folgt programmiert:
Bei P_v = P_h bleibt die Auslösekraft unverändert. Bei P_v = P_h wird die Auslösekraft vermindert. Der Verminde­rungsfaktor K kann hierbei wie folgt bestimmt werden:
Bei P_v > P_h ist K≈ P_v/P_h und bei P_v < P_h ist K≈ P_h/P_v.

[0028] Der zur Auslösung für die Teilaufgabe (Fig. 9 und 10) verantwortliche Prozessor wird wie folgt pro­grammiert: Bei P_x = 0 oder -P_x = 0 (oder sehr klein) bleibt das Auslösemoment (M_y, -M_y) unverändert. Wird P_x oder -P_x gross, so wird das Auslösemoment (M_y, -M_y) vermindert.

Ansprüche

1. Skibindung enthaltend zwei mindestens um je eine Achse senkrecht zur Skieebene (z) zur Auslösung schwenkbare Sicherheitsbacken (2,3), für die auslösbare Verbindung mit einem Skischuh oder eine den Skischuh tra­gende Platte, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Backen mit einem ersten Steuerorgan (5) zur Erfassung der seitlichen Auslenkung miteinander verbunden sind, wobei zwischen dem Steuerorgan (5) und einem Backen ein Ueber­tragungsglied (6) zur Steuerung der Auslösekraft des Backens angeordnet ist.

2. Skibindung nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, dass das erste Steuerorgan (5) ein mecha­nisches Steuerorgan, wie ein Gestänge oder eine Platte ist.

3. Skibindung nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, dass das Übertragungsglied (6) ein mecha­nisches Uebertragungsglied, wie ein Seil oder ein Gestänge ist.

4. Skibindung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsglied (6) mit dem Auslösemechanismus des vorderen und/oder hinteren Backens verbunden ist, welche auf solche Weise zusammen­wirken, dass die Auslösekraft zur Freigabe des Skischuhs beim Vorliegen einer Querkrafttorsion vermindert wird.

5. Skibindung nach einem der Ansprüche 1 - 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Backen (13, 14) zusätz­lich um mindestens eine Achse (y) in der Skiebene und senkrecht zur Skilängsachse zur Auslösung schwenkbar sind, wobei je ein Federelement (15, 16) im vorderen und hinte­ren Backen angeordnet ist, welche dazu bestimmt sind den Skischuh (2) in Skilängsrichtung (x) durch eine gleiche Federkraft von vorn und hinten fest zu halten, wobei die Federelemente durch ein zweites Steuerorgan verbunden sind, derart, dass wenn beim Auftreten einer Längskraft in Skirichtung (Px) auf den Skischuh die Federkräfte, die vorn und hinten auf den Skischuh ausgeübt werden, ver­schieden werden, die Auslösekraft, die am vorderen und/­oder hinteren Backen für ein Auslösemoment (My) um die Achse (y) in der Skiebene und senkrecht zur Skilängsachse auf den Skischuh ausgeübt wird, in Abhängigkeit vom Unter­schied der beiden Federkräfte gesteuert wird.

6. Skibindung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ganze Bindung in­nerhalb des Skischuhsohlengrundrisses befindet.

7. Skibindung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ganze Bindung aus­serhalb des Skischuhsohlengrundrisses befindet.

8. Skibindung nach einem der Ansprüche 5 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuerorgan derart ausgebildet ist, dass es eine Verminderung des Auslösemo­mentes (-My) am vorderen Backen bewirkt, wenn auf den Ski eine Längskraft in Skirichtung nach vorne (Px) ausgeübt wird.

9. Skibindung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie für die Erfassung der Seitenkräfte oder deren Auslenkung und/oder von Längs­ kräften mindestens einen Sensor und für die Steuerung der Auslösung mindestens einen Aktuator aufweist, wobei als Steuerorgane und/oder Uebertragungsglieder zwischen Sensoren und Aktuatoren elektronische Uebertragungsmittel für die Uebertragung der Signale vorhanden sind.

10. Skibindung nach einem der Ansprüche 5 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuerorgan eine für den Skischuh bestimmte Tragplatte oder die Sohle des in die Bindung eingesetzten Skischuhs ist.

Zeichnung