ЛЫЖНОЕ КРЕПЛЕНИЕ И ПОДОШВА ЛЫЖНОГО БОТИНКА
SKI BINDING AND SKI BOOT SOLE

Область техники
Настоящее изобретение относится к лыжному креплению и к подошве лыжного ботинка, а более конкретно - к лыжному креплению и к подошве лыжного ботинка, используемым в таких лыжных видах спорта, как гонки по пересеченной местности, гонки классическим ходом и фристайл, а также при лыжных прогулках (катании "ски-тур") и катании стилем телемарк.
Уровень техники
В настоящее время среди лыжных креплений, применяющихся для гонок по пересеченной местности и катания "ски-тур", доминируют две системы. В их основу заложен один и тот же принцип, проиллюстрированный на фиг. 1a-1d, где показана подошва 1 лыжного ботинка, на передней части которой зафиксирована ось 5 поворота, а крепление 3 содержит механизм, фиксирующий ось 5 на креплении 3, тем самым фиксируя подошву лыжного ботинка на лыже. Подошва 1 имеет возможность поворачиваться вокруг аксиального центра оси 5. Как показано на фиг. 1b, ось поворота расположена перед большим пальцем 4 ноги, примерно на 2,5 см ниже него, и приподнята над верхней поверхностью лыжи примерно на 1,4 см.
Используемый в такой системе лыжный ботинок имеет подошву, относительно толстую и прочную в зоне большого пальца и в передней части метатарсальной (плюсневой) зоны стопы, что выражается в относительной жесткости передней части подошвы. Однако это свойство приходит в противоречие с анатомией стопы во время выполнения толчка при ходьбе и беге, в ходе которого гибкая и податливая часть стопы точно совпадает с плюсневой и пальцевой зонами подошвы. Во время ходьбы и бега стопа в процессе последней фазы толчка изгибается в виде непрерывной кривой, в которой икроножные мышцы, в числе прочих факторов, содействуют отжиманию пальцев вниз и назад в ходе энергичной фазы толчка, увеличивая длину шага и ускорение. Поэтому, например, обувь для бега (в том числе для бега трусцой) в соответствии с анатомией стопы изготавливают с подошвой, особенно гибкой и пластичной в зоне плюсны и пальцев.
Описанное движение во время последней фазы толчка невозможно выполнить с известной подошвой лыжного ботинка и с известным лыжным креплением. Как показано на фиг. 1c-1d, передней части подошвы не хватает гибкости, позволяющей во время выполнения толчка обеспечить движение бегового типа в переднем участке плюсневой зоны, а также во всей пальцевой зоне. В результате в начальной фазе выполнения толчка лыжный ботинок начнет поворачиваться вокруг оси 5, как это показано на фиг. 1с, но, начиная с этого момента и до завершения толчка (см. фиг. 1d), он, вследствие своего поворота вокруг оси 5, будет приподниматься от лыжи, теряя, таким образом, свой контакт с ней вместе с усилием, прикладываемым к лыже и к поверхности. Это означает, что относительно лыжи результирующее усилие направлено вверх.
Кроме того, поскольку лыжа обладает пружинистостью, участок лыжи, обеспечивающий ее "держание", приподнимается, т.е. сцепление со снегом в этой критической точке толчка исчезает. Это означает, что не может быть использована завершающая и важная фаза толчка, которая могла бы посредством главных мышечных групп мускулатуры голени, бедра и ягодицы обеспечить повышенное ускорение и увеличенную длину шага.
В спорте широко применяется термин "завершить телодвижения". Обычно он трактуется в том смысле, что для получения от телодвижения эффекта, наилучшего из всех возможных, оно должно быть завершено естественным образом, а не прервано преждевременно. Хорошо известны соответствующие примеры из области бега и ходьбы, гольфа, тенниса, метания, толкания ядра, бокса, ударов по мячу в футболе и из других видов спорта.
Приведенное выше описание усеченного толчка соотносится с тем фактом, что в настоящее время этот эффект является одним из факторов, вызывавших заметное увеличение работы руками в гонках по пересеченной местности, причем на довольно длинных дистанциях часто побеждают гонщики, не сделавшие ни одного полного толчка одной ногой, хотя сила рук обычно составляет только примерно 20% от суммарной силы ног. Для среднего лыжника, неспособного или не желающего развивать экстремальную силу рук, этот вариант с экстенсивным использованием рук не является реальной альтернативой.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в том, чтобы создать лыжное крепление и отвечающую ему подошву лыжного ботинка, которые предоставляют лыжнику возможность совершить удлиненный и более мощный толчок. В результате будет выработана более эффективная техника с достижением повышенной скорости и удлиненного скольжения, а также с реализацией фазы расслабления, приходящейся на большой шаг во время диагонального (переменного) шага и конькового хода. В такой технике более эффективно используются главные мышечные группы, причем будут задействованы, в том числе, и икроножные мышцы.
Задачей изобретения является также создание подошвы лыжного ботинка, позволяющей лыжнику хорошо контролировать лыжи в любых условиях, в частности при спуске по склону.
Задачей изобретения является также создание системы, состоящей из крепления и подошвы и имеющей низкий профиль.
Следующая задача изобретения заключается в том, чтобы фиксируемый элемент крепления не соприкасался с боковыми стенками лыжни, т.к. в противном случае будет иметь место эффект торможения.
Соответственно, к задачам изобретения относится создание лыжного крепления и подошвы лыжного ботинка, обеспечивающих их жесткое и надежное соопряжение.
Кроме того, изобретение ставит перед собой задачу уменьшить вес лыжного ботинка и лыжного крепления.
Перечисленные задачи решены с помощью подошвы лыжного ботинка, выполненной согласно п. 1 формулы, лыжного крепления, выполненного согласно п. 16 формулы, и системы, выполненной согласно п. 30 формулы. Конкретные варианты изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы.
Изобретение обеспечивает создание подошвы лыжного ботинка, у которой податливость в продольном направлении в зоне пальцев и плюсны такая же, как у подошвы обуви для бега трусцой, но в то же время устойчивость к скручиванию и поперечной деформации достаточна для того, чтобы лыжник имел возможность хорошо контролировать лыжи в любых условиях и, в частности, при спуске по склону.
Изобретение обеспечивает также создание элемента, фиксируемого посредством крепления. Данный элемент в предпочтительном варианте расположен перед пальцами и надежно отжимает подошву вниз, т.е. в сторону лыжи, в результате чего стопа надавливает на поверхность в любой момент совершения всей последовательности действий при выполнении толчка.
Предпочтительно, чтобы крепление не выступало за боковые компоненты ботинка, с помощью которых оно захватывает ботинок со стороны пальцев, т.к. слишком большое расширение крепления приведет к тому, что оно будет соприкасаться с боковыми стенками лыжни, создавая эффект торможения.
Кроме того, система, состоящая из крепления и подошвы и имеющая низкий профиль, улучшит контроль над лыжами и, в общем случае, устойчивость, поскольку в такой системе стопа смещена ближе к лыже.
Подошва лыжного ботинка
Изобретение предлагает волокнистую подошву, проиллюстрированную на фиг. 3 и выполненную с поперечным продолжением (расширением) в передней зоне переднего концевого участка. По сравнению с самой подошвой продолжение может быть на 200-800% толще, причем на каждой стороне оно выступает за периметр передней части подошвы. Волокнистой подошвой, по существу, задаются механические свойства лыжного ботинка. Она перекрывает всю длину ботинка и представляет собой его опорный элемент, к которому прикреплена (например приклеена) верхняя часть ботинка. В контексте данного описания должно быть понятно, что при упоминании подошвы лыжного ботинка имеется в виду ее волокнистая модификация. Предпочтительно снабдить лыжный ботинок также изнашиваемым наружным слоем 13, но он тонок и будет настолько податливым, что не даст сколько-нибудь заметного вклада в механические свойства подошвы ботинка. Поэтому данный слой следует рассматривать просто как добавление к такой подошве, выполненной согласно изобретению.
Переднему участку подошвы придана конфигурация, согласованная с направляющим сектором 22 крепления (см. фиг. 4). Волокнистая подошва переходит непосредственно в элемент, фиксируемый креплением, что обеспечивает возможность механического сопряжения между лыжным ботинком и креплением.
В изобретении использовано свойство, присущее слоям ориентированных волокон. В таком слое все волокна ориентированы в одном направлении, а модуль упругости вдоль волокон, как правило, в два раза больше, чем поперек волокон. В комбинации с изменением количества волокнистых слоев в разных зонах подошвы это свойство может быть использовано в конструкции подошвы лыжного ботинка, в различных зонах которой обеспечивается желаемый модуль упругости, причем как в продольном, так и в поперечном направлениях (соответственно в х- и у-направлениях), показанных на фиг. 3.
Предусмотрена возможность сконструировать волокнистую подошву со слоем сплетенных волокон или как их комбинацию. В первом случае волокна уложены с переплетением, например, под углами 15°, 45° или 90° одно к другому. Слои сплетенных волокон по сравнению со слоями ориентированных волокон обладают несколько более высокой жесткостью.
Волокнистая подошва в своем продольном направлении обладает относительной гибкостью в зоне, проходящей от подушечки пальца до участка, расположенного перед пальцами, и относительной жесткостью в зоне, проходящей от пятки до подушечки пальца. В то же время подошва обладает относительной жесткостью по отношению к скручиванию. Более подробное определение этих относительных терминов приведено в разделе "Осуществление изобретения".
На нижнюю поверхность волокнистого слоя (см. фиг. 10) без использования каких-либо направляющих наклеен относительно тонкий и плоский изнашиваемый слой, выполненный из резинового или синтетического материала.
По сравнению с известными подошвами ботинок (см. фиг. 1) изобретение обеспечивает уменьшение веса подошвы на 65-80%. Для ботинок, используемых в лыжных гонках классическим ходом по пересеченной местности, применение волокнистой подошвы приведет к уменьшению веса полностью укомплектованного лыжного ботинка на 25-50% по сравнению с известными образцами.
Лыжное крепление
Изобретение относится к лыжному креплению, у которого фиксируемый им элемент целиком расположен перед пальцами. Крепление имеет направляющий сектор 22, форма которого согласована с конфигурацией переднего участка волокнистой подошвы. Сектор 22, показанный на фиг. 4а заштрихованным, имеет переднюю стенку и две боковые стенки, которые могут быть наклонены одна к другой или взаимно параллельно, хотя возможны также и другие геометрические конфигурации, предотвращающие смещение ботинка вперед или вбок. В передней части боковых стенок направляющего сектора выполнены поперечные прорези, в которые вставляются концевые участки продолжения подошвы. Тем самым предотвращается смещение ботинка относительно крепления назад.
Чтобы закрыть крепление и зажать заднюю кромку продолжения переднего концевого участка подошвы по всей длине этого продолжения, опускают вниз прижимной элемент крепления, тем самым фиксируя подошву в направляющем секторе крепления. Так обеспечивается жесткое сопряжение между подошвой и креплением. Прижимной элемент может опускаться сбоку, поперек лыжи (т.е. в у-направлении), как это показано на фиг. 13 для варианта крепления, или от передней кромки крепления вдоль лыжи (т.е. в х-направлении), как это показано на фиг. 4.
Высота направляющих кромок на боковых сторонах крепления выбрана настолько большой, чтобы они обеспечивали боковую опору для фиксирования подошвы по завершении толчка.
По сравнению с известным техническим решением изобретение обеспечивает уменьшение веса крепления примерно на 30-60%.
Подошва и крепление
Предпочтительное допустимое линейное отклонение конфигурации направляющего сектора крепления от ответной конфигурации переднего концевого участка подошвы составляет 0,01-3 мм.
Конструкция по изобретению, стыкующая подошву и крепление, гарантирует, что в любой момент фазы толчка стопа нажимает на лыжу, что позволяет выполнить более мощный и эффективный толчок.
Таким образом, когда лыжник продвигается по местности вперед, использование изобретения приводит к повышению естественного использования главных мышечных групп мускулатуры ягодицы, бедра и голени. В результате лыжник среднего класса будет передвигаться легким, свободным шагом, не требующим усилий, полностью используя хорошо развитую способность ног к растяжению.
Обширное тестирование опытных образцов, выполненных на основе изобретения, дало хорошие результаты, что подтверждает приведенные соображения.
Краткое описание чертежей
Далее идея изобретения будет подробно рассмотрена в полном объеме со ссылками на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1а иллюстрирует известную из уровня техники подошву лыжного ботинка, соединенную с лыжей и показанную в исходной позиции перед началом толчка.
На фиг. 1b показан в увеличенном масштабе передний фрагмент фиг. 1а, на котором проиллюстрировано положение большого пальца относительно лыжного крепления и лыжного ботинка.
Фиг. 1с иллюстрирует положение подошвы лыжного ботинка, известной из уровня техники, относительно лыжи • во время начальной фазы толчка, непосредственно перед приподниманием подошвы от лыжи и началом поворота подошвы вокруг оси поворота.
Фиг. 1d иллюстрирует последнюю фазу толчка, выполненного с известной подошвой лыжного ботинка и лыжей.
Фиг. 2 иллюстрирует лыжный ботинок на виде сбоку.
Фиг. 3 иллюстрирует подошву на виде сверху.
Фиг. 4а-4с иллюстрируют лыжное крепление в открытом состоянии.
Фиг. 5а-5с иллюстрируют лыжное крепление в закрытом состоянии.
Фиг. 6 иллюстрирует, на виде сверху, лыжное крепление вместе с ботинком.
Фиг. 7 иллюстрирует, на виде в поперечном сечении, пяточный фрикционный слой.
Фиг. 8a-8d иллюстрируют различные фазы положения лыжного ботинка относительно лыжи/крепления во время выполнения толчка.
Фиг. 9 иллюстрирует график модуля упругости в продольном (х-) направлении для различных зон подошвы лыжного ботинка.
Фиг. 10 иллюстрирует пример структуры различных слоев подошвы.
Фиг. 11 иллюстрирует пример соединения продолжения передней зоны переднего концевого участка подошвы лыжного ботинка с тканым материалом, окружающим эту зону.
На фиг. 12 представлен, на различных видах, один из вариантов крепления.
Фиг. 13 иллюстрирует альтернативное крепление по изобретению, показанное в открытом и закрытом состояниях.
Фиг. 14 иллюстрирует альтернативное лыжное крепление.
Фиг. 15а-15b иллюстрируют это же лыжное крепление соответственно в открытом и закрытом состояниях.
На фиг. 16а-16b крепление по фиг. 15а-15b представлено в разрезе.
Осуществление изобретения
На фиг. 1a-1d проиллюстрировано известное техническое решение, имеющееся в продаже.
На фиг. 2 представлен лыжный ботинок 10, состоящий из верхней части 11 и подошвы 12, предназначенной для фиксации в подробно описанном далее креплении, прикрепленном к лыже. Как уже указывалось, при чтении данного описания должно быть понятно, что при упоминании подошвы лыжного ботинка (т.е. подошвы 12) имеется в виду ее волокнистая модификация. Предпочтительно снабдить лыжный ботинок также изнашиваемым наружным слоем 13, но он тонок и будет настолько податливым, что не внесет сколько-нибудь заметного вклада в механические свойства подошвы 12. Поэтому слой 13 следует рассматривать просто как добавление к подошве 12.
Как показано на фиг. 2, подошва 12 лыжного ботинка подразделяется на несколько зон (частей), а именно на пальцевую часть ТР (toe part), расположенную под зоной пальцев стопы, плюсневую часть МР (metatarsial part), расположенную под зоной плюсны стопы, переднюю часть FP (front part) и заднюю часть RP (rear part).
Плюсневая часть МР прилегает к пальцевой части ТР, а задняя часть RP проходит от плюсневой части МР до заднего конца R подошвы 12 лыжного ботинка. В задней части RP находится пятка (пяточная зона) 14 ботинка. Передняя (носовая) часть FP проходит от пальцевой части ТР до переднего конца F подошвы 12 и содержит фиксируемый элемент 20, который, как это подробно описано далее, зажимается лыжным креплением.
Как показано на фиг. 3, фиксируемый элемент 20 лыжного крепления представляет собой передний концевой участок 21 подошвы, который выполнен в форме пластины с поперечным (ориентированным в у-направлении) продолжением 15. Элемент 20 выступает спереди за периметр верхней части 11 ботинка и имеет ширину W20, которая меньше ширины лыжни. Обычно размер ширины лыжни составляет 60-80 мм. Согласно изобретению желательно, чтобы ширина лыжного крепления была меньше ширины лыжни, чтобы предотвратить контакт элемента 20 с боковыми поверхностями лыжни.
Фиксируемый элемент 20 имеет поперечное продолжение 15, в обычном варианте выполненное, на выбор, из металла, углеродного волокна, пластика, поликарбоната, полиоксиметилена (ПОМ), полиэтилметакрилата (ПЭМ), полиэтилентерефталата (ПЭТ), алюминия или из композитов. Предназначение этого продолжения заключается в том, чтобы несложным образом надежно позиционировать и удерживать передний концевой участок 21 подошвы 12, выполненный в форме пластины, точно в правильном положении относительно лыжного крепления. Кроме того, продолжение 15 обеспечивает опору и стабильность для подошвы, когда она зафиксирована в лыжном креплении. Предпочтительно расположить продолжение 15 в передней кромке подошвы и отцентрировать его относительно подошвы. Предусмотрена возможность выполнить продолжение 15, например, в виде поперечного элемента, продолжающего переднюю часть FP подошвы 12 лыжного ботинка и немного выступающего вбок по обе стороны этого участка. Длина продолжения 15 может составлять, например, 5-80 мм, предпочтительно 20-60 мм, а его диаметр, измеренный на наружной стороне переднего концевого участка 21 подошвы, выполненного в форме пластины, может равняться, например, 1-10 мм, предпочтительно 1-4 мм. Толщина продолжения подошвы лыжного ботинка, измеренная между боковыми стенками направляющего сектора, может составлять 1-16 мм, предпочтительно 2-8 мм.
Продолжением 15 и передним концевым участком 21 подошвы, выполненным в виде пластины, обеспечивается стабильность подошвы после ее фиксации в лыжном креплении, причем в особенности по отношению к смещениям подошвы относительно крепления назад и вбок. В альтернативном варианте осуществления участок 21 может иметь овальное отверстие, расположенное на продольной центральной оси I подошвы 12 или около этой оси.
Подошва 12 содержит материал, при использовании которого упругость подошвы при растяжении в х-направлении, упругость в поперечном, у-направлении и жесткость при кручении определяются свойствами ее волокнистого слоя. Решающим фактором для жесткости и/или гибкости подошвы 12 в х- и у-направлениях является количество волокнистых слоев в конструкции подошвы в совокупности с ориентацией волокон в различных частях/зонах подошвы. Другим решающим фактором по отношению к упругости и жесткости является геометрическая форма подошвы лыжного ботинка в различных зонах подошвы.
В общем случае требование к волокнам заключается в том, что модуль упругости (модуль Юнга) вдоль волокон должен быть в два раза больше модуля упругости поперек волокон.
Наружную сторону подошвы лыжного ботинка предпочтительно выполнить без канавок и с тонким изнашиваемым слоем 13, изготовленным из резины или другого подобного материала и имеющим модуль упругости, равный 10-200 МПа.
Для некоторых характерных волокон значения модуля упругости лежат в следующих типичных интервалах:
ориентированный тканый полуфабрикат углеродного композита (препрег) с переплетением под углом 45° имеет модуль упругости 20-190 ГПа; модуль упругости стекловолокна составляет 60-80 ГПа.
Предусмотрена возможность адаптировать волокнистый слой подошвы 12 в соответствии с такими параметрами пользователя, как форма стопы и вес.
Согласно изобретению волокнистый слой подошвы 12 представляет собой композитный материал, содержащий слои углеродного волокна (например ориентированного или тканого) типа препрега. Слои уложены друг на друга и склеены в одно целое или зафиксированы смолистым веществом, таким как эпоксид. Известными производителями, поставляющими слои ориентированного углеродного волокна и препрег из тканого углеродного волокна, являются фирмы Zoltek (http://zoltek.com/) и Hexcel (http://hexcel.com/).
В альтернативном варианте волокнистый слой подошвы 12 может содержать стекловолокно (например ориентированное) или комбинацию стекловолокна и углеродного волокна. Возможна также комбинация искусственного волокна различных типов и природного волокна.
Согласно изобретению задняя часть RP подошвы выполнена жесткой в продольном и поперечном направлениях (т.е. в х- и у-направлениях), а также жесткой по отношению к скручиванию в продольном направлении (вокруг оси х). Передняя часть FP выполнена гибкой/податливой в продольном направлении и жесткой в поперечном направлении, а также жесткой по отношению к скручиванию в продольном направлении. Плюсневая часть МР выполнена гибкой в продольном направлении (х-направлении), жесткой в поперечном направлении (у-направлении), а также жесткой по отношению к скручиванию в продольном направлении. Пальцевая часть ТР выполнена гибкой в продольном направлении (х-направлении), жесткой в поперечном направлении (у-направлении) и тоже жесткой по отношению к скручиванию в продольном направлении (вокруг оси х).
В конечном счете, подошва лыжного ботинка будет считаться жесткой в продольном направлении (х-направлении), если, когда она находится под лыжником массой примерно 75 кг, ее жесткость проявляется следующим образом:
прогиб на 20 мм при приложении усилия, равного 12 Н, прогиб на 85 мм при приложении усилия, равного 120 Н, угол скручивания 5° при приложении изгибающего момента 1 Нм и угол скручивания 40° при приложении изгибающего момента 20 Нм.
Соответственно, подошва лыжного ботинка будет считаться податливой в продольном направлении (х-направлении), если, когда она находится под лыжником массой примерно 75 кг, ее жесткость проявляется следующим образом:
прогиб на 20 мм при приложении усилия, равного 1 Н, прогиб на 85 мм при приложении усилия, равного 32 Н, угол скручивания 5° при приложении изгибающего момента, равного 0,4 Нм, и угол скручивания 40° при приложении изгибающего момента 10 Нм.
Приведенные углы скручивания и прогибы были измерены путем проведения измерений усилия/прогиба, выполненных согласно стандартным процедурам такого назначения, которые известны специалистам в этой области. Значения прогибов, указанные выше, были получены для подошвы, зажатой на испытательном стенде, а усилие прикладывалось к подошве и прогиб измерялся на расстоянии L=140 мм от точки зажима. Аналогичным образом, значения углов скручивания были получены для подошвы, зажатой на испытательном стенде, когда к ней прикладывался изгибающий момент, а угол скручивания измерялся на расстоянии L=140 мм от точки зажима.
Следует отметить, что оценка подошвы лыжного ботинка как жесткой или податливой имеет субъективный характер, поскольку эти параметры зависят, в числе прочих факторов, от веса лыжника и от предназначения лыж, на которых используется система лыжный ботинок/крепление (лыжи для конькового хода, для гонок классическим ходом по пересеченной местности, для лыжного катания стилем телемарк и другие модификации лыж). Поэтому, несмотря на абсолютный характер указанных физических измерений, определяющих податливость и жесткость, должно быть понятно, что используемые в данном контексте термины "жесткий" и "гибкий" следует интерпретировать как "воспринимаемый как жесткий" и "воспринимаемый как гибкий" в зависимости от веса лыжника, размера лыжного ботинка, типа лыжной дисциплины и других параметров.
Тот же результат можно получить, используя тканое углеродное волокно, тканое стекловолокно или их комбинации. Известны различные конфигурации переплетения и различные углы между волокнами (в частности, для угла между волокнами можно использовать значение 45°).
Следует отметить также, что термин "жесткий к изгибу/податливый к изгибу в продольном направлении" следует понимать как "жесткий к изгибу/податливый к изгибу по отношению к прогибу вокруг поперечной оси (ориентированной в у-направлении)". Соответственно, термин "жесткий к изгибу/податливый к изгибу в поперечном направлении" следует понимать как "жесткий к изгибу/податливый к изгибу по отношению к прогибу вокруг продольной оси (ориентированной в х-направлении)". Термин "жесткий к скручиванию в продольном направлении" также следует понимать как "жесткий к скручиванию вокруг продольной оси (ориентированной в х-направлении)".
Далее в Таблице приведены примеры ориентации волокнистых слоев. Волокна могут быть ориентированы в продольном направлении (L), т.е. параллельно продольной центральной оси I, в поперечном направлении (Т), т.е. перпендикулярно этой оси I, или в диагональном направлении (D), т.е. под углом (обычно 30°, 45° или 60°) относительно оси I.
Примеры количества и ориентации волокнистых слоев в подошве
Части подошвы
Количество слоев с волокнами, ориентированными в продольном направлении (х-направлении)
Количество слоев с волокнами, ориентированными в поперечном направлении (у-направлении)
Количество слоев с волокнами, ориентированными в диагональном направлении
Суммарное количество слоев
Передняя часть FP
0
2
2
4
Пальцевая часть ТР
0
2
2
4
Плюсневая часть МР
1
1
2
4
Задняя часть RP
2
2
2
6
Альтернативой ориентированным волокнам, представленным в Таблице, может быть использование тканых волокон, например препрега, с углом между волокнами, равным 45°. Такие волокна несколько более жесткие, что позволяет, по сравнению с данными в Таблице, уменьшить количество слоев. В зависимости от толщины слоя, поставляемого производителем, приведенное выше количество слоев в различных частях может быть в случае необходимости увеличено, сохранено или уменьшено.
Примеры различных слоев в подошве представлены на фиг. 10 и в Таблице. Как можно заключить из этих данных, слои с номерами 2 и 5, являются общими для всех зон подошвы (т.е. для зон FP, ТР, МР и RP), обеспечивая тем самым ее непрерывность. Кроме того, следует отметить, что слои могут частично перекрываться, как это показано на фиг. 10, т.е. некоторые из них частично продолжены в прилегающую часть подошвы, что придает подошве более плавно изменяющуюся гибкость.
Далее, со ссылками на фиг. 4а-4с, 5а-5с и 6, приведено описание лыжного крепления 30. Крепление 30 содержит опорную пластину 31, прикрепляемую к верхней поверхности лыжи так, как это известно специалистам в данной области. В пластине 31 выполнены шипы, увеличивающие трение между ней и изнашиваемым слоем 13, выполненным из резины или другого подобного материала.
Лыжное крепление 30 содержит закрывающий механизм 35, прикрепленный к опорной пластине 31 и расположенный перед ней.
Кроме того, у лыжного крепления 30 имеется направляющий сектор 22, форма которого является ответной по отношению к переднему концевому участку 21, входящему в конструкцию фиксируемого элемента 20 крепления, выполненному в форме пластины и расположенному в передней зоне подошвы лыжного ботинка. Сектор 22 ограничен передней стенкой 24 и двумя боковыми стенками 33, причем все стенки выступают от опорной пластины 31 вверх. Предусмотрена возможность снабдить сектор 22, образующий на пластине 31 площадку для подошвы 12 лыжного ботинка между передней стенкой 24 и боковыми стенками 33 и доходящий до конца крепления 30, фрикционным паттерном или фрикционной поверхностью.
Кроме того, в лыжном креплении 30, конкретно в соответствующих боковых стенках 33 направляющего сектора 22, выполнены две прорези 32. Сектору 22 придана форма, позволяющая вводить в него продолжение 15 подошвы 12, которое выполнено в передней части элемента 20, фиксируемого лыжным креплением.
Лыжное крепление 30 содержит также выполненный с возможностью поворота зажим 40 для лыжного ботинка, имеющий дужку 41 зажима и прижимной элемент 27 и прикрепленный к опорной пластине 31. Предусмотрена возможность сформовать/выполнить зажим 40 в виде цельной детали. В процессе приведения зажима в открытое положение зажимная планка 25 будет с усилием отводиться вперед, оттягивая вместе с собой плечо 26 рычага, которое, в свою очередь, прикреплено к дужке 41 зажима и, таким образом, размыкает прижимной элемент 27. Плечо 26 рычага расположено между дужкой 41 зажима и зажимной планкой 25, которые прикреплены к опорной пластине 31 в двух точках с возможностью поворота независимо одна от другой. В открытом положении передний концевой участок 21, выполненный в виде пластины на гибкой подошве 12 лыжного ботинка вместе со своим продолжением 15 получит возможность оказаться вставленным в направляющий сектор 22, при этом концы продолжения 15 можно будет опустить в прорези 32, выполненные в боковых стенках 33 опорной пластины 31. В результате продолжение 15 оказывается введенным в ту же прорезь 32, в которую затем вводится прижимной элемент 27, используемый для закрывания фиксируемого элемента 20 и фиксации его в лыжном креплении 30. Дужку 41 зажима можно снабдить вырезами 28 и ввести в них промежуточную деталь, которая при выполнении толчка будет зажиматься между передней зоной верхней части 11 ботинка и вырезом 28 с целью индивидуальной подгонки возвратной точки ботинка после окончания толчка. Промежуточная деталь имеет продолговатую форму и может иметь длину, не превышающую расстояние между двумя боковыми стенками 33.
На фиг. 6 представлен фиксируемый элемент 20 подошвы 12 лыжного ботинка, представляющий собой часть лыжного крепления. Как показано на чертеже, боковые стенки 33, обеспечивающие стабилизирующий эффект в боковом направлении, и подошва 12 вместе с элементом 20, фиксируемым лыжным креплением, введены в направляющий сектор 22 и в прорезь 32, имеющиеся в лыжном креплении 30. Следует отметить, что, хотя на фиг. 6, иллюстрирующей подошву 12, зафиксированную в креплении 30, боковые стенки 33 находятся перед пальцевой частью ТР подошвы, возможен вариант, в котором они могут со стороны ботинка заходить (хотя и не слишком далеко) в пальцевую часть ТР подошвы 12 так, чтобы стенки 33 оканчивались у внешней стороны пальцев человека, надевшего лыжный ботинок (конкретно, на каждой стороне стопы соответственно у внешней стороны большого пальца и мизинца).
Высота боковых стенок 33 опорной пластины 31 достаточна для предотвращения смещения подошвы/ботинка вбок во время выполнения толчка, т.е. для обеспечения хорошего контроля лыжи. В сложенном положении зажимная планка 25 заглублена в крепление, т.е. гарантируется, что внешние объекты не могут стукнуть по замку или раскрыть его, а попадание снега в механизм крепления предотвращается. Прижимной элемент 27 будет введен в прорезь 32, обеспечивая таким образом возможность поперечных смещений. Его можно сконструировать с таким же поперечным размером, как и у продолжения 15 (см. фиг. 8а).
В закрытом состоянии устройства прижимной элемент 27 будет замкнут так, что его невозможно раскрыть. Зажимная планка 25 будет находиться в передней кромке крепления, причем предпочтительно планку 25 отцентрировать, хотя это и необязательно. В стандартном варианте в число материалов, из которых будет изготовлена планка 25, входят, на выбор, металл (например алюминий или пружинная сталь), углеродное волокно, стекловолокно (в том числе длинное), пластиковые материалы (термопластик, полимер, ПОМ, ПЭМ, ПЭТ, полиамиды, полиамидный композит, полуароматические материалы, пластиковое волокно), резина или композиты. Предпочтительно, чтобы в закрытом состоянии системы зажимная планка 25 была заглублена в крепление, но это необязательно. Чем больше усилие, приложенное к прижимному элементу 27, тем прочнее закрывается крепление.
Опорная пластина 31 лыжного крепления имеет основание, а также корпус 34 крепления, фиксирующий и защищающий внутренние компоненты. В типичном варианте пластина 31 будет приклеиваться непосредственно к лыже, устанавливаться прямо на лыжу посредством 2-5 винтов и отверстий под них или фиксироваться на пластинке, которая наклеивается или каким-то другим образом прикрепляется к лыже. В число материалов, из которых может быть выполнена пластина 31, входят устойчивые к охлаждению и износу металл, предпочтительно легкий, такой как алюминий, углеродное волокно, стекловолокно (в том числе длинное), прочные легкие пластиковые материалы (термопластик, полимер, ПОМ, ПЭМ, ПЭТ, полиамиды, полиамидный композит, полуароматические материалы, пластиковое волокно), резина или композиты. В типичном варианте материалы крепления будут иметь прочность на растяжение и жесткость, достигающие соответственно 300 МПа и 30000 МПа. Предусмотрена возможность сформовать/выполнить компоненты крепления в виде цельного блока. В типичном варианте в число материалов, из которых могут быть выполнены прижимной элемент 27, дужка 41 зажима и зажимная планка 25, входят, на выбор, углеродное волокно, стекловолокно (в том числе длинное), прочные легкие пластиковые материалы (термопластик, полимер, ПОМ, ПЭМ, ПЭТ, полиамиды, полиамидный композит, полуароматические материалы, пластиковое волокно), резина или композиты. Для передачи усилия от зажимной планки 25 к дужке 41 зажима и обратно между ними будет находиться плечо 26 рычага, причем предусмотрена возможность придать ему кривизну, обеспечивающую фиксацию продолжения 15, и выполнить его из тех же материалов, из которых изготовлена опорная пластина 31, включая соответствующий металл.
Чтобы гарантировать сохранение правильного положения плеча 26 рычага, зажимной планки 25 и зажимной дужки 41, их оси поворота соединены между собой, например, металлическими штифтами 50, проходящими через осевые отверстия. Для выполнения этого соединения могут быть использованы также и другие варианты, известные специалистам в этой области, такие как соединение в виде зажима или защелки.
Как показано на фиг. 7, крепление 30 будет содержать также пяточный фрикционный слой 16, нанесенный поперек лыжи. На слой 16 опирается пятка 14 подошвы 12. Он будет способствовать стабильности ботинка в поперечном направлении, создавая трение между лыжей 2 и подошвой, состоящей из резинового слоя 13 и волокнистого слоя подошвы 12. Предусмотрена возможность выполнить слой 16 в нескольких вариантах, учитывающих индивидуальные запросы лыжника. Толщину слоя 16 можно варьировать в интервале 0,1-1,5 мм.
Возможны варианты с выполнением пяточного фрикционного слоя отдельно от опорной пластины 31 или с перекрыванием опорной пластиной всей части лыжи от передней границы пластины 31 до пяточного участка. Под стопой, точнее под пальцевой частью ТР и/или под плюсневой частью МР, опорная пластина может быть шире лыжи, выступая на обеих сторонах лыжи, например, на 0,2-3 см и, тем самым, повышая стабильность при спуске по склону.
Смещение подошвы 12 лыжи относительно лыжного крепления 30 представлено на фиг. 8a-8d, иллюстрирующих наклон ботинка вперед в каждой фазе процесса выполнения толчка.
Как показано на фиг. 8b, во время начальной фазы выполнения толчка задняя часть RP приподнимается от крепления 30 и лыжи, в то время как основная зона плюсневой части МР, вся пальцевая часть ТР и вся передняя концевая часть FP подошвы находятся в контакте с креплением 30. Такая конфигурация деформации подошвы достигается за счет гибкости плюсневой части МР.
В следующей фазе толчка, показанной на фиг. 8с, задняя часть RP приподнимается дополнительно. На этой стадии вся плюсневая часть МР или ее основная зона приподнимаются от опорной пластины 31, однако пальцевая часть находится в контакте с лыжей и надавливает на ее поверхность. Такой вариант движения достигается за счет гибкости плюсневой части МР и пальцевой части ТР.
В финальной фазе толчка, показанной на фиг. 8d, вся плюсневая часть МР и вся пальцевая часть ТР или ее основная зона приподнимаются от опорной пластины 31. Такой вариант движения достигается за счет гибкости плюсневой части МР и пальцевой части ТР, а также благодаря креплению 30, поскольку оно надавливает на подошву лыжного ботинка в зоне передней кромки его верхней части 11 по направлению вниз.
По поводу фиг. 8d следует отметить, что в верхней части 11 ботинка расстояние от нижней поверхности пальцев до опорной пластины 31 не увеличилось или увеличилось меньше, чем в подошве, известной из уровня техники (см. фиг. 1a-1d), т.к. в своей пальцевой зоне подошва надежно зажата в креплении.
На фиг. 8b-8d черным кружком отмечена точка приложения давления, т.е. та самая задняя зона подошвы, которая еще находится в контакте с креплением во время выполнения толчка. На чертежах видно, что эта точка во время выполнения толчка непрерывно перемещается по лыже вперед по всей длине от заднего участка плюсневой части МР до передней зоны пальцевой части ТР.
Как показано на фиг. 9, гибкость подошвы 12 в продольном направлении для передней части FP и задней части RP относительно невелика, что соответствует высокому модулю упругости. В то же время гибкость подошвы 12 в продольном направлении для пальцевой части ТР и плюсневой части МР относительно велика, что соответствует низкому модулю упругости.
Фиг. 8с иллюстрирует и другие свойства лыжного крепления. Так, предусмотрена возможность выполнить в опорной пластине 31 литой фрикционный паттерн 29. Его можно сформовать в пластине 31 или, в виде фрикционного слоя, приклеить или иным образом зафиксировать на ней. Кроме того, под пяткой можно установить фрикционной паттерн 16 с шипами.
Фиг. 10 иллюстрирует ориентацию волокон и волокнистые слои в подошве 12.
На фиг. 11 показан фиксируемый элемент на участке между продолжением 15 и подошвой 12 лыжного ботинка. Продолжение 15 покрыто подошвой 12 и склеено или сплавлено с ней так, что оно оказывается заформованным в подошву 12. Предусмотрена возможность прикрепить на нижнюю поверхность переднего концевого участка подошвы вокруг продолжения 15, а также поверх подошвы 12 тканый материал 17. Тканым материалом, охватывающим переднюю зону подошвы, может быть жидкокристаллический полимер, ароматический сложный полиэфир, арамиды, кевлар, углеродное волокно, синтетическое волокно, тканый материал из сложного полиэфира, покрытый термопластичным композитом полиуретан/ПВХ, или другой тканый материал, заключенный в пластики.
Альтернативные технические решения
В приведенном выше описании упоминается корпус 34 крепления, расположенный перед элементом 20, фиксируемым лыжным креплением. Этот корпус может быть изготовлен, на выбор, из таких материалов, как углеродное волокно, наноуглеродное волокно, пластик, металлы, полимер, ПОМ, ПЭМ, ПЭТ, тефлон или композиты.
Фиг. 12 иллюстрирует другое техническое решение для крепления с показом зажимного устройства в открытом и закрытом положениях. Хорошо виден направляющий сектор 22, подгоняемый к переднему концевому участку 21 подошвы, выполненному в форме пластины.
На фиг. 13 показано более сложное техническое решение для зажимного устройства крепления. Это устройство можно открывать и закрывать лыжной палкой.
На фиг. 14 показан механизм, открывающий и закрывающий прижимной элемент 27 лыжного крепления. Механизм предназначен для открывания и закрывания посредством лыжной палки.
Фиг. 15а-15b и 16а-16b иллюстрируют лыжное крепление с закрывающим устройством 42, которое содержит конструкцию, состоящую из поперечной планки 44 и двух боковых планок 43, каждая из которых прикреплена к соответствующему концу планки 44. Планки 43 с возможностью поворота прикреплены к лыжному креплению 30. Таким образом, закрывающее устройство имеет возможность поворачиваться как одно целое относительно опорной пластины 31. На фиг. 15а и 16а закрывающее устройство 42 показано в открытом положении, а на фиг. 15b и 16b оно показано в положении, в котором лыжный ботинок (не показан) будет надежно зафиксирован в лыжном креплении.
Кроме того, закрывающее устройство 42 содержит один или более кулачковых элементов 46. Когда оно поворачивается пользователем, эти элементы будут поворачиваться вместе с боковыми планками 43. Кулачковые элементы 46 установлены под одним из концов поворотной зажимной дужки 41, в результате чего при повороте закрывающего устройства 42 в направлении, показанном стрелкой R на фиг. 16а, они переместят зажимную дужку так, что противоположный конец прижимного элемента 27 дужки отожмется вниз, зажав переднюю часть FP подошвы 12 лыжного ботинка (не показана), установленную в лыжном креплении 30. В результате подошва 12 удерживается в креплении 30. Когда закрывающее устройство 42 переводится в закрытое положение, поперечную планку предпочтительно установить в канавке 45 зажимной дужки 41, как это показано на чертежах. В закрытом положении устройства 42 кулачковый элемент 46 предпочтительно повернуть назад, в положение равновесия (т.е. в вертикальное положение). Тогда в закрытом положении закрывающего устройства 42 при попытке переместить вверх дужку 41 зажима и, тем самым, прижимной элемент 27 усилие, приложенное дужкой 41 зажима к кулачковому элементу 46, будет стремиться повернуть его и тем самым устройство 42 в направлении R поворота. В результате поперечная планка 44 нажимает вниз на дужку 41 зажима даже сильнее, и, следовательно, прижимной элемент 27 сильнее зажмет подошву лыжного ботинка, надежно фиксируя ее в лыжном креплении 30.
Как можно видеть на чертежах, подошва 12 лыжного ботинка может быть зафиксирована в лыжном креплении 30 прижимным элементом 27, прижимающим передний концевой участок 21 подошвы, выполненный в форме пластины, к опорной пластине 31. Чтобы более надежно закрепить подошву 12 в креплении 30, предусмотрена возможность дополнительно выполнить ее с продолжением 15, проходящим поперек участка 21 и выступающим за периметр подошвы, что позволяет вставить продолжение 15 в прорези 32 боковых стенок 33 крепления 30. Зажимной элемент также вставляется в прорези 32, прижимая продолжение 15 участка 21 к опорной пластине 31.
Перечень цифровых обозначений
2 - лыжа
10 - лыжный ботинок
11 - верхняя часть ботинка
12 - подошва лыжного ботинка
13 - изнашиваемый (резиновый) слой
14 - пяточная зона
15 - продолжение подошвы
16 - пяточный фрикционный паттерн
17 - тканый материал
20 - элемент, фиксируемый лыжным креплением
21 - передний концевой участок подошвы, выполненный в форме пластины
22 - направляющий сектор
24 - передняя стенка
25 - зажимная планка
26 - плечо рычага
27 - прижимной элемент
28 - вырез
29 - фрикционный паттерн крепления
30 - лыжное крепление
31 - опорная пластина
32 - прорезь в боковой стенке
33 - боковые стенки
34 - корпус крепления
35 - закрывающий механизм
40 - зажим для лыжного ботинка
41 - дужка зажима
42 - закрывающее устройство
43 - боковая планка
44 - поперечная планка
45 - канавка
46 - кулачковый элемент
50 - штифт
FP - передняя часть подошвы
RP - задняя часть подошвы
R - положение у задней стороны подошвы
F - передний конец подошвы 12 лыжного ботинка
ТР - пальцевая часть
МР - плюсневая часть
x-direction - продольное направление
y-direction - поперечное направление.