Stromversorgungsschaltung für elektronische Sicherheits-Skibindungen

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsschaltung für elektronische Sicherheits-Skibindungen mit einer Batterie, die die elektronische Schaltung, der über Wandler den jeweiligen auf das Bein des Skiläufers wirkenden Kräften entsprechende Signale zugeführt werden und die ein Auslöse¬ signal an einen Auslösestromkreis abgibt, wenn das Bein des Skiläufers gefährdende Kräfte auftreten, und den Auslösestromkreis speist.

Die Sicherheit elektronischer Sicherheits-Skibindungen hängt entscheidend von der Stromversorgung ab. Ist zur Versorgung elektronischer Sicherheits-Skibindungen nur eine Batterie vorgesehen, ist bei Ausfall dieser Batterie

die Bindung unbrauchbar, so daß bei plötzlichem Stromausfall ein erhebliches Sicherheitsrisiko entstehen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Stromversorgungs¬ schaltung für elektronische Sicherheits-Skibindungen zu schaffen, die auch dann noch ausreichende Sicherheit gewährt, wenn eine die Bindung speisende Batterie ausfällt oder in ihrer Kapazität unter ein die Sicherheitsfunktionen aufrecht¬ erhaltendes Niveau absinkt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß min¬ destens zwei Batterien vorgesehen sind, die durch eine elektronische Steuerschaltung derart mit der elektronischen Schaltung und dem Auslδsestrσmkreis verbunden sind, daß nur eine diese speist, und daß die Steuerschaltung die Stromver¬ sorgung auf die andere Batterie umschaltet, wenn die Kapazi-tär der ersten Batterie un-tsr einen Grenzwert abgesunken ist, der mit einem Sicherheitsabstand über dem die Funktionen der elektronischen Schaltung und des Auslösestromkreises aufrecht erhaltenden Niveau liegt. Die erfindungsgemäße Stromversorgun einrichtung stellt sicher, daß nach Ausfall einer Batterie die andere als Reservebatterie zur Verfügung steht, die sämtliche Sicherheitsfunktionen .der elektronischen Bindung aufrechterhält. Durch die erfindungsgemäße Stromversorgungs¬ schaltung wird dadurch nicht nur eine erhöhte Sicherheit gege Stromausfall geschaffen, sondern die Funktionsfähigkeit der Bindung auch über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten, weil jede der beiden Batterien die Stromversorgung der elektr nischen Bindung Übernimmt, so lange sie über eine ausreichend Kapazität verfügt.

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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die jeweilige von der elektronischen Schaltung und dem

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Auslösestromkreis getrennte Batterie zusätzliche Sicherheits- stromkreise mit geringerem Stromverbrauch speist. Bei diesen zusätzlichen Siσherheitsstro kreisen kann es sich um automa¬ tisch den Schwellwert einstellende Stromkreise oder zusätzlic Meßwerte zur Verfügung stellende Stromkreise handeln. Ξs könn auch Stromkreise sein, die den Komfort sowie die Handhabung der Bindung erhöhen. Die besondere Ausbildung dieser Sicher¬ heitsstromkreise ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfind

Werden diese Sicherheits-Stromkreise von einer in Bereitschaf gehaltenen Lithiumbatterie gespeist, ist die geringe Strom¬ entnahme von dieser Batterie erwünscht, weil deren Gebrauchs¬ zustand nur bei einer geringen Stromentnahme über längere Zei sichergestellt ist. Auch bei anderen Batterietypen würde die Stromentnahme für die zusätzlichen Sicherheitsβtromkreise* nicht zu einer nennenswerten Schwächung der Batterie führen.

Ist die Kapazität der Batterie unter den Grenzwert abgesunken ist deren Kapazität noch immer ausreichend, um die Sicherheit Stromkreise zu speisen und somit die die Sicherheitsfunktione aufrechterhaltende Batterie zu entlasten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß eine akustische und/oder optische Warneinrichtung vorgesehen ist, die das Absinken der Kapazität einer Batterie unter den Grenzwert anzeigt. Der Skiläufer weiß sodann, daß er diese Batterie bei nächster Gelegenheit gegen eine neue austauschen sollte. Die Entladung oder der Ausfall einer Batterie allein versetzt die Bindung aber noch nicht in einen unbrauchbaren Zustand.

Nach einer erfinderischen Weiterbildung ist vorgesehen,, daß eine elektrische Steuerschaltung vorgesehen ist, die den die

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Ladung für den Auslöseimpuls speichernden Kondensator als Stromversorgungsquelle an die elektrische Schaltung anschließ wenn deren Stromversorgung durch die Batterie unterbrochen is Derartige Unterbrechungen können kurzzeitig beispielsweise bei Vibrationen auftreten. Die geringe Entladung des Auslöse¬ kondensators während derartig kurzer Zeiträume kann in Kauf genommen werden, weil dieser immer noch eine ausreichende Ladung besitzt, um im Falle eines Auslöseimpulses einen aus¬ reichenden Stromstoß an den die Auslösemechanik steuernden Elektromagneten abzugeben.

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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine zusätzliche Sicherheit dadurch geschaffen, daß eine elektrische Steuer¬ schaltung vorgesehen ist, die bei Absinken der Kapazität auch der zweiten Batterie unter den Grenzwert alle Stromkreise unterbricht, die nicht unmittelbar der Sicherheitsauslösung dienen.

Nachstehend wird eine Maßnahme beschrieben, mit der die Betri sicherheit einer elektronischen Skibindung erhöht wird, indem bei Ausfall der Haupt- und der Reservestromversorgung wegen Erschöpfung der Batterie oder Störungen in der Schaltung ande Stromquellen verwendet werden. Ξs sind drei redundante Strom¬ quellen vorgesehen, und zwar zwei voneinander unabhängige Batteriesätze und Kondensatoren mit großer Speicherkapazität, die normalerweise die Energie liefern, die für die Betätigung der elektromagnetischen Auslöseeinrichtung erforderlich ist.

Der-Betrieb des Systems beruht auf der Funktion von logischen Schaltkreisen, die bewirken, daß die Hauptstromquelle abge- schaltet und die Reservestromquelle angeschaltet wird, wenn die Spannung der Hauptstromquelle unter einen vorherbestimmte Wert sinkt. Beim umschalten wird ein akustisches oder optisch

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Warnsignal erzeugt, damit der Skifahrer weiß, daß die Strom¬ bzw, ersetzt quelle in der Skibindung wieder aufgeladen werden muß. Solan dies nicht geschehen ist, wird das Warnsignal jedesmal wiede holt, wenn beim Einsteigen in die Bindung die Ξ N-AUS-Schalt betätigt werden. Die Reservestromquelle hat dieselbe Lebens¬ dauer wie die Hauptstromquelle. Wenn der Skifahrer die Anzei der Erschöpfung der Hauptstrσ quelle mehrmals mißachtet und die Bindung weiterbenutzt, bis auch die Spannung der Reserve Stromquelle unter den Schwellenwert sinkt, wird ein zweites (unterschiedliches) akustisches oder optisches Warnsignal erzeugt und bewirkt die SicherheitsSchaltung, daß nur noch die wichtigsten Verbraucher eingeschaltet bleiben, z. 3. die Kraf aufnehmer, die Spannungsfrequenzwandler und die Auslöse einrichtung. Wenn durch die Sicherheitsschaltung .eine 3attar von der Stromversorgungsschiene des Systems abgeschaltet wir hat diese Batterie normalerweise noch eine Lebensdauer-von 20 bis 30 Stunden. Damit nun das System nicht funktionsunfäh wird,, wenn die Hauptstromqualle und die Reservestromquelle b - auf die Schwellenspannung entladen worden sind, wählt die Sicherheitsschaltung die stakste der drei Stromquellen aus, die aus der Hauptbatterie, der Reservebatterie und den vor¬ stehend erwähnten Speicherkondansatoren bestehen. Dadurch wi gewährleistet, daß die ^" drei Stromquellen gleichmäßig.verbrau werden, bis die Spannung, auf die die Kondensatoren aufgelad werden, nicht mehr zur Betätigung der elektromagnetischen,Au löseeiπriσhtung genügt, so daß die Bindung nicht mehr funkti fähig ist. Die Frage, wie sich das System knapp vor dem Erre dieses Zustandes verhalten soll, ist noch offen. Sol ein letztes Warnsignal abgegeben werden? Soll die Bindung sich öffnen, obwohl sie vielleicht gerade in Benutzung steht? Ode _; kann der Skifahrer weiterfahren, bis er den Auslöseknopf drü und er sich von der Bindung nur noch befreien kann, indem er den Skischuh auszieht oder eine mechanische Hil sauslδseein- richtung betätigt? Die Erfahrung wird lehren, welche Lösung vorzuziehen ist.

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Die aufeinanderfolgende Verwendung der Stromquellen in der vorstehend beschriebenen Weise erhöht die Zuverlässigkeit der Skibindung, weil gewährleistet wird, daß die Sicherheitsschal auch dann ununterbrochen mit Strom gespeist wird, wenn die . mechanischen Schalter infolge von starken Stößen oder Schwin¬ gungen kurzzeitig öffnen. Da die elektronischen Schalter zum Anschalten der Speicherkondensatoren durch einen solchen Stoß nicht beeinflußt werden, ist eine ununterbrochene Stromversor während des ganzen normalen Betriebes der Skibindung gewähr¬ leistet« _

Die Arbeitsweise des Systems wird anhand der Zeichnungen er- ^" läutert. Darin zeigt

Fig. 1 ein Blockschema mit den wichtigsten Funktionselementen und

Fig. 2 ein Schaltschema einer Ausführungsform.

Gemäß Fig. 1 werden, wie vorstehend beschrieben, mechanische Schalter 1 und 2 betätigt, wenn der Skischuh in die Bindung eingesetzt wird. An die SicherheitsSchaltung wird nur die höh der beiden Spannungen angelegt. Dies ist normalerweise die Spannung der Reservestromquelle, weil die Hauptstromquelle zunächst das ganze Verarbeitungssystem speist und daher eine niedrigere Spannung hat. Der geringe Stromverbrauch der Reser vestromquelle ist beabsichtigt und vorteilhaft, weil es beab¬ sichtigt ist, in der Skibindung Lithiumbatterien zu verwenden die ^" durch eine ständige Entnahme eines schwachen Stroms daran gehindert werden "einzuscHafen", was bei Lithiumbatterien häu zu Schwierigkeiten führt. Die VergleicherSchaltungen stellen fest, wann die Spannung einer der Stromquellen unter den vor¬ herbestimmten Wert sinkt, bei dem die Umschaltung erfolgen so

und geben die Signale ab, die bewirken, daß eine andere Stro quelle an die Stromversorgungsschiene des Systems angeschlos wird. Die VergleicherSchal ungen erzeugen ferner zwei Warnsi nale, und zwar eines für die HauptStromquelle und eines für die Reservestromquelle. Nach dem Abschalten der Reservestrom quelle wird das System auf Sparbetrieb geschaltet, d. h. daß ^' nur noch die wichtigsten Verbraucher angeschlossen bleiben.

Fig. 2 ist ein ausführliches Schaltbild einer Ausführungsϊor mit doppelt redundanter Stromversorgung. Zunächst wird der ^" normale Betrieb beschrieben, bei dem beide Batterien genügen geladen sind und keine Fehler in der Schaltung aufgetreten si Der Betrieb beginnt, wenn durch das Einsteigen in die Skibind die mechanischen Schalter SW 1 und SW 2 geschlossen werden. Dadurch wird die HauptStromquelle V → an die Diode D1 und die Reservestromquelle V ₂ an die Diode D2 angelegt. Die höhere der beiden Spannungen wird durch die entsprechende Diode weit gegeben, so daß an die andere Diode eine Sperrvorspa«nung ang legt und ferner die Spannung V erhalten wird, die für den Betrieb der elektronischen Einrichtungen der Sicherheitsschal erforderlich ist. Das an FF.. , FF ₂ und FF ₃ angelegte Rücksetz¬ signal PWRDP (System eingeschaltet) gewährleistet, daß bei Betriebsbeginn an allen Aufgängen Q das Großsignal liegt, so daß das über das ODER-Gatter G1 weitergegebene Signal Q_. ϊarir daß der elektronische Schalter SW3 schließt und die System¬ spannung an +V angelegt wird. Da an dem Ausgang Ql des FF_. da Kleinsignal liegt, liegt auch am Ausgang des UND-Gatters G4 das Kleinsignal und ist der Schalter SW4 offen. Daher ist die Rεservestrσmquelle V _ß2 von der Stromversorgungsschiene +V abgetrennt. Der Verstärker A1 , der Widerstand R1 und die Zene diode Z1 bilden eine Schaltung zur Abgabe einer stabilisierte Spannung V _R , die in diesem Beispiel 1 ,2 V beträgt. Der Wider¬ stand R1 ist so klein, daß der durch die Zenerdiode Z1 fließe Strom genügt, um die BezugsSpannung von 1,2 V aufrechtzuerhal

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bis die Spannung der an die Stromversorgungsschiene +V ange¬ schlossenen Stromquelle unter den vorherbestimmten Schwellen¬ wert sinkt.

Der Verstärker A1 ist ein Spannungsfolger, der eine Spannungs quelle niedriger Impedanz darstellt, die eine stabilisierte ^• Spannung an die diese benötigenden Teile des Systems abgibt. Der Verstärker A2 ist ein Vergleicher, dessen Minuseingang mi ^■ dem Abgriff des Spannungsteilers verbunden ist, ^der aus den Widerständen R2 und R3 besteht. Die Spannungsteilerspannung V -sinkt auf 1,2 V, wenn die Ausgangsspannung der Hauptstromquel V__. so weit gesunken ist, daß die Reservestromquelle an das System angeschaltet wird. In diesem Fall erscheint am Ausgang von A2 das Großsignal, so daß ein Warnsignal FATL-1 erzeugt w Gleichzeitig bewirkt der Spannungsanstieg ein Umtasten von FF- so daß am Ausgang Q1 das GroßSignal und am Ausgang Q_. das Kleinsignal erscheint. FF2 hat hinsichtlich der Batterie V ₂ dieselbe Funktion. Bei normalem Ablauf liegt jetzt am Ausgang Q ₂ das Kleinsignal und am Ausgang ζ das Großsignal, weil die Batterie V ₂ jetzt annähern voll geladen sein dürfte. Aus demselben Grund gibt der Vergleicher A4, mit dessen Eingängen V _B1 und V 2 verbunden sind, das Großsignal an das N CHT-Glied ab. Bei einem Kleinsignal an Q. und am Ausgang von 11 liegen an beiden Eingängen des ODER-Gatters G1 Kleinsignale, so daß auch an dessen Ausgang ein Kleinsignal liegt. Infolgedessen liegt auch am Ausgang des Gatters G3 ein Kleinsignal, obwohl an den anderen Eingang von G3 jetzt das ODER-Gatter GS ein Gr signal anlegt, an dessen einen Eingang von dem Ausgang Q ₂ ein-Großsignal angelegt wird.

Wenn am Ausgang von G3 das Kleinsignal erscheint, öffnet der Schalter SW3, so daß die Batterie V → von der Stromversorgung schiene +V abgeschaltet wird. Da am Ausgang Q1 das Großsignal

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liegt, liegt auch am Ausgang von A4 das Großsignal und am Ausgang von G5 das Großsignal. Beim Auftreten des Großsignal am Ausgang des UND-Gatters G4 schließt jetzt der Schalter SW so daß die Batterie V ₂ an die Strσ versorgungsschiene angel wird. Vorstehend wurde beschrieben, welche Vorgänge durchge¬ führt werden, wenn nach normalem Verbrauch von V^ diese abg schaltet und V ₂ angeschaltetwird. Ohne eine dritte Stromque wäre das UND-Gatter G3 nicht erforderlich und würde der Ver-

' stärker A4 wiederholt seinen Zustand ändern und an die Strom versorgungsschiene +V immer jene der beide ^' Batterien V → un

'V - anlegen, welche die höhere Spannung hat. Nachstehend ist nun beschrieben, wie die dritte Stromquelle an da-s System angeschaltet wird.

Wenn V ₂ so weit erschöpft ist, daß am Ausgang des Vergleich A3 das Großsignal erscheint, wird das"Warnsignal FAIL-2 erze und bewirkt der Spannungsanstieg, daß FF2 uagetastet wird. Infolgedessen erscheint am Ausgang Q2 das Großsignal und am Ausgang Q ₂ das Kleinsignal. Infolge der Großsignale an den Ausgängen Q1 und Q2 erscheint am Ausgang des UND-Gatters Gδ das Großsignal und wird daher FF3 umgetastet. Dadurch wird das System auf MINPWR (Sparbetrieb) geschaltet und erscheint am Ausgang Q_ das Kleinsignal, so daß die Schalter für _. alle für die Auslösung der Bindung nicht unbedingt erforderlichen Funktionen des Systems öffnen. An den Ausgängen Q_. und Q ₂ lie jetzt das Kleinsignal, so daß an zwei der vier Eingänge des ODER-Gatters G5 das Kleinsignal liegt. Wie vorstehend beschri ben wurde, wird die dritte Stromquelle von den Speicherkonden satoren gebildet, die zur Speisung des Elektromagneten der elektromechanischen Auslöseeinrichtung dienen. Diese Konden- satoren sind mit _ _0L bezeichnet. Die Widerstände R4 und RS bilden einen sehr hochohmigen Spannungsteiler, um den Strom¬ fluß durch diesen klein zu halten. Der Spannungsteiler ist mit je einem Eingang der Verstärker A5 und A6 verbunden, die je einen Vergleicher bilden.

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Der Spannungsteiler soll gewährleisten, daß die Systemspannun und die Kondensatorspannung miteinander kompatibel sind, sofe die normale Kondensatorspannung höher ist als die normale Systemspannung; andernfalls kann der Spannungsteiler entfalle An dem Abgriff von R4, R5 liegt die niedrigste Spannung, auf die der Elektromagnet noch anspricht. Wenn diese Spannung höher ist als die Spannung von _B1 , liegt am Ausgang von A5 das Kleinsignal, und wenn sie höher ist als die Spannung der Batterie _ ₂ , liegt am Ausgang von Aβ das Kleinsignal. Wenn an den Ausgängen von AS und Aβ das Kleinsignal liegt, liegt a allen Eingängen des ODER-Gatters G5 das Kleinsignal und sind die UND-Gatter G3 und G4 geschlossen und daher die Schalter SW3 und SW4 offen. Infolge der in dem NICHT-Glied 12 durchge¬ führten Negation ist jetzt der Schalter SW5 geschlossen,. _. so daß die Speicherkondensatoren an die Stromversorgungsschiene angeschaltet sind. Sobald die Spannung der Kondensatoren unte die ^" Spannung einer der Batterien V__. und V_ ₂ sinkt, übernimmt die Batterie mit der höheren Spannung in der vorstehend be¬ schriebenen Weise wieder die Stromversorgung des Systems.

Wenn infolge von starken Stößen oder Schwingungen die mechani schen Schalter kurzzeitig öffnen, versorgen die mit der Stromversorgungsschiene +V bzw. der Speiseleitung für die Sicherheitsschaltung verbundenen Kondensatoren C1 und C2 die Schaltungen mit Strom während eines Zeitraums, der für die Durchführung aller Schaltvorgänge genügt. Die dafür erforder¬ liche Zeit beträgt höchstens wenige Mikrosekunde .

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