Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsbindung mit elektronischer Auswerteeinheit zum Halten einer Person oder eines Gegenstandes auf einem weiteren Gegenstand. Dies ist immer dann erforderlich, wenn eine Person oder ein Gegenstand im Normalfall fest mit dem weiteren Gegenstand verbunden sein muss, es aus Sicherheitsgründen jedoch notwendig ist, diese Verbindung in bestimmten Situationen zu lösen. Überschreitet, z.B. beim Skifahren, die vom Schuh auf die Bindung wirkende Kraft einen eingestellten Grenzwert so wird die Verbindung zwischen Schuh und Bindung gelöst.

Solche Bindungssysteme sind aus dem Ski- und Snowboardsport bekannt. Bei bekannten Systemen besteht jedoch nicht die Möglichkeit aufgrund eines Ereignisses zwei oder mehr Bindungen zu öffnen. Der hier gewählte Aufbau ermöglicht aufgrund seiner Eigenschaften ein gezieltes Öffnen mehrerer Bindungen.
Bei bisher bekannten Sicherheitsbindungssystemen mit elektronischer Auswerteeinheit z.B. WO 93/03803 erfolgt die Freigabe des Schuhs aus der Bindung durch elektromotorische Öffnung des Fersenautomaten bei Überschreiten der maximal zulässigen Momente M_z bzw. M_y. Ziel der WO 93/03803 ist es, die Auslösecharakteristik unabhängig von auf die Auslösemechanik wirkenden Beschleunigungskräften zu machen.
Bei gebräuchlichen rein mechanischen Bindungssystemen erfolgt die Freigabe des Schuhs aus der Bindung am Vorderbacken durch eine Rotationsbewegung, am Fersenautomaten durch eine Kipp-, Klapp-, Schwenk- oder Drehbewegung. Das Auslösemoment wird hier durch Federkräfte eingestellt. Die Auslösung dieser Sicherheitsbindungssysteme erfolgt nur bei Überschreiten des eingestellten Grenzwerts, nicht jedoch bei längerem Einwirken einer mitunter bereits gesundheitsgefährdenden Kraft unterhalb des Grenzwerts. In der Offenlegungsschrift DE19822953A1 wird bereits eine Anpassung der Auslösekraft in Abhängigkeit unterschiedlicher Parameter der Fahrweise beschrieben. Diese Anpassung erfolgt auf mechanischem Weg.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde den Schutz des Benutzers der Bindung zu verbessern, sowie Relativbewegungen des zu haltenden Gegenstandes in der Bindung zu minimieren. Desweiteren soll die Stromaufnahme bisher bekannter elektromechanischer Bindungssystem weiter reduziert werden. Grundsätzlich soll die Zuverlässigkeit durch eine einfachere mechanische Konstruktion erhöht werden. Darüber hinaus soll es möglich sein, mehrere Sicherheitsbindungen zu Sicherheitsbindungsgruppen zusammenzufassen.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich ihres Anordnungsaspektes durch eine Sicherheitsbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Sicherheitsbindungsgruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.

Um diese Aufgabe erfindungsgemäß zu lösen wird mittels Sensoren, z.B. Halbleiterdehnmessstreifen, die über den zu haltenden Gegenstand, z.B. einen Schuh, in die Bindungseinheit eingeleitete Kraft und darüber hinaus auch die Beschleunigung z.B. mittels Halbleiter G-Sensoren, erfasst. Diese Signale werden durch eine in diesem Anwendungsbereich neuartige Methode verarbeitet und bewertet. Die Sensorsignale werden aufbereitet und einer digitalen Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt. Im Gegensatz zu bisher bekannten elektronischen Bindungssystemen z.B. WO 93/03803, bei denen lediglich eine Auswertung von Sensorsignalen bezüglich der eingeleiteten absoluten Kräfte bzw. Beschleunigungen beschrieben wird, werden hier erfindungsgemäß die Signale mittels verschiedener Auswertealgorithmen bewertet. Die Bewertung erfolgt anhand voreingestellter

Parameter, die z.B. bei Skibindungen fahrdynamisch angepasst werden d.h. es entstehen fahrsituationsabhängige Auslösegrenzwerte.

Die DE19822953A1 beschreibt eine Skibindung mit fahrsituationsabhängiger Anpassung der Auslösekräfte durch eine mechanische Vorrichtung. Diese Verstellung beruht auf der Annahme, dass der Sportler im typischen Fahrbetrieb eine Vorlagehaltung einnimmt und somit die Bindung höhere Auslösegrenzwerte hat. Bei untypischen Fahrsituationen, öffnet die Bindung dagegen leichter. Diese Lösung berücksichtigt nicht, die tatsächliche Fahrdynamik, d.h. bereits im Stand kann eine Vorlage des Sportlers vorliegen und somit nicht der gewünschte niedrigere Auslösgrenzwert wirken. Selbst in typischen Fahrsituationen kommt es zu Lastwechseln an der Bindung, so dass selbst bei sportiver Fahrweise ein reduzierter Auslösegrenzwert zu einem ungewollten Auslösen der Bindung führen kann z.B. durch Bodenunebenheiten. Im Gegensatz dazu dient bei der erfindungsgemäßen Lösung die Auswertung der Sensorsignale dazu ein exaktes Bild von der jeweiligen Fahrsituation zu zeichnen. Es werden nicht nur zeitdiskrete einzelne Werte der Sensorsignale in Betracht gezogen, sondern auch gemittelte Werte, bzw. Wertefolgen über ein bestimmtes Zeitintervall betrachtet. Diese Werte bzw. Wertefolgen dienen zur Berechnung der verschiedenen zu bewertenden Größen. Zu jeder dieser zu bewertenden Größen wird ein max. zulässiger Grenzwert bestimmt und in ein geeignetes Speichermedium z.B. ein EEPROM parametriert. Diese max. zulässigen Grenzwerte werden fahrsituationsabhängig nach unten angepasst. Diese Anpassung erfolgt selbstverständlich automatisch anhand der Verfahren der Regelungstechnik. Dadurch wird ein stark verbesserter Schutz des Sportlers erreicht. Ein weiterer ökonomischer Vorteil besteht darin, dass ein einziges Bindungsmodell alle Skifahrertypen Typ1-Typ3 und Typ3a gemäß DIN ISO 8061 erfasst. Ein weiterer erfindsgemäßer Vorteil besteht darin, dass nahezu beliebige externe Einflüsse gezielt das Auslöseverhalten der Bindung verändern können. So kann z.B. bei einer Fahrradbindung die Drehfrequenz der Pedale die Auslösegrenzwerte der Pedale beeinflussen.

Eine Reduktion der Energieaufnahme wird erfindungsgemäß erreicht durch eine zyklische Zu- und Abschaltung der Sensoren. Durch eine ausreichend hohe Abfragefrequenz ist eine sichere Funktion gewährleistet. Eine weitere Energiereduktion erfolgt erfindungsgemäß durch ein konstruktives Element, welches beispielsweise durch tordieren dieses Elements potentielle Energie speichert. Die Aufbringung der Energie erfolgt automatisch bei der Herstellung des Betriebszustandes der Bindung. Dieses Element dient gleichzeitig zur mechanischen Entkopplung der auf den Auslösemechanismus wirkenden Kräfte und Beschleunigungen. Extern auf die Bindung wirkende Kräfte haben dadurch keinen Einfluss auf die Auslösecharakteristik der Mechanik. Durch die oben genannten Energieeinsparmaßnahmen ergibt sich der Vorteil, dass die Verfügbarkeitsdauer der verwendeten Energiespeicher, beispielsweise Li-Ion Akkumulatoren, erhöht wird. Zum Laden der Akkumulatoren können die Batteriefächer einfach abgenommen werden und an ein Ladegerät angeschlossen werden.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass sowohl vordere als auch hintere Haltevorrichtung mit einem eigenen Auslöseelement ausgelöst wird. Die Auslösung erfolgt aufgrund eines Ereignisses generell an vorderer und hinterer Haltevorrichtung. Der Vorteil besteht darin, dass eine Redundanz des Auslösemechanismus gegeben ist. Trotz dieser erzielten Vorteile ergibt sich eine sehr einfache mechanische Konstruktion des Gesamtsystems. Dies führt zu einem kostenoptimierten Produkt.

Ein gleichzeitiges Öffnen mehrerer gekoppelter Sicherheitsbindungen (Sicherheitsbindungsgruppe) durch ein Auslöseereignis an einer Bindung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwei oder mehrere Bindungseinheiten durch einen Kommunikationsbus verbunden sind. Beispielsweise kann bei einer Snowboardbindung eine Grenzwertüberschreitung an der Haltevorrichtung für den rechten Fuß die Auslösung der rechten und linken Haltevorrichtung bewirken.

Bei der in DE19822953A1 beschriebenen Art der Befestigung findet stets eine unerwünschte Relativbewegung des Schuhs zur Bindung durch dynamische Fahrbelastungen statt. Die Relativbewegung beispielsweise eines Schuhs in der Bindung wird erfindungsgemäß dadurch ausgeschlossen, dass die Schuhhaltevorrichtungen im Betriebsmodus kraft- und formschlüssig mit dem Schuh verbunden sind. Die Schuhhaltevorrichtungen sind im Betriebsmodus an einem zentralen fixierten Bauteil der Bindung formschlüssig verankert. Im Auslösemodus wird diese Verbindung gelöst, dadurch erfolgt eine vollständige Freigabe des Schuhs aus der Bindung. Der hier gefundene Aufbau der Bindung bietet auch bei Fahrsituationen größter dynamischer Belastungen eine absolut starre Fixierung des Schuhs in der Bindung. Dies garantiert dem Sportler eine stets definierte Position auf dem Sportgerät und somit größtmögliche Kontrolle über das selbe.

Bei bisher bekannten und gebräuchlichen Bindungssystemen, stehen dem Benutzer keine Hilfskräfte zur Verfügung, die die Bindung im Auslösefall aktiv öffnen. Dies wird hier erfindungsgemäß gelöst durch vier Federelemente je Bindungseinheit, welche im Auslösefall die in Ihnen gespeicherte Energie freigeben und die Bindung aktiv translatorisch öffnen. Darüberhinaus ist die Gesamtkonstruktion so gewählt, dass beispielsweise die beim Sturz eines Skifahrers auftretende kinetische Energie zur Unterstützung der translatorischen Öffnung der Bindung beiträgt.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Insbesondere zeigen Figuren 1-5 in schematischer Form eine Anordnung, bei der das erfinderische Prinzip der Sicherheitsbindung auf eine Skibindung angewandt wurde.
Dabei zeigen im Detail:

• Fig.1: Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bindung.
• Fig.2: Draufsicht einer erfindungsgemäßen Bindung unter Weglassung von Batteriefach, vorderer Haltevorrichtung und hinterer Haltevorrichtung.
• Fig.3: Vergrößerte Detailzeichnungen aus Fig. 1 und Fig.2
• Fig.4: schematische Darstellung der Elemente der vorderen Bindungseinheit in verschiedenen Ansichten.
• Fig.5: schematische Darstellung der Elemente der hinteren Bindungseinheit in verschiedenen Ansichten.
• Fig.6: Diagramme zur näheren Erläuterung der Auswertealgorithmen.
• Fig.7: Blockdiagramm der elektronischen Auswerteeinheit.

Die Bindung besteht im Wesentlichen aus folgenden Einzelteilen.

• Zentralblock   Pos.1
• Auswerteeinheit   Pos.1'
• Riegelzapfen   Pos.2
• Führungsschienen   Pos.3
• Vorderer Fixklotz   Pos.4
• Hinterer Fixklotz   Pos.4'
• Haltestift   Pos.5
• Vordere Führungsplatte   Pos.6
• Hintere Führungsplatte   Pos.6'
• Vorderer Torsionsstab mit Sensoraufnehmer   Pos.7
• Hinterer Torsionsstab mit Längenverstellung   Pos.7'
• Hinterer Sensoraufnehmer   Pos.7"
• Sensor   Pos.7"'
• Vordere Haltevorrichtung   Pos.8
• Batteriefach   Pos.9
• Feder   Pos.10
• Führungshülse   Pos.11
• Schablone   Pos.12
• Gegenlager   Pos.13
• Haken   Pos.14
• Hintere Haltevorrichtung   Pos.15
• Riegel   Pos.16
• Scharnier   Pos.17
• Verschlussplatte   Pos.18
• Aretierfeder   Pos.19
• Führungsstift   Pos.22
• Abstandsgeber   Pos.23
• Microcontrollereinheit (MCU)   Pos.24

Hinterer Fixklotz 4'und Vorderer Fixklotz 4 sind fest mit dem Ski verbunden. Die Führungsschienen 3 sind im vorderen Fixklotz 4 fest verankert, während eine Lagerung im hinteren Fixklotz 4' eine Axialbewegung zuläßt. Dies ermöglicht eine optimale Biegelinie des Skis. Der Zentralblock 1 mit Riegelzapfen 2 ist auf den Führungsschienen 3 fixiert. Im Zentralblock 1 integriert ist die elektronische Auswerteeinheit 1', sowie der Auslösemechanismus und die Anzeige- und Einstelleinheit. Die vordere Haltevorrichtung 8 und die vordere Führungsplatte 6 sind über den vorderen Torsionsstab mit Sensoraufnehmer 7 fest verbunden. Hintere Haltevorrichtung 15 und hintere Führungsplatte 6' sind über den hinteren Sensoraufnehmer 7" fest verbunden. Die vordere Führungsplatte 6 ist im geschlossenen Zustand, über den vorderen Torsionsstab mit Sensoraufnehmer 7, lösbar mit dem Zentralblock 1 verbunden. Die hintere Führungsplatte 6' ist im geschlossenen Zustand, über den hinteren Torsionsstab mit Längenverstellung 7', lösbar mit dem Zentralblock 1 verbunden. Die Längenanpassung der Bindung an die Schuhsohlenlänge erfolgt über die Einstellung des Abstands zwischen Zentralblock und hinterer Führungsplatte mittels Abstandsgebern 23. Die mechanische Fixierung findet am Langloch des hinteren Torsionsstabes mit Längenverstellung 7' statt.

Vordere Führungsplatte 6 und hintere Führungsplatte 6' mit den zugehörigen Haltevorrichtungen werden auf den Führungsschienen 3 in Richtung Zentralblock 1 geschoben. Durch diese Bewegung werden die Hülsen der Torsionsstäbe 7 und 7' über die Riegelzapfen 2 geführt. In den Riegelzapfen 2 befindet sich eine Schablone 12. In den Hülsen der Torsionsstäbe 7 und 7' je ein Führungsstift 22. Durch Axialbewegung der Hülsen der Torsionsstäbe 7 und 7' über die Riegelzapfen 2 folgen die Führungsstifte 22 der Schablone 12 und tordieren die Torsionsstäbe 7 und 7'. Die Torsionsenergie wird in den Torsionsstäben 7 und 7'gespeichert. Bei Erreichen der Endstellung greifen die als Haken 14 ausgebildeten Enden der Hülsen der Torsionsstäbe 7 und 7' in entsprechende Gegenlager 13 im Zentralblock 1. Um ein Zurückdrehen zu verhindern wird die Anordnung durch die Haltestifte 5 fixiert. Durch die relative Längsbewegung der Führungsplatten 6 und 6' zum Zentralblock 1 werden die Federn 10 gespannt. Die Haken 14 verhindern, dass die gespannten Federn 10 die Bindung wieder öffnen. Im Betriebszustand befindet sich die hintere Haltevorrichtung 15 in horizontaler Position. Eine in Scharnier 17 integrierte Feder ist bestrebt die hintere Haltevorrichtung 15 in Einstiegsposition zu bringen. Um dies während des Betriebs zu verhindern, drückt die Aretierfeder 19 den Riegel 16 in eine Verankerung des hinteren Sensoraufnehmers 7".

Der vordere Torsionsstab mit Sensoraufnehmer 7 sowie der hintere Sensoraufnehmer 7", tragen die Sensoren 7"'. Durch eine differenziell kleine relative Bewegung der Haltevorrichtungen 8 bzw. 15 zu den jeweiligen Führungsplatten 6 bzw. 6' wird eine Kraft auf die Sensoren 7''' eingeleitet. Diese Kraft verursacht Sensorausgangssignale. Die Sensorausgangssignale werden aufbereitet, der Auswerteeinheit 1' zugeführt und ausgewertet. Wird eines der unter den Punkten a.) - d.) (siehe unten) aufgeführten Kriterien überschritten, werden die Haltestifte 5 betätigt. Dies kann z.B. elektromechanisch erfolgen. Die Fixierung der Torsionsstäbe 7 und 7' wird dadurch aufgehoben, die Haken 14 springen aus ihren Gegenlagern 13. Die Torsionsstäbe 7 und 7' entspannen sich und gleiten, forciert durch Federn 10, von den Riegelzapfen 2. Die Bindung öffnet durch Längsbewegung der vorderen und hinteren Führungsplatte 6 und 6' auf den Führungsschienen 3.

Um die Bindung aus dem Betriebszustand in Einstiegsposition zu bringen, ist der Riegel 16 aus der Verankerung des hinteren Sensoraufnehmer 7" zu ziehen. Die hintere Haltevorrichtung 15 schwenkt nach oben. Der Einstieg erfolgt nun durch niedertreten der hinteren Haltevorrichtung 15 mit dem Schuh. Bei Erreichen der Endposition gleitet der Riegel 16 wieder in die Verankerung am Sensoraufnehmer 7". Die Bindung befindet sich im Betriebszustand.

Die Längenanpassung erfolgt über die hintere Führungsplatte 6'. Ein Langloch im hinteren Torsionsstab 7' ermöglicht eine stufenlose Anpassung an die Schuhsohlenlänge. Mittels zwei Klemmschrauben wird die eingestellte Länge kraftschlüssig fixiert. Der Leerraum zwischen Zentralblock 1 und hinterer Führungsplatte 6'wird durch einfügen von Abstandsgebern 23 gefüllt.

Die in Fig.7 schematisch dargestellte elektronische Auswerteeinheit erfasst zyklisch durch Sensoren die zwischen Schuh und Bindung wirkenden Kräfte in Form von elektrischen Messsignalen. Diese werden mit Hilfe einer Mikro-Controller-Einheit (MCU) 24 hinsichtlich ihrer Dynamik bewertet.

• a.) Bewertung der Krafteinwirkung Fig.6 Diagramm a:
  Zyklischer Vergleich der an den Sensoren gemessenen Werte mit einem voreingestellten Grenzwert. Bei Überschreiten des einstellbaren Kraftgrenzwertes A erfolgt die Auslösung der Bindung. Beispielsweise kann ein einzelner Sensorwert mit dem errechneten Auslösegrenzwert A verglichen werden. Dies stellt den einfachsten Fall dar. Es können aber auch Signale mehrerer Sensoren oder mehrere Signale eines Sensors oder eine beliebige Kombination davon zur Auswertung herangezogen werden.
• b.) Bewertung der summierten Krafteinwirkung im Zeitintervall Δt Fig.6 Diagramm b:
  Zyklischer Vergleich der an den Sensoren gemessenen Werte mit einem weiteren voreingestellten Grenzwert. Dieser Grenzwert stellt die maximal zulässige Impulsbelastung des Sportlers dar. Der wirkende Impuls wird als die Summe der eingeleiteten Kraft über ein Zeitintervall von der MCU errechnet. Bei Überschreiten des einstellbaren Impulsgrenzwertes B erfolgt die Auslösung der Bindung. Beispielsweise kann ein Folge einzelner Sensorwerte summiert werden. Das Ergebnis der Summation wird mit dem errechneten Auslösegrenzwert B verglichen.
• c.) Bewertung der Differenzen der Krafteinwirkung im Zeitintervall Δt Fig.6 Diagramm c:
  Zyklische Erfassung der an den Sensoren gemessenen Kraft bzw. Beschleunigung und die daraus errechnete Dynamik der eingeleiteten Kraft/Beschleunigung. Bei Überschreiten des einstellbaren Differenzengrenzwertes C erfolgt eine Auslösung der Bindung. Beispielsweise wird die Differenz zweier aufeinanderfolgender Messreihen, bestehend aus dem Mittelwert von je 5 Sensoreinzelmesswerten, errechnet. Übersteigt die Differenz den errechneten Grenzwert C erfolgt eine Auslösung der Bindung.
• d.) Die Messwerte der Beschleunigungssensorik geben Aufschluss über die aktuelle Fahrsituation (Stehen, moderates Fahren, forciertes Fahren, Rennfahren). Diese Information dient zur Anpassung der Grenzwerte A, B und C. Beispielsweise löst die Bindung im Stand schon bei einer relativ geringen statischen Kraft F aus, wohingegen diese Kraft bei forcierter Fahrweise noch keine Auslösung zur Folge hat. Der nach DIN ISO 8061-4 bzw. -5 eingestellte maximale Grenzwert A wird durch die fahrsituationsabhängige Grenzwertanpassung nicht überschritten.

Wird in den Fällen a.) oder b.) der jeweils eingestellte Grenzwert erreicht bzw. im Falle c.) eine unzulässig hohe Dynamik detektiert, so erfolgt eine Auslösung der Bindung.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die genannten Beispiele der Ski- oder Snowboardbindungen beschränkt, sonder in einer Vielzahl von Abwandlungen für die verschiedenen Arten von Sicherheitsbindungen möglich.