УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ДВИЖЕНИЯ В ТЕПЛО Российский патент 2009 года по МПК F24J3/00 F26B3/36 

Изобретение относится к устройству и способу преобразования энергии движения в тепло. Под энергией движения при этом понимают, в частности, энергию, возникающую в результате движения человека, такого как бег, езда на велосипеде, верховая езда и т.д. Устройство должно быть, например, пригодным для подошвы обуви, с помощью которой внутри ботинка во время бега вырабатывается тепло.

Возможности нагрева поверхностей, например, в традиционной обуви заключаются, в основном, в использовании нагревательных элементов, которые вырабатывают тепло в большинстве случаев посредством батарейки. Обычные нагревательные элементы встраивают в виде вкладной стельки в любой имеющийся ботинок, однако они соединены кабелем с батарейкой или аккумулятором, носимым на теле. Эти системы в зависимости от установленной мощности обеспечивают работу в течение 1-6 часов. По истечении этого полезного периода времени батарейки/аккумуляторы приходится соответственно менять или заряжать. Другой вид электронагревательных элементов обеспечивает быструю сушку внутреннего пространства ботинка, в результате чего, в том числе, должно быть уменьшено образование бактерий. Системы этого рода получают свою энергию из розетки или прикуривателя автомобиля. Нагревательные элементы в этих решениях выполнены в большинстве случаев в виде вкладных стелек. Другое решение состоит в надевании ботинка на электронагреваемую колодку.

Другой возможностью является вырабатывание тепла посредством химического процесса. При этом может использоваться, например, ацетат натрия (CH₃COONa) в виде переохлажденного расплава. При кристаллизации ацетат натрия отдает теплоту плавления, здесь теплоту кристаллизации. Так называемые тепловые подушки, известные также как и грелки для рук, могут быть использованы для нагрева обуви. Другой возможностью является вырабатывание тепла посредством угольного стержня, который при горении вырабатывает тепло.

Техника мягкой набивки обуви лежит, в основном, в применении различных полимерных пен или упругих пластиков, которые сжимаются лишь в небольшом объеме и посредством отдачи небольшой энергии достигают упругого восстановления энергии. Остальные пеноматериалы являются частично упруго сжимаемыми, а именно за счет того, что в пене заключены открытые или закрытые ячейки.

Известная обувь содержит, например, податливо сжимаемую подложку, которая расположена над, в основном, гибкой, прочной к истиранию наружной подошвой. Такие подложки изготавливают, например, из традиционных пеноматериалов, например этиленвинилацетата или полиуретана. Наружные подошвы изготовлены из традиционных, прочных к истиранию материалов, например из резиновой композиции.

Полости в обуви давно используют в качестве мягкой набивки для повышения удобства обуви, усиления поддержки ноги, уменьшения опасности возникновения травм и других вредных воздействий и снижения быстрой усталости ног. В целом, полости состоят из эластомерных материалов, формованных с возможностью образования, по меньшей мере, одного находящегося под давлением кармана или камеры. Обычно полость образует фактически много камер, расположенных в виде узора, выполненного с возможностью решения одной или нескольких упомянутых выше задач.

Камеры могут быть подвергнуты давлению целым рядом различных сред, таких, например, как воздух, различные газы, вода или другие жидкости.

Эти названные решения вырабатывания тепла имеют, однако, те недостатки, что вырабатывание тепла зависит исключительно от внешних источников энергии, которые имеют большой собственный вес и дороги или относительно сложны в изготовлении, к тому же отдают тепло только стопе. Помимо этого они почти не обеспечивают удобства носки, поскольку зависят от батареек/аккумуляторов, которые приходится носить на теле. Также они вырабатывают тепло всего на несколько часов. Тепловые подушки после активизации химического процесса вырабатывают тепло также лишь на короткое время и должны быть заменены новыми.

Применяемые в большинстве случаев для мягкой набивки пеноматериалы, например этиленвинилацетат или полиуретан, могут, правда, поглощать удары, однако снова отдают эту энергию лишь вяло или в небольшой степени в виде энергии отталкивания. Кроме того, эти материалы имеют тот недостаток, что за счет частого сжатия их упругость ослабевает, и они в большей или меньшей степени сплющиваются. Структура из различных слоев, состоящих из пеноматериалов или резины, также имеет тот недостаток, что они поглощают удары лишь незначительно и снова отдают эту энергию лишь вяло или лишь в небольшой степени в виде энергии отталкивания. Полости из эластомерных материалов, подвергнутых давлению воздухом, различными газами, водой или другими жидкостями, имеют тот недостаток, что они также сплющиваются и могут «осесть», когда они подвергаются высоким нагрузкам, например при занятиях спортом. Кроме того, они позволяют использовать лишь толстые подошвенные блоки, что связано с ограничением возможностей дизайна.

У этих возможностей нагрева обуви, как правило, устранение влаги и запаха, возникающих как результат влажности и накапливающихся в ботинке вследствие ножного пота, возникающего, в свою очередь, из-за плохой вентиляции ботинка, обеспечивается лишь недостаточно или за счет сложной механики. Известные до сих пор, вентилируемые ботинки содержат эластомеры или гибкие воздухонепроницаемые подушки, изготовленные из мягких материалов, таких, например, как резина, и имеющие множество отверстий в зоне подошвы, обеспечивающих вытеснение наружу пара. Они имеют, в том числе, тот недостаток, что они способствуют воздухообмену лишь недостаточно из-за силовых воздействий, возникающих при ходьбе или беге. К тому же прямые сквозные отверстия в зоне подошвы имеют тот недостаток, что они быстро забиваются грязью, и выработанное тепло не может быстро выходить.

В основе изобретения лежит задача создания устройства и способа преобразования энергии движения в тепло, которые позволяли бы использовать возникающую во время движений кинетическую энергию для вырабатывания тепла и обеспечивали бы его перераспределение. При использовании в качестве подошвенного блока для ботинок должно обеспечиваться, при необходимости, проветривание их внутреннего пространства и поддерживаться поглощение ударов. Устройство должно быть рентабельным в изготовлении конструктивно простым образом без электронных деталей.

Эта задача решается посредством признаков пп.1 и 58 формулы. Предпочтительные варианты осуществления изобретения являются объектом зависимых пунктов.

Согласно изобретению, устройство состоит из двух расположенных друг за другом в главном направлении движения фасонных частей, по меньшей мере, одна из которых состоит из полимера и выполнена упруго подвижной, и которые на противоположных друг другу поверхностях структурированы таким образом, что при сближении фасонных частей происходит поверхностное трение, в результате чего возникает тепло трения.

Способ заключается в том, что энергию движения посредством трения друг о друга противоположных структурированных поверхностей двух фасонных частей, по меньшей мере, одна из которых состоит из полимера, преобразуют в тепло.

По сравнению с известными решениями способ, согласно изобретению, имеет преимущество возникновения саморегулирующего эффекта за счет того, что сопротивление трения полимера уменьшается с повышением температуры, так что трение тогда уменьшается и вырабатывается меньше тепла. При более высокой наружной температуре вырабатывается, тем самым, меньше тепла, чем при более низкой наружной температуре. Эффект является очень действенным, в частности, тогда, когда обе фасонные части состоят из полимера.

Предпочтительным образом предусмотрено, что первая фасонная часть имеет ребристые или шиповидные выступы, входящие в противоположные выемки между выступами второй фасонной части с возможностью трения друг о друга противоположных выступов первой и второй фасонных частей.

Далее преимущественно предусмотрено, что выступы и противоположные им выемки имеют разные углы наклона.

Целесообразно выступы и противоположные им выемки выполнены кольцеобразными или полосовидными.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, образованная между первой и второй фасонными частями полость может быть заполнена воздухом, газом, гелем, порошком или жидкостью.

Фасонные части могут быть предпочтительно связаны с латентными аккумулирующими материалами, например микроскопически мелкими пластмассовыми шариками, содержащими в своем ядре аккумулирующую среду из восков. Микрокапсулированные аккумулирующие среды этого рода распространяются фирмой BASF, в том числе под торговой маркой Micronal. При воздействии тепла или холода воск в аккумулирующих капсулах соответственно плавится или застывает. Энергопоглощение этих воскообразных парафинов в три раза выше, чем воды. Таким образом, они регулируют окружающую температуру: если фасонные части вырабатывают тепло, то латентные аккумуляторы тепла поглощают его, если же оно уменьшается, например, в ожидании автобуса, то они отдают тепло. Во время фазового превращения температура остается постоянной. «Скрыто» аккумулированное во время фазового превращения тепло называется латентным теплом. Речь здесь идет об обратимом процессе, происходящем в области плавления воска.

Латентный аккумулятор тепла может быть снабжен индикаторным красителем, чтобы сделать оптически видимым изменения температуры.

Целесообразно первая и вторая фасонные части в ненагруженном состоянии могут быть, по меньшей мере, частично удалены друг от друга, например посредством дистанционных элементов.

Они могут быть изготовлены также из одного куска и соединены шарниром, а, при необходимости, снабжены на ответной стороне застежкой.

В качестве альтернативы они могут быть также склеены между собой.

Фасонные части изготавливают целесообразно из эластичного пластика.

Предпочтительно внутри материала фасонных частей (1, 2) находится металл в виде проволоки и/или металлического порошка.

Фасонные части могут состоять также из электро- или термоактивного полимера. У электроактивного полимера можно, прикладывая электрическое напряжение, установить различные свойства материала. Термоактивные полимеры изменяют свои свойства с изменением температуры.

Фасонные части могут быть составными частями конструкции различных предметов обихода, в или на которых желательно вырабатывание тепла, например обуви, седел, ручек, вкладышей в перчатки или текстильных изделиях и т.д.

Если устройство является частью подошвы для обуви, то первая фасонная часть выполнена в виде верхней упругой части подошвы, а вторая фасонная часть - в виде нижней части подошвы, причем части подошвы предусмотрены, по меньшей мере, в пяточной части ботинка.

Особенно предпочтительным образом предусмотрено, что внутри или под нижней частью подошвы находится проходящий от пяточной части, по меньшей мере, до другой части ботинка, заполненный жидкостью шланг, в кольцеобразном контуре которого расположено, по меньшей мере, одно сквозное отверстие одностороннего действия, что шланг (26) соединен с латентным аккумулятором тепла.

При этом шланг снабжен индикаторным красителем.

Целесообразным является то, что другая часть ботинка представляет собой зону предплюсны, зону пальцев, зону подъема или зону икры.

Также целесообразным является то, что верхняя и нижняя части подошвы уложены в подложку подошвы.

При нажатии на пяточную часть жидкость, нагревшаяся в этой части, транспортируется в контуре в другие части ботинка и может снова отдавать там тепло.

Эта мера дает возможность преобразовать кинетическую энергию в тепло и обеспечить температурный обмен, побуждаемый кинетической энергией. Ботинки пригодны поэтому для ношения, в частности, в более холодное время года или в холодной местности. Тепло, возникающее при беге, по меньшей мере, в пяточной части, транспортируется в зону, которой угрожает холод, например к пальцам. Нога равномерно нагревается, что создает приятное чувство комфорта. Опасность обморожений существенно уменьшается.

Другим предпочтительным образом предусмотрено, что верхняя и нижняя части подошвы в ненагруженном состоянии, по меньшей мере, частично удалены друг от друга. Таким образом, между верхней и нижней частями подошвы образуется полость. Полость может быть, при необходимости, заполнена газом, гелем или жидкостью. Если она не заполнена, то через вентиляционные отверстия в частях подошвы при беге может происходить постоянный воздухообмен наружу. Дополнительно может быть предусмотрено, что вентиляционные отверстия снабжены соответственно, по меньшей мере, одним впускным и одним выпускным клапанами. Всасываемый в одном месте воздух может направляться тогда до выпуска целенаправленно через заданные зоны подошвенного блока.

Согласно другому предпочтительному признаку изобретения, верхняя и нижняя части подошвы изготовлены из одного куска и соединены с шарниром.

Тепло трения вырабатывается целесообразно посредством выступов на одной части подошвы и соответствующих углублений на другой части подошвы, которые при беге трутся друг от друга. Для усиления этого эффекта поверхность углублений/выступов может быть сделана шероховатой, снабжена соответствующим покрытием или еще раз структурирована, например, посредством чешуевидной структуры.

Для повышения удобства носки может быть дополнительно предусмотрена вкладная стелька, которая тогда целесообразно также снабжена вентиляционными отверстиями. Может быть также предусмотрено, что части подошвы сами выполнены в виде вкладной стельки, так что создающий тепло эффект может быть использован и для других ботинок.

Предпочтительным является то, что верхняя и нижняя части подошвы выполнены подковообразными.

Целесообразным является то, что верхняя и нижняя части подошвы выполнены с возможностью соединения винтом.

Винт имеет прямоугольные крючки, зацепляющиеся за шлицеобразные отверстия в задней части подошвы.

Части подошвы изготавливают целесообразно из термопласта. При этом может быть использовано преимущество того, что гибкость материала зависит от его температуры. Если температура низкая, то гибкость меньше, в результате чего сопротивление трения возрастает и тепло вырабатывается быстро. При возрастании температуры, напротив, сопротивление трения уменьшается, что вызывает эффект саморегулирования.

Предпочтительным является то, что части подошвы, по меньшей мере, частично состоят из твердой резины.

Целесообразным является то, что части подошвы, по меньшей мере, частично состоят из нейлона, а также то, что части подошвы, по меньшей мере, частично состоят из этиленвинилацетата.

Целесообразным является то, что части подошвы, по меньшей мере, частично состоят из углеволокнистого композита.

Вариант изобретения предусматривает то, что устройство является частью конструкции велосипедного седла, а также то, что оно является частью конструкции лошадиного седла.

Изобретение более подробно поясняется ниже на примерах его осуществления. На соответствующих чертежах изображают:

- фиг.1: устройство, согласно изобретению, в сечении;

- фиг.2: сечение соответствующего латентного аккумулятора тепла;

- фиг.3: сечение подошвы, изготовленной согласно изобретению, ботинка;

- фиг.4: вид сверху подошвы из фиг.3 в пяточной части;

- фиг.5: сечение другого варианта подошвы, изготовленной согласно изобретению, ботинка;

- фиг.6: разрез подошвы, согласно изобретению, который предназначен для использования в пяточной части и верхняя и нижняя части которого еще не сложены;

- фиг.7: разрез подошвы блока из фиг.6 после складывания;

- фиг.8: вид сверху подошвы, который предназначен для использования в пяточной части и верхняя и нижняя части которого соединены между собой посредством вставленного соединительного винта;

- фиг.9: разрез другого варианта подошвы, согласно изобретению;

- фиг.10: соединительный винт в разрезе;

- фиг.11: соединительный винт при виде сверху;

- фиг.12: расположение шланга и соответствующих клапанов для переноса выработанного в подошве тепла;

- фиг.13: вариант подошвы блока с впускным и выпускным клапанами для вентиляционных отверстий;

- фиг.14: вкладную стельку, выполненную, согласно изобретению;

- фиг.15: вкладную стельку из фиг.14 в разрезе;

- фиг.16: другой вариант устройства, согласно изобретению, в сечении;

- фиг.17: еще один вариант устройства в сжатом состоянии;

- фиг.18: этот вариант в отделенном состоянии;

- фиг.19: выполненное в виде воздушной подушки устройство при виде сверху;

- фиг.20: воздушную подушку из фиг.19 в разрезе;

- фиг.21: вариант с выступами другой формы;

- фиг.22: другой вариант с выступами особой формы в отделенном состоянии фасонных частей;

- фиг.23: вариант из фиг.21 в сжатом состоянии фасонных частей;

- фиг.24: выполнение варианта из фиг.22;

- фиг.25: вариант с выступами другой особой формы в отделенном состоянии фасонных частей;

- фиг.26: вариант из фиг.25 в сжатом состоянии фасонных частей;

- фиг.27: распорку для фасонных частей;

- фиг.28: пример поверхности выступа при виде сверху;

- фиг.29: поверхность при виде сбоку;

- фиг.30: велосипедное седло с устройством, согласно изобретению, в разрезе в качестве примера применения;

- фиг.31: рукоятку руля велосипеда с устройством, согласно изобретению, в сечении;

- фиг.32: пример вкладной стельки с вырабатывающим тепло устройством;

- фиг.33: перчатку с устройством;

- фиг.34: составную конструкцию внутренней стельки ботинка с устройством;

- фиг.35: устройство аналогично фиг.1 с дополнительным изоляционным слоем.

На фиг.1 в разрезе изображено устройство, согласно изобретению, в виде отдельной детали. Устройство состоит из первой верхней фасонной части 1 и второй нижней фасонной части 2. Обе фасонные части 1, 2 имеют кольцеобразно проходящие, ребристые выступы 3, 4, расположенные, однако, под разными углами наклона. При нажатии на первую фасонную часть 1 ее выступы 3 входят в выемки 5, образованные между выступами 4 второй нижней фасонной части 2. За счет наклонного расположения выступов 4 относительно выступов 3 первой фасонной части 1 последние скользят против сопротивления выступов 4 в выемки 5. В результате движения на поверхности выступов 1, 2 возникает тепло трения, направляемое затем дальше фасонными частями 1, 2.

На фиг.2 в качестве примера изображено сечение латентного аккумулятора тепла, который может быть связан с устройством и поглощает выработанное тепло трения.

Латентный аккумулятор тепла содержит микроскопически мелкие пластмассовые шарики 6, содержащие в своем ядре аккумулирующую среду из восков. При воздействии тепла или холода воск в пластмассовых шариках 6 соответственно плавится или застывает. Энергопоглощение этих воскообразных парафинов в три раза выше, чем воды. Если устройство вырабатывает тепло, то латентный аккумулятор тепла поглощает его, если же оно уменьшается, то он отдает тепло. Во время фазового превращения температура остается постоянной. Пластмассовые шарики 6 связаны несущим веществом 7, например акрилатом.

На фиг.3 в качестве области применения изобретения в разрезе изображена подошва для ботинка. Вырабатывающее тепло устройство интегрировано в пяточную часть подложки 8. На фиг.4 пяточная вставка изображена при виде сверху. Ребра проходят здесь также кольцеобразно. Опыты показали, что этот генератор тепла нагревается при беге на 7°.

На фиг.5 в разрезе изображена другая подошва. Верхняя часть 9 подошвы имеет направленные вниз компактные, однако гибкие выступы 10. Материал нижней части 11 подошвы имеет направленные внутрь углубления 12, расположенные под углом наклона к выступам 10. Нижняя часть 11 и углубления 12 имеют шероховатую поверхность 13. Эта текстура может быть получена посредством накладки материала, например ворсистого слоя или поверхностного структурирования. Нижняя 11 и верхняя 9 части соединены между собой сбоку шарниром 14, как это лучше видно на фиг.6. При складывании верхней 9 и нижней 11 частей они располагаются друг над другом и соединены между собой застежкой 15. За счет выпуклой формы на фиг.6 и 7 после складывания верхней 9 и нижней 11 частей образуется полость 16. Для повышения удобства носки над подошвой размещена вкладная стелька 17 анатомической формы.

При сжатии верхней 9 и нижней 11 частей, например за счет ступания пяткой, выступы 10 входят в расположенные под косым углом углубления 12. За счет наклонного расположения углублений 12 относительно выступов 10 слегка гибкие выступы 10 могут скользить в углубления 12 только за счет прижимного усилия против сопротивления шероховатой поверхности 13 и за счет своего сгибания. Комбинация прижимного усилия и движения (скольжение против сопротивления шероховатой поверхности 13) на гладкой поверхности выступов 10 возникает тепло трения.

Выступы 10 могут быть расположены с возможностью постоянного нахождения в углублениях 12 и возвратно-поступательного движения в них по типу поршня.

За счет прижимного усилия или при ступании ногой выпуклый вверх подошвенный блок благодаря гибкости материала сжимается вниз вследствие деформации всего подошвенного блока. При сжатии находящийся в полости 16 воздух выходит через вентиляционные отверстия 18, а также вентиляционные отверстия 19, выполненные во вкладной стельке 17.

При снятии усилия, например при подъеме ноги, подошва за счет свойств своего материала, распорок или заключенного воздуха, а также своей формы возвращается в свое первоначальное положение. За счет растягивающего усилия верхней 9 и нижней 11 частей выступы 10 против сопротивления шероховатой поверхности 13 и против косого выходного угла вытягиваются из углублений 12. За счет растягивающего усилия на поверхностях выступов 10 и углублений 12 возникает тепло трения. Полость 16 увеличивается, и через вентиляционные отверстия 18, а также вентиляционные отверстия 19 во вкладной стельке 17 всасывается воздух.

На фиг.9 изображены второй вариант выполнения выступов 10, имеющих здесь штифтообразную форму, а также их взаимодействие с углублениями 12, здесь с поверхностями, по которым соскальзывают штифтообразные выступы 10 при ступании.

Для того чтобы подошва могла подойти к подложке 20, в последней выполнена выемка 21, в которой подошва опирается на опорные кромки 22, состоящие из материала подложки 20. Находящееся ниже пространство дает достаточно места для вдавливания подошвы, когда на него нажимают, например, за счет воздействия усилия, как оно возникает при ходьбе. На нижнюю сторону подложки 20 накладывают наружную подошву 23, состоящую из традиционных, стойких к истиранию материалов, например резиновой композиции. На нижней стороне вкладной стельки 17 находятся распорки 24, препятствующие длительному закрыванию вентиляционных отверстий 18. Одновременно верхняя 9 и нижняя 11 части и движение выступов 10 против сопротивления шероховатых поверхностей 13 и косых входных углов углублений 12 воспринимают большую часть усилия, которое действует на подошву, например, при ходьбе. (При заполнении полости между верхней 9 и нижней 11 частями также за счет заключенного газа или заключенной жидкости). Часть кинетической энергии преобразуется в тепло трения. Часть усилия, которую подошва не может воспринять, поглощается податливым, сжимаемым материалом заполненного жидкостью 25, расположенного зигзагообразно шланга 26 и податливым, сжимаемым материалом подложки 20, а также наружной подошвой 23. За счет сжатия шланга 26 находящаяся в нем жидкость 25 нагнетается через два сквозных отверстия 27 одностороннего действия в расположенный также зигзагообразно участок шланга 26, находящийся в носочной части. На фиг.12 изображен контур уложенного в нижнюю часть 11 шланга 26. При устранении воздействия усилия или при подъеме или обкатывании ноги выступы 10 вытягиваются из углублений 12 с возникновением тепла трения, верхняя 9 и нижняя 11 части за счет упругих свойств своего материала возвращаются в свое исходное положение, и одновременно, например, отталкивается нога. Полость 16, находящаяся между верхней 9 и нижней 11 частями, увеличивается. За счет всасывающего действия воздух проникает через вентиляционные отверстия 18 и вентиляционные отверстия 19 вкладной стельки 17. Воздух всасывается из внутреннего пространства ботинка в полость 16. Шланг 26 за счет своей упругости сжимается до своей первоначальной формы. Возникает всасывающее действие. Нагнетенная предварительно в носочную часть жидкость 25 за счет всасывающего действия материала шланга 26 и переноса веса на носочную часть нагнетается обратно в пяточную часть, поскольку участок шланга 26 в носочной части и участок шланга 26 в пяточной части снабжены на своих соответствующих концах сквозными отверстиями 27 одностороннего действия, которые обеспечивают протекание жидкости 25 только в том же направлении. Жидкость 25 течет, будучи приведена в движение возникающей, например, при беге кинетической энергией, в одном направлении, что можно сравнить с кровообращением. Посредством циркулирующей жидкости 25 выработанное тепло направляется дальше к любым местам ботинка. Так, теперь можно направить тепло дальше к подъему стопы, пальцам или в голенище сапога. Разрыву шланга 26 препятствуют заключенные в контур воздушные пузырьки, которые при очень сильном, действующем по всей площади стопы нажатии сжимаются, препятствуя, тем самым, разрыву шланга 26 или сквозных отверстий 27 одностороннего действия.

Шланг 26 может быть закреплен на подложке 20 точками клея-расплава. Возможно также выполнение из материала верхней части 9 и/или нижней части 11 держателей для шланга 26. Расположение без необходимости удержания шланга 26 возникает тогда, когда шланг 26 посредством частичного склеивания или сваривания верхней 9 и нижней 11 частей соединяют с образованием кольцеобразного контура шланга.

Для того чтобы ботинки с подошвой, согласно изобретению, можно было носить также при более высоких температурах или заменять его при износе, можно удалить его из выемки 21 и заменить новой подошвой или таким, который имеет измененные свойства, например меньшее тепловыделение и/или более интенсивную вентиляцию. Одна возможность, с которой можно уменьшить вырабатывание тепла, состоит в размещении соединительного винта 28, а именно посредством вставки в отверстия 29, находящиеся в верхней 9 и нижней 11 частях. Соединительный винт 28 имеет крючки 30, которые позволяют соединить между собой верхнюю 9 и нижнюю 11 части. В зависимости от выполнения соединительного винта 28 уменьшают радиус движения и, тем самым, уменьшают или полностью предотвращают тепловыделение. На верхней стороне соединительного винта 28 выполнена насечка 31, с помощью которой его можно вращать, например, монетой. Если отверстия 29 выполнены шлицеобразными, то крючки 30 при вращении соединительного винта 28 входят в пустоту, и его можно извлечь, просто вынув. Чтобы соединительный винт 28 не выступал, верхняя часть 9 в месте отверстий 29 снабжена выемкой 32 в материале.

Верх 33 ботинка, прочно соединенный с подложкой 20 и, при необходимости, с подошвой, состоит из типичных для этого применения материалов, например кожи или текстильной ткани.

В зависимости от области носки обуви толщина материала подошвы, а также шланга 26 и сквозных отверстий 27 одностороннего действия может быть разной. Например, для удобства носки обуви для отдыха желательно, чтобы вырабатывающие тепло свойства при нормальном хождении создавали максимальное действие. Это достигается за счет выбора более тонкого или эластичного материала. Напротив, в спортивной обуви желательно, чтобы максимальное перераспределение тепла, например вырабатывание тепла, достигалось при занятиях спортом, таким как бег трусцой, быстрый бег, а не только или уже при нормальном хождении. Это достигается посредством материала, из которого состоят подошва, шланг 26 и сквозные отверстия 27 одностороннего действия и который позволяет достичь максимального тепла трения и максимального перераспределения тепла только при предельных нагрузках, например при приземлении после прыжка.

Подошву изготавливают методом литья под давлением из одной детали, которая состоит, например, из стабильного податливого пластика, например нейлона или ПЭТ.

В другом варианте осуществления изобретения на фиг.13 в подошве находятся, по меньшей мере, один впускной клапан 34 и один выпускной клапан 35, которые могут быть выполнены идентичными, однако установлены в разных направлениях по отношению к полости 16. При разгрузке подошвы, например при подъеме ноги, полость 16 между верхней 9 и нижней 11 частями увеличивается, и возникает разрежение; связанный с внутренним пространством ботинка впускной клапан 34 открывается. Наружный воздух через установленный, например, в подложке 20 впускной клапан 34 проникает в полость 16. В зависимости от температуры наружного воздуха изменяется гибкость материала, из которого состоит подошва. Если температура наружного воздуха низкая, то гибкость материала уменьшается, в результате чего повышается сопротивление, с которым выступ 10 скользит в углубление 12; вырабатывается много тепла трения. Оно нагревает находящийся в полости 16 свежий воздух. При нагрузке подошвы, например ступании ногой, полость 16 уменьшается и возникает избыточное давление; впускной клапан 34, находящийся, например, в материале подложки 20, открывается, и нагретый свежий воздух проникает через выпускной клапан 35 внутрь ботинка.

Если же температура наружного воздуха высокая или подошва уже нагрета теплом трения, то материал подошы, в частности выступа 10, становится гибким, в результате чего сопротивление, с которым выступ 10 скользит в углубление 12, уменьшается, и вырабатывается меньше тепла трения.

Благодаря этим свойствам материала вырабатывание тепла подошвой саморегулируется. Наружный воздух, при необходимости, нагревается автоматически, прежде чем он будет накачиваться внутрь ботинка.

Проникновение воды и/или грязи в подошву предотвращено, например, за счет микроволокнистого слоя.

Термочувствительность может быть еще более повышена, если выступы 10 выполнены в виде пластин, изображенных на фиг.15 и 1.

На фиг.14 и 15 помимо пластин показана также возникающая за счет подошвы, согласно изобретению, возможность изготовления вырабатывающей тепло вкладной стельки. На фиг.14 такая вкладная стелька показана при виде сверху, а на фиг.15 - в разрезе.

Верхняя 9 и нижняя 11 части состоят при этом из гибкого пластика. При нагрузке подошвы, например при ступании ногой, дистанционные элементы 36 между верхней 9 и нижней 11 частями сжимаются. Верхняя часть 9 опускается за счет сопротивления, с которым выполненный в виде пластины выступ 10 скользит в углубление 12, и вырабатывается тепло трения. Когда подошва нагрета теплом трения, материал подошвы, в частности выступа 10, становится гибким, в результате чего сопротивление, с которым выступ 10 скользит в углубление 12, уменьшается. Это вызывает постоянное вырабатывание тепла. Максимальные температуры не превышаются независимо от интервала нагрузки. При разгрузке подошвы, например при подъеме ноги, дистанционные элементы 36 растягиваются, и верхняя часть 9 поднимается, в результате чего выступ 10 выдавливается из углубления 12. Через вентиляционные отверстия 18, выполненные предпочтительно в виде перфорации, находящейся в верхней части 9, тепло трения может отдаваться внутреннему пространству ботинка или ноге быстрее и равномернее. Можно было бы предусмотреть также расположение различных температурных зон на поверхности вкладной стельки. Это достигалось бы за счет разного характера выступов 10 и/или углублений 12. Верхняя 9 и нижняя 11 части соединены между собой предпочтительно посредством склеивания или термопластичного сплавления.

На фиг.2 изображен другой вид структурирования фасонных частей 1, 2. Структуры образованы здесь только плоскими дугообразными выступами 37, 38, которые прилегают друг к другу в точках своего изгиба и вырабатывают там при возвратно-поступательном движении тепло трения.

На фиг.17, 18 изображен другой вариант фасонных частей 1, 2 с шиповидными выступами 39, 40. Выступы 39, 40 смещены по отношению друг к другу в шахматном порядке. Между выступами 39, 40 находятся меньшие выступы 41, 42. Преимущество этого устройства в том, что обе фасонные части 1, 2 имеют одинаковую структуру и могут представлять собой либо одинаковые детали, либо могут быть вырезаны из общего исходного материала.

На фиг.19, 20 изображено устройство, выполненное в виде воздушной подушки. Фасонные части 1, 2 сварены по краям 43, образуя воздухонепроницаемую полость. Подобная воздушная подушка создает существенно большие возвратные усилия, чем устройство, возвратное усилие которого создается исключительно упругостью фасонных частей 1,2.

Для достижения большего аккумулирования тепла полость может быть заполнена также гелем или жидкостью.

На фиг.21 изображен другой вариант. Здесь против выступов 3 верхней фасонной части 1 крест-накрест расположены шипы 44, также обладающие высоким возвратным усилием.

На фиг.22, 23 изображено устройство с бочкообразными выступами 3, 4, которые могут быть расположены кольцеобразно или иметь форму расположенных в шахматном порядке шипов.

На фиг.24 выступы 3, 4 разрезаны. Преимущество этой меры в том, что возвратные усилия при износе синтетического материала вызывают на поверхностях трения подстройку. Это способствует также эффекту саморегулирования. Устройство может быть выполнено в виде замкнутой конструкции, заполненной, при необходимости, гелем, газом или жидкостью.

На фиг.25, 26 изображен еще один вариант. Выступы 3 верхней фасонной части заканчиваются щеткообразными продолжениями 45, которые при сближении фасонных частей 1, 2 расходятся в стороны.

На фиг.27 изображены распорки 46 для расположения фасонных частей 1, 2 на расстоянии друг от друга. Распорки 46 выполнены в виде втулок 47, в которых пружина 48 создает необходимое возвратное усилие.

На фиг.28, 29 изображен пример поверхностной структуры выступов 3 и/или 4, которая имеет чешуевидную форму (чешуйки 54) и повышает, таким образом, сопротивление трения.

На фиг.30 изображено сечение велосипедного седла, в которое интегрировано устройство для вырабатывания тепла, согласно изобретению. За счет постоянного движения, испытываемого седлом, устройство заботится о том, чтобы седло даже при низких температурах оставалось приятно теплым. Велосипедное седло может быть выполнено с возможностью извлечения устройства для вырабатывания тепла с тем, чтобы его при более высоких окружающих температурах можно было заменить пенопластовым сердечником.

На фиг.31 изображено сечение велосипедной рукоятки с интегрированным устройством для вырабатывания тепла. Рукоятка нагревается, когда она сжимается в результате тряски при езде, упруго деформируясь при этом.

На фиг.32 изображена фасонная часть, являющаяся здесь частью сменной вкладной стельки. В зависимости от используемой вкладкой стельки могут быть изменены свойства носки ботинка. С внутренней стелькой вкладную стельку соединяют застежками, например «липучками» или механическими застежками. Целесообразно фасонные части 1, 2 имеют на своих краях уплотнения 53, которые обеспечивают циркуляцию воздуха через вентиляционные отверстия 19.

Выступы 3, 4 расположены здесь волнообразно, что существенно повышает сопротивление трения.

Нижние фасонные части 2 могут быть неотъемлемой составной частью подошвы ботинка.

На фиг.33 показана возможная область применения в текстильных изделиях, здесь в перчатке. Фасонные части 1 надеты здесь сверху и могут быть заменены другими. Перчатка может быть, например, рабочей или лыжной перчаткой.

На фиг.34 изображена составная конструкция внутренней стельки ботинка, которая вырабатывает тепло, вентилирует ногу и обладает одновременно ударопоглощающим действием.

Конструкция содержит посередине соединительную трубку 50, в которой находится перемычка 49, обеспечивающая контролируемый выход вытесненного воздуха из задней зоны стопы в переднюю. Этим изменяют ударопоглощающие свойства в области задней зоны стопы.

Из передней зоны предварительно нагнетенный воздух выходит из вентиляционных отверстий 19 в зоне предплюсны. Это имеет то преимущество, что нагреваются особенно восприимчивые к холоду пальцы.

Задняя зона при подъеме ноги всасывает окружающий воздух. Для предотвращения проникновения грязи или воды воздуховпускное отверстие закрыто мембраной 48. Количество воздуха, всасываемое при разгрузке задней зоны, может регулироваться дроссельным клапаном 52. Это позволяет целенаправленно управлять теплом. Впускной клапан 34 препятствует выходу всосанного воздуха наружу.

На фиг.35 изображено устройство аналогично фиг.1 с тем отличием, что под лежащей внизу фасонной частью 2 находится изолирующий слой 51, отражающий вырабатываемое тепло в направлении тела.

Перечень ссылочных позиций деталей кинетической подошвы

1 - (первая) фасонная часть

2 - (вторая) фасонная часть

3 - выступ

4 - выступ

5 - выемка

6 - пластмассовые шарики

7 - несущее вещество

8 - подложка

9 - верхняя часть

10 - выступ

11 - нижняя часть

12 - углубление

13 - поверхность

14 - шарнир

15 - застежка

16 - полость

17 - вкладная стелька

18 - вентиляционное отверстие

19 - вентиляционные отверстия

20 - подложка

21 - выемка

22 - опорные кромки

23 - наружная подошва

24 - распорка

25 - жидкость

26 - шланг

27 - сквозное отверстие одностороннего действия

28 - соединительный винт

29 - отверстие

30 - крючок

31 - насечка

32 - выемка в материале

33 - верх ботинка

34 - впускной клапан

35 - выпускной клапан

36 - дистанционный элемент

37 - выступ

38 - выступ

39 - выступ

40 - выступ

41 - выступ

42 - выступ

43 - края

44 - шипы

45 - продолжения

46 - распорка

47 - пружина

48 - мембрана

49 - перемычка

50 - соединительная трубка

51 - изолирующий слой

52 - дроссельный клапан

53 - уплотнение

54 - чешуйки

Изобретение относится к устройствам и способам преобразования энергии движения в тепло. Под энергией движения при этом понимают, в частности, энергию, возникающую в результате движения человека, такого как бег, езда на велосипеде, верховая езда и т.д. Тепло вырабатывают посредством двух расположенных друг за другом в главном направлении движения фасонных частей, по меньшей мере, одна из которых состоит из полимера и выполнена упруго подвижной, и которые на противоположных друг другу поверхностях структурированы таким образом, что при сближении фасонных частей происходит поверхностное трение, в результате которого возникает тепло трения. Техническим результатом является создание устройства и способа преобразования энергии движения в тепло, которые позволяли бы использовать возникающую во время движений кинетическую энергию для вырабатывания тепла и обеспечивали бы его перераспределение, а также получение саморегулирующего эффекта при реализации способа. 2 н. и 56 з.п. ф-лы, 35 ил.

1. Устройство для преобразования энергии движения в тепло, характеризующееся тем, что оно содержит две расположенные друг за другом в главном направлении движения фасонные части (1, 2), по меньшей мере, одна из которых состоит из полимера и выполнена упруго подвижной, и которые на противоположных друг другу поверхностях структурированы таким образом, что при сближении фасонных частей (1, 2) происходит поверхностное трение, в результате чего возникает тепло трения.

2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что первая фасонная часть (1) имеет ребристые или шиловидные выступы (3), входящие в противоположные выемки (5) между выступами (4) второй фасонной части (2) с возможностью трения друг о друга противоположных выступов (3, 4) первой и второй фасонных частей (1,2).

3. Устройство по п.1 или 2, характеризующееся тем, что выступы (3, 4) выполнены бочкообразными.

4. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что выступы (3, 4) разрезаны.

5. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что выступы (3) первой фасонной части (1) выполнены шиловидными с возможностью вхождения между расположенными крест-накрест шипами (44) второй фасонной части (2).

6. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что выступы (3) первой фасонной части (1, 2) заканчиваются щеткообразными продолжениями (45).

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выступы (3) и противоположные им выемки (5) имеют разные углы наклона.

8. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что выступы (3) и противоположные им выемки (5) расположены кольцеобразно.

9. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что образованная между первой и второй фасонными частями (1, 2) полость заполнена воздухом, газом, гелем, порошком или жидкостью.

10. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что выступы (3) и противоположные им выемки (5) расположены в виде полос.

11. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что поверхность (13), по меньшей мере, одной из фасонных частей (1, 2) выполнена шероховатой или структурированной.

12. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что, по меньшей мере, одна из фасонных частей (1, 2) соединена с аккумулирующим тепло материалом.

13. Устройство по п.12, характеризующееся тем, что аккумулирующий тепло материал представляет собой латентный аккумулятор тепла с микрокапсулированной аккумулирующей средой.

14. Устройство по п.13, характеризующееся тем, что латентный аккумулятор тепла снабжен индикаторным красителем.

15. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что первая и вторая фасонные части (1, 2) в ненагруженном состоянии, по меньшей мере, частично удалены друг от друга.

16. Устройство по п.15, характеризующееся тем, что первая и вторая фасонные части (1, 2) удалены друг от друга посредством дистанционных элементов (36).

17. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что первая и вторая фасонные части (1, 2) изготовлены из одного куска и соединены шарниром (14).

18. Устройство по п.17, характеризующееся тем, что первая и вторая фасонные части (1, 2) соединены между собой застежкой (15).

19. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что первая и вторая фасонные части (1, 2) склеены между собой.

20. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что первая и вторая фасонные части (1, 2) соединены между собой посредством термопластичного сплавления.

21. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что, по меньшей мере, одна из фасонных частей (1, 2) снабжена индикаторным красителем.

22. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что фасонные части (1, 2) состоят из упругого пластика.

23. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что внутри материала фасонных частей (1, 2) находится металл в виде проволоки и/или металлического порошка.

24. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что фасонные части (1, 2) состоят из электро- или термоактивного полимера.

25. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что оно является частью подошвенного блока для ботинок, первая фасонная часть (1) образует верхнюю, выполненную упругой часть (9) подошвы, а вторая фасонная часть (2) - нижнюю часть (11) подошвы, причем части (9, 11) подошвы расположены, по меньшей мере, в пяточной части ботинка.

26. Устройство по п.25, характеризующееся тем, что внутри или под нижней частью (11) подошвы находится проходящий от пяточной части, по меньшей мере, до одной другой части ботинка, заполненный жидкостью (25) шланг (26), в кольцеобразном контуре которого выполнено, по меньшей мере, одно сквозное отверстие (27) одностороннего действия.

27. Устройство по п.26, характеризующееся тем, что шланг (26) состоит из эластичного материала.

28. Устройство по п.26 или 27, характеризующееся тем, что шланг (26) соединен с латентным аккумулятором тепла.

29. Устройство по п.26, характеризующееся тем, что шланг (26) снабжен индикаторным красителем.

30. Устройство по п.26, характеризующееся тем, что другая часть ботинка представляет собой зону предплюсны, зону пальцев, зону подъема или зону икры.

31. Устройство по п.25, характеризующееся тем, что верхняя и нижняя части (9, 11) подошвы уложены в подложку (20) подошвы.

32. Устройство по п.31, характеризующееся тем, что верхняя и нижняя части (9, 11) подошвы удерживаются на опорных кромках (22) подложки (20) подошвы.

33. Устройство по п.25, характеризующееся тем, что верхняя и нижняя части (9, 11) подошвы соединены между собой, образуя вкладную стельку.

34. Устройство по п.25, характеризующееся тем, что верхняя и нижняя части (9, 11) подошвы выполнены подковообразными.

35. Устройство по п.25, характеризующееся тем, что верхняя и нижняя части (9, 11) подошвы имеют вентиляционные отверстия (18).

36. Устройство по п.35, отличающееся тем, что вентиляционные отверстия (18) закрыты, по меньшей мере, одним клапаном.

37. Устройство по п.36, характеризующееся тем, что вентиляционные отверстия (18) закрыты, по меньшей мере, одним впускным клапаном (34) и одним выпускным клапаном (35).

38. Устройство по п.25, характеризующееся тем, что верхняя и нижняя части (9, 11) подошвы выполнены с возможностью соединения винтом (28).

39. Устройство по п.38, характеризующееся тем, что винт (28) имеет прямоугольные крючки (30), зацепляющиеся за шлицеобразные отверстия (29) в задней части (11) подошвы.

40. Устройство по п.25, характеризующееся тем, что верхняя и нижняя части (9, 11) подошвы соединены между собой посредством склеивания.

41. Устройство по п.25, характеризующееся тем, что верхняя и нижняя части (9, 11) подошвы соединены между собой посредством термопластичного сплавления.

42. Устройство по п.25, характеризующееся тем, что над верхней частью (9) подошвы расположена вкладная стелька (17) анатомической формы.

43. Устройство по п.42, характеризующееся тем, что вкладная стелька (17) имеет вентиляционные отверстия (19).

44. Устройство по п.43, характеризующееся тем, что вкладная стелька (17) имеет на своей нижней стороне распорки (24).

45. Устройство по п.26, характеризующееся тем, что шланг (26) изготовлен посредством частичного сваривания или склеивания частей (9, 11) подошвы.

46. Устройство по п.26, характеризующееся тем, что из материала частей (9, 11) подошвы выполнены удерживающие устройства для шланга (26).

47. Устройство по п.25, характеризующееся тем, что части (9, 11) подошвы, по меньшей мере, частично состоят из твердой резины.

48. Устройство по п.25 характеризующееся тем, что части (9, 11) подошвы, по меньшей мере, частично состоят из нейлона.

49. Устройство по п.25, характеризующееся тем, что части (9, 11) подошвы, по меньшей мере, частично состоят из этиленвинилацетата.

50. Устройство по п.25, характеризующееся тем, что части (9, 11) подошвы, по меньшей мере, частично состоят из углеволокнистого композита.

51. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что оно является частью конструкции велосипедного седла.

52. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что оно является частью конструкции лошадиного седла.

53. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что оно является частью конструкции велосипедной рукоятки.

54. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что оно является частью конструкции перчатки.

55. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что оно является частью конструкции верха обуви.

56. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что, по меньшей мере, одна из фасонных частей (1, 2) соединена с изолирующим тепло материалом (51).

57. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что, по меньшей мере, одна из фасонных частей (1, 2) является составной частью вкладной стельки (17).

58. Способ преобразования энергии движения в тепло, характеризующийся тем, что энергию движения преобразуют в тепло посредством трения друг о друга противоположных структурированных поверхностей двух фасонных частей, по меньшей мере, одна из которых состоит из эластичного полимера.
Приоритет по пунктам:

21.05.2004 пп.1, 2, 7, 11, 15, 17, 18-20, 22, 25-30, 31-36, 38-49, 58;

15.10.2004 пп.3-6, 8-10, 12-14, 16, 21, 23, 24, 28, 29, 37, 50-57.