АКТУАТОР И НАКОПИТЕЛЬ ТЕПЛА ДЛЯ АКТУАТОРА Российский патент 2023 года по МПК A61F2/68 A61F7/00 F28D20/00 

Изобретение относится к актуатору для ортопедического устройства с корпусом актуатора и накопителем тепла для аккумулирования созданного актуатором рабочего тепла, причем накопитель тепла имеет корпус накопителя тепла с полым пространством и находящейся в нем средой накопления тепла. Изобретение относится также к накопителю тепла для закрепления на таком актуаторе.

В ортопедических устройствах, таких как протезы, ортезы или экзоскелеты, используется множество актуаторов, например, пассивные актуаторы, такие как гидравлические демпферы или пневматические демпферы, или активные актуаторы, такие как электродвигательные приводы, насосы или тому подобное. Активные актуаторы, такие как электродвигатели, могут также применяться вместе с пассивными актуаторами, например, для того чтобы регулировать клапаны внутри пневматического демпфера или гидравлического демпфера, для того чтобы в зависимости от данных датчиков изменять свойства демпфера.

У всех ортопедических устройств решающим фактором являются занимаемое пространство и вес технических компонентов. Основной целью является то, чтобы все дополнительно размещенные на теле пациента устройства были как можно меньше и легче, для того чтобы предусматривать для пользователя минимально возможный дополнительный вес и вызывать минимально возможный визуальный недостаток. Поэтому актуаторы, такие как гидравлические демпферы или двигатели, рассчитываются как можно меньшими и легкими. И наоборот это означает, что теплоемкость компонентов сравнительно низка.

Непосредственно, когда ортопедические компоненты работают в своих граничных областях, они очень сильно нагреваются, так как теплоемкость низка из-за желаемой облегченной конструкции, и механическая или электрическая энергия рассеивается в тепло.

Исходя из этого, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить актуатор, при помощи которого возможны более длительные периоды эксплуатации при более высоких нагрузках или в граничной области, не пренебрегая целью облегченной конструкции и незначительного занимаемого пространства.

Согласно изобретению эта задача решается с помощью актуатора с признаками основного независимого пункта формулы изобретения и с помощью накопителя энергии с признаками дополнительного независимого пункта формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления и усовершенствования изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения, описании, а также на чертеже.

Актуатор для ортопедического устройства с корпусом актуатора и накопителем тепла для аккумулирования созданного актуатором рабочего тепла, причем накопитель тепла имеет корпус накопителя тепла, который имеет полое пространство и находящуюся в нем среду накопления тепла или состоит из среды накопления тепла, предусматривает, что накопитель тепла или корпус накопителя тепла выполнен с возможностью закрепления на или в актуаторе и имеет выполненную ответным образом к участку корпуса актуатора приемную область, которая в смонтированном состоянии накопителя тепла находится в передающем тепло контакте с корпусом актуатора. Накопитель тепла выполнен в частности отдельно от корпуса актуатора и может многократно закрепляться на корпусе актуатора и сниматься с него. При помощи расположенного на корпусе актуатора накопителя тепла можно повышать тепловую емкость актуатора. Повышенная тепловая емкость задерживает повышение рабочей температуры до граничного значения и замедляет нагрев гидравлики. И наоборот повышенная емкость накопления тепла замедляет охлаждение, пики рассеянной мощности актуатора сглаживаются. Повышение емкости накопления тепла не может понижать стационарную температуру актуатора, для этого была бы необходима система охлаждения. В противоположность этому повышение емкости накопления тепла через накопитель тепла имеет, однако, то преимущество, что устройство может иметь влияние на функционирование по сравнению с внешними рамочными условиями, на которые может оказывать влияние пользователь, такими как одежда для пользователя или облицовка ортопедических устройств. Благодаря выполнению корпуса накопителя тепла в виде полого тела с заполнением средой накопления тепла можно адаптировать соответствующие свойства в отношении аккумулируемого количества тепла и веса к соответствующей конструкции или же к соответствующему случаю применения. Так, например, возможно вводить в полое пространство среду накопления тепла с очень хорошей удельной теплоемкостью, причем от среды накопления тепла необходима меньшая по сравнению с использованными материалами остального актуатора масса и объем, для того чтобы достигать такого же характера нагрева, как и при использовании материалов с большей массой и объемом. Равным образом возможно и дополнительно или альтернативно предусмотрено, что накопитель тепла состоит из среды накопления тепла, по меньшей мере частично выполнен из нее. Накопитель тепла выполнен в этом случае по меньшей мере частично цельным, или стенки корпуса накопителя тепла выполнены из среды накопления тепла. Актуатор становится вследствие этого более легким, и сам актуатор, например, с корпусом из металла, гидравлическим цилиндром и расположенными на нем механизмами и приводами можно оптимизировать в отношении их прочности и их эксплуатационных свойств, без того чтобы была необходимость учитывать необходимую емкость накопления тепла. Соответствующая необходимая емкость накопления тепла обеспечивается накопителем тепла со средой накопления тепла и/или корпусом накопителя тепла с расположенной в нем средой накопления тепла, который (накопитель или корпус) может минимизироваться в отношении веса и максимизироваться в отношении емкости накопления тепла. Благодаря функциональному отделению актуатора от накопителя тепла и назначению механических и динамических требований к актуатору, а требований накопления тепла к накопителю тепла, отдельные компоненты можно оптимизировать по отдельности и таким образом предоставлять общую систему, которая оптимизирована как в отношении механики, так и в отношении емкости накопления тепла.

Усовершенствование изобретения предусматривает то, что накопитель тепла, в частности корпус накопителя тепла, закреплен с силовым замыканием и/или с геометрическим замыканием на корпусе актуатора. Накопитель тепла, в частности корпус накопителя тепла, установлен и закреплен в частности разъемно и с возможностью замены на корпусе актуатора, для того чтобы была возможность производить последующее закрепление и повышение или адаптацию емкости накопления тепла к соответствующим условиям эксплуатации. Накопитель тепла или корпус накопителя тепла может при необходимости сниматься и заменяться или заменяться накопителем тепла, в частности накопителем тепла с корпусом или образованным из материала накопления тепла накопителем тепла других размеров.

На накопителе тепла, в частности на корпусе накопителя тепла, и корпусе актуатора могут быть расположены или выполнены крепежные устройства, при помощи которых возможно соединять накопитель тепла, в частности корпус накопителя тепла, с корпусом актуатора. Крепежные устройства выполнены в частности в виде винтовых гнезд, поднутрений, клипсов, зажимных элементов, штекеров, штекерных гнезд, магнитов, ферромагнитных элементов и/или элементов замка на липучках. Накопитель тепла или корпус накопителя тепла может быть также размещен в корпусе актуатора, например, зажат или вставлен в выемку. Обычное резьбовое соединение делает возможным многократное, технически проверенное и надежное закрепление накопителя тепла или корпуса накопителя тепла на корпусе актуатора. Также посредством клипсов и поднутрений или других элементов геометрического замыкания, которые могут быть установлены или выполнены также с подпружиниванием, возможно производить обратимое закрепление на корпусе актуатора. Штекерные замки могут быть предусмотрены отдельно или в комбинации с соединениями с силовым замыканием, такими как магниты, ферромагнитные элементы или же вакуумные устройства. Дополнительно возможны элементы замка на липучках, такие как участки с крючками и участки с ворсом, или схожие системы зацепления, которые при помощи гибких и при необходимости упругих устройств делают возможным закрепление и предварительное напряжение корпуса накопителя тепла в направлении корпуса актуатора. Ферромагнитные и/или магнитные компоненты могут быть либо функциональной частью соответствующих корпусов, либо быть выполнены в виде отдельных закрепленных на соответствующем корпусе устройств. Равным образом возможно накопитель тепла интегрировать в корпус актуатора, например, вставлять в пазы в форме ласточкиного хвоста, вводить в покрытые оболочкой выемки или выполнять в виде предпочтительно съемной части корпуса актуатора.

Усовершенствование изобретения предусматривает то, что на обращенной к актуатору стороне приемной области расположены или выполнены элементы геометрического замыкания, которые выполнены ответным образом к элементам геометрического замыкания на наружной стороне актуатора, для того чтобы делать возможной длительную, разъемную и надежную блокировку и закрепление обоих корпусов или накопителя тепла и корпуса актуатора друг на друге.

Накопитель тепла или корпус накопителя тепла может быть выполнен на обращенной к актуатору стороне приемной области по меньшей мере частично гибким, вследствие чего возможно обеспечивать максимально полное прилегание приемной области к наружной стороне корпуса актуатора. Вследствие этого обеспечивается максимально возможная поверхность и максимально интенсивный контакт поверхностей корпусов или поверхностей прилегания друг с другом, для того чтобы делать возможным максимально быстрый теплообмен.

Усовершенствование изобретения предусматривает то, что накопитель тепла или корпус накопителя тепла выполнен на обращенной от актуатора стороне по меньшей мере частично жестким, для того чтобы устанавливать достаточную устойчивость и механическую жесткость. Вследствие этого создаются условия для того, что накопитель тепла или корпус накопителя тепла также выполняет защитную функцию для корпуса актуатора. Кроме того, геометрически устойчивая внешняя оболочка корпуса накопителя тепла или накопителя тепла как такового может предоставлять достаточную механическую устойчивость для закрепления корпуса накопителя тепла или накопителя тепла на корпусе актуатора.

Накопитель тепла и/или корпус накопителя тепла может быть выполнен из различных материалов, причем материал в приемной области имеет теплопроводность, которая выше чем теплопроводность второго материала за пределами приемной области. Вследствие этого тепло может быстро передаваться от актуатора в накопитель тепла и наоборот, в то время как тепло от накопителя тепла выдается в окружающую среду лишь с пониженной интенсивностью, так что нагрев, например, актуатора ортеза лишь медленно приводит к заметному нагреву на наружной стороне накопителя тепла.

Внешний контур и поверхность могут быть выполнены таким образом, что возможно оптимальное выделение тепла в окружающую среду. Внешний контур обращенной от актуатора стороны накопителя тепла или корпуса накопителя тепла и/или контур приемной области может или могут иметь контур, который выполнен ответным образом к контуру наружной стороны актуатора. Внутренняя сторона или приемная область имеют таким образом контур, который выполнен ответным образом к контуру наружной стороны корпуса актуатора, так что накопитель тепла максимально полно прилегает к наружной стороне корпуса актуатора. Благодаря ответному исполнению наружной стороны корпуса накопителя тепла к наружной стороне корпуса актуатора, корпус актуатора может продолжаться по форме и внешнему виду накопителем тепла или корпусом накопителя тепла, так что возникает улучшенное общее эстетическое впечатление. Функционально ответное исполнение внутренней стороны приемной области к наружной стороне корпуса актуатора важно для хорошего переноса тепла.

Предпочтительно актуатор выполнен в виде гидравлического актуатора, в частности в виде гидравлического демпфера, другие исполнения актуатора возможны, например, в виде пневматического актуатора или электродвигателя.

Накопитель тепла или корпус накопителя тепла может окружать корпус актуатора по периметру, в частности по полному периметру. Если корпус актуатора имеет цилиндрический или по существу цилиндрический внешний контур, накопитель тепла или корпус накопителя тепла оснащен предпочтительно приемной областью, которая выполнена цилиндрической или по меньшей мере частично цилиндрической.

Накопитель тепла или корпус накопителя тепла может состоять их нескольких частей, так что может иметь место модульная конструкция накопителя тепла или корпуса накопителя тепла, для того чтобы была возможность адаптировать емкость накопления тепла к соответствующим требованиям. Основной модуль накопителя тепла или корпуса накопителя тепла может быть выполнен с возможностью расширения, благодаря тому, что дальнейшие элементы корпуса накопителя тепла закрепляются на нем, например, закрепляются на нем с геометрическим замыканием или закрепляются разъемно посредством поворота в поднутрение. Другие возможности закрепления также доступны.

Среда накопления тепла может иметь удельную теплоемкость по меньшей мере в 1 Дж/(г*K) при температуре в 25°C и/или удельную энтальпию плавления в 100 кДж/кг. Среда накопления тепла может иметь при исполнении в виде наполнителя предпочтительно меньшую плотность, чем материал корпуса накопителя тепла, в частности меньшую плотность, чем актуатор. Если среда накопления тепла имеет высокую плотность, то, как правило, обеспечена высокая емкость накопления тепла при незначительном монтажном пространстве, так что может реализовываться компактная конструкция, при том же количестве тепла, которое может аккумулироваться в среде накопления тепла. Предпочтительно среда накопления тепла выполнена в виде воска, в частности пчелиного воска, парафина или другой среды с соответствующими свойствами. Среда накопления тепла и тем самым также накопитель тепла может быть выполнена в виде соли, гидрата соли, метастабильного гидрата соли, в частности тригидрата ацетата натрия, или геометрически устойчивого силикагеля.

Среда накопления тепла может быть выполнена с возможностью активного активирования, например, механическим импульсом или ударной волной, при помощи которого или которой активируется рекристаллизация, для того чтобы была возможность выдавать аккумулированное тепло в свободно выбираемый момент времени.

Изобретение относится также к ортопедическому устройству с актуатором и накопителем тепла, как было описано выше. Равным образом изобретение относится к накопителю тепла с корпусом накопителя тепла, как было описано выше. Накопитель тепла служит для закрепления на вышеописанном актуаторе ортопедического устройства. Исполнение среды накопления тепла в виде воска имеет наряду со сравнительно высокой удельной теплоемкостью и низкой температурой плавления, например, для пчелиного воска примерно около 55°C, те преимущества, что воск не имеет коррозионного действия, не электропроводен и циклически устойчив и помимо этого имеет хорошие звукопоглощающие свойства. Обычный диапазон температур, в котором работает актуатор, не приводит ни к испарению, ни к замерзанию воска, что обеспечивает высокий уровень эксплуатационной надежности. Кроме того, температура плавления пчелиного воска в 55°C предпочтительна в том отношении, что для дальнейшего повышения температуры воска воск должен плавиться, для чего необходима энтальпия плавления в 176 кДж/кг, вследствие чего, рассматривая в целом, возникает повышение удельной теплоемкости. И без того высокая удельная теплоемкость воска, в частности пчелиного воска, дополнительно повышается за счет использования фазового перехода и необходимой для него энтальпии плавления, так что теплоемкость среднего гидравлического актуатора может достигаться всего с одной восьмой - одной девятой частью массы пчелиного воска.

Далее пример осуществления изобретения разъясняется более подробно на основе приложенного чертежа. На чертеже показаны:

фиг. 1 - вид в перспективе гидравлического актуатора с расположенным на нем корпусом накопителя тепла;

фиг. 2 - вид спереди гидравлического актуатора согласно фиг. 1 с открытым корпусом накопителя тепла;

фиг. 3 - вариант фиг. 2;

фиг. 4 - изображение в разрезе с двумя различными средами накопления тепла;

фиг. 5 - схематичное изображение использования изобретения;

фиг. 6 - вид в перспективе накопителя тепла;

фиг. 7 - накопитель тепла согласно фиг. 6 без приемной области;

фиг. 8 - изображение фиг. 6 с наружной стенкой в частичном разрезе;

фиг. 9 - вид фиг. 8 без наружной стенки;

фиг. 10 - вид сбоку фиг. 9;

фиг. 11 - вид спереди фиг. 10; и

фиг. 12 - вид сверху на фиг. 11.

На фиг. 1 показан вид в перспективе актуатора 1 в виде гидравлического демпфера с корпусом 10 актуатора, в котором выполнен цилиндр, в котором невидимый поршень может соединяться поршневым штоком 12 с ортопедическим устройством. Гидравлический актуатор 1 может быть выполнен либо в виде гидравлического демпфера, либо в виде активного привода. На корпусе 10 актуатора расположена приставка 15, в которой может быть расположен накопитель энергии, например, аккумулятор, моторный привод для приведения в движение насоса или для регулировки одного или нескольких клапанов или тому подобное. В приставке 15 могут быть помимо этого размещены датчики, микропроцессоры в качестве части устройства управления и тому подобное, альтернативно привод со всеми другими компонентами может быть расположен в корпусе 10 актуатора.

Снаружи корпуса 10 актуатора расположен накопитель 2 тепла с корпусом 20 накопителя тепла, в котором находится среда накопления тепла. Корпус 20 накопителя тепла имеет наружную стенку 22, которая состоит их жесткого геометрически устойчивого материала, например, легкого металла. На внутренней стороне корпуса 20 накопителя тепла, которая обращена к корпусу 10 актуатора, выполнена приемная область 21, которая выполнена ответным образом к участку 11 корпуса актуатора на наружной стороне корпуса 10 актуатора. На приемной области 21 корпуса 10 актуатора располагается часть накопителя 2 тепла, которая должна принимать тепло и при необходимости передавать его дальше в среду 26 накопления тепла. В изображенном примере осуществления участок 11 корпуса актуатора распространяется от торцевых сторон корпуса 10 актуатора по всей длине наружной стороны корпуса 10 актуатора до приставки 15. Из одной видимой торцевой стороны корпуса 10 актуатора выступает поршневой шток 12. Другая торцевая сторона оснащена, например, крепежным устройством для закрепления на ортопедическом устройстве, например, протезе, ортезе или экзоскелете.

На фиг. 2 на виде спереди с показанным с частичным разрезом корпусом 20 накопителя тепла можно увидеть приемную область 21, которая показана пунктирной линией. Приемная область 21 прилегает к наружной стороне корпуса 10 актуатора на участке 11 корпуса актуатора. Вследствие этого выделенное корпусом 10 актуатора тепло может выдаваться через приемную область 21 в полое пространство 25 со средой 26 накопления тепла. Среда 26 накопления тепла, например, воск, аккумулирует тепло, сглаживает пики рассеяния и делает возможным то, что при сравнительно низком весе ввиду полого исполнения накопителя 20 тепла и при адаптированном к работе выборе материала среды 26 накопления тепла может иметь место более длительный период эксплуатации актуатора 1 при высокой нагрузке.

Между участком 11 корпуса актуатора и приемной областью 21 может быть расположен проводник 40 тепла, например, теплопроводная паста, теплопроводный мат и/или теплопроводная пластина, из материала, который наиболее хорошо проводит тепло. За счет проводника 40 тепла могут компенсироваться просветы между наружной стороной корпуса 10 актуатора и приемной областью 21.

Корпус 20 накопителя тепла может иметь на месте перехода к приставке 15 направленные вовнутрь выступы, которые входят в зацепление с зазором или пазом между приставкой 15 и корпусом 10 актуатора, для того чтобы была таким образом возможность производить блокировку с геометрическим замыканием на корпусе 10 актуатора. Для этого либо только выступы, либо весь корпус 20 накопителя тепла могут быть выполнены с возможностью упругого расширения, так что корпус 10 актуатора может укладываться в приемную область, вдавливаться в нее и посредством пружинящей блокировки с геометрическим замыканием закрепляться на ней. Альтернативно элементы геометрического замыкания, такие как гребни, штекеры или же винтовые соединения, могут быть предусмотрены и расположены или выполнены на корпусе 10 актуатора и корпусе 20 накопителя тепла, для того чтобы была возможность производить разъемное и предпочтительно повторно используемое закрепление накопителя 2 тепла на корпусе 10 актуатора. Постоянное соединение возможно, например, за счет приклеивания, например, при помощи клейкого проводника тепла. Альтернативно или дополнительно может через магнитную сцепку устанавливаться соединение с силовым замыканием.

Фиг. 3 показывает вариант изобретения согласно фиг. 2, в котором вместо полого тела с заполнением средой 26 накопления тепла накопитель 2 тепла выполнен из среды 26 накопления тепла. Предпочтительно среда 26 накопления тепла накопителя 2 тепла является материалом с очень высокой емкостью поглощения тепла, например, силикагелем, который размещен непосредственно на корпусе 10 актуатора и закреплен на нем. Накопитель 2 тепла не имел бы в этом случае отдельного корпуса 20 накопителя тепла, закрепление может осуществляться при этом разъемно и с возможностью повторного размещения на корпусе 10 актуатора.

Дальнейшая вариация этого варианта осуществления показана на фиг. 4, на которой показан только корпус 10 актуатора с участком 11 корпуса актуатора, к которому прилегает соответствующий вариант накопителя 2`, 2`` тепла. Соответствующий накопитель 2`, 2`` тепла расположен в изображенном примере осуществления на наружной стороне корпуса 10 актуатора. На фиг. 4 изображены два варианта накопителя 2 тепла, первый вариант с накопителем 2` тепла из соли или из содержащего преимущественно соль материала, в частности из метастабильной соли. Второй вариант накопителя 2`` тепла выполнен из парафина и имеет большую толщину D2, чем первый вариант накопителя 2` тепла с первой толщиной D1. Это связано с тем, что энтальпия соли и ее плотность больше, чем энтальпия и плотность парафина, и таким образом по сравнению с ним требуется меньший объем среды 26 накопления тепла. Оба накопителя 2`, 2`` тепла прилегают к участку 11 корпуса актуатора, который предусмотрен для теплообмена или теплопередачи от корпуса 10 актуатора к накопителю 2`, 2`` тепла. Если соответствующая среда 26 накопления тепла накопителя 2`, 2`` тепла геометрически не устойчива, то вместо исполнения накопителя 2`, 2`` тепла из соответствующей среды 26 накопления тепла может быть расположена соответствующая оболочка вокруг нее, которая служит в качестве корпуса накопителя тепла и образует полое пространство, в котором расположена соответствующая среда накопления тепла. В частности, при системе с гибким корпусом накопителя тепла, по меньшей мере частично гибким корпусом накопителя тепла, возможно использовать деформируемую среду накопления тепла, которая в деформируемом состоянии прикладывается к корпусу 10 актуатора и затем затвердевает или кристаллизуется. Вследствие этого облегчается полный и плотный контакт в области наружной стороны корпуса 10 актуатора, которая предусмотрена для теплопередачи.

Фиг. 5 показывает вариант изобретения, в котором актуатор 1 выполнен в виде части ортопедического устройства. На корпусе 10 актуатора расположен на верхнем конце пирамидальный адаптер 13, для того чтобы соединять актуатор 1, например, с верхней частью ортеза или протеза ноги. Из корпуса 10 актуатора выступает поршневой шток 12 и проходит до нижней части 15 ортопедического устройства. На наружной стороне корпуса 10 актуатора расположен накопитель 2 тепла с корпусом 20 накопителя тепла. На левом изображении среда 26 накопления тепла расположена внутри корпуса 2 накопителя тепла в твердом состоянии на приемной области 21 корпуса 10 актуатора. Если затем посредством приведения в действие актуатора 1, например, энергия трения преобразуется в тепло, или электрическая энергия рассеивается в тепло, эта тепловая энергия аккумулируется как в актуаторе 1, так и в накопителе 2 тепла. Вследствие этого увеличивается максимальный период эксплуатации актуатора 1 и тем самым также ортопедического устройства, так как актуаторы имеют максимальную рабочую температуру, которую нельзя превышать. Если, например, достигается температура актуатора в 80°C, пользователь должен ожидать, пока тепловая энергия не будет выдана в окружающую среду, и шарнир или ортопедическое устройство не остынут в достаточной степени. При помощи расположенного на приемной области 21 накопителя 2 тепла тепловую энергию возможно поглощать и аккумулировать в среде 26 накопления тепла, для того чтобы затем выдавать поглощенную энергию в другой, задаваемый момент времени, например, во время фазы покоя. Следовательно, пользователь больше не должен ожидать так долго, пока шарнир можно будет снова использовать, или же он может использовать шарнир или ортопедическое устройство дольше при таком же времени охлаждения. Накопитель тепла закреплен на актуаторе предпочтительно с возможностью простого снятия и простого повторного размещения. В частности, накопитель тепла может закрепляться и сниматься на актуаторе без использования инструментов, так что пользователь может изменять, в частности увеличивать, емкость накопления тепла и тем самым период эксплуатации актуатора. Снятый накопитель тепла может остывать, в то время как вновь расположенный сменный накопитель тепла может поглощать тепло от корпуса актуатора.

На правом изображении показано состояние накопителя 2 тепла, которое принимается, когда тепло аккумулировано в накопителе 2 тепла. Среда 26 накопления тепла расплавлена и соответственно является жидкой или низковязкой. Тепловая энергия из актуатора 1 поглощается в среде 26 накопления тепла накопителя 2 тепла. В более поздний момент времени накопитель 2 тепла и при необходимости также актуатор 1 затем охлаждаются, что показано на среднем, нижнем изображении. Среда 26 накопления тепла внутри накопителя 2 тепла инициируется свободно выбираемым событием, которое вызвано при необходимости вручную запускающим сигналом. Если, например, используется метастабильная соль, существует возможность определять момент времени, когда тепловая энергия должна снова выдаваться. Если ортопедическое устройство или шарнир, или актуатор 1 перегрет, больше обязательно не требуется ожидать, пока вся тепловая энергия будет выдана в окружающую среду, чтобы актуатор мог снова использоваться. Наоборот энергия аккумулируется в химической реакции и может высвобождаться в любой момент времени. Время ожидания, пока шарнир или ортопедическое устройство снова не будут готовы к эксплуатации после перегрева, вследствие этого сокращается. В частности, при быстро заменяемом накопителе 2 тепла период эксплуатации может таким образом сильно увеличиваться. Через соль или метастабильную соль в качестве среды накопления тепла энергия энтропии не высвобождается автоматически, наоборот должна выдаваться только энергия удельной теплоемкости актуатора 1. Вследствие этого время охлаждения существенно сокращается. Оставшаяся энергия энтропии может выдаваться в любой задаваемый момент времени. До запуска рекристаллизации шарнир может все еще выдавать энергию в размере удельной теплоемкости ортопедического устройства или актуатора 1. Если тепловая энергия выдается из накопителя 2 тепла, устанавливается состояние, показанное слева на фиг. 5.

Рекристаллизация соли может инициироваться, например, ударной волной, например, посредством активации металлической пластины или же посредством вибрационного двигателя или посредством включения другого триггера или пускового механизма 30. Пусковой механизм 30 изображен на фиг. 5 схематично и может быть расположен непосредственно на накопителе 2 тепла с доступом снаружи. Например, на корпусе накопителя тепла может быть выполнена кнопка, переключатель или гибкое место, при помощи которого может активироваться металлическая пластина или другой исполнительный механизм, для того чтобы инициировать ударную волну, при помощи которой кристаллизация среды 26 накопления тепла может происходить в необходимый в каждом случае момент времени. Благодаря применению скрытого накопителя тепла в виде соли может предоставляться сравнительно легкий накопитель тепла с незначительным объемом. По сравнению с парафином энтальпия соли больше, однако теплоемкость ниже.

Дальнейший вариант изобретения изображен на фиг. 6, на которой накопитель 2 тепла изображен с наружной стенкой 22 и приемной областью 21. Фактический актуатор не изображен и может быть выполнен в виде демпфера или же моторного привода. Приемная область 21 образует вместе с наружной стенкой 22 полое пространство и тем самым корпус 20 накопителя тепла в целом, который имеет предпочтительно среду накопления тепла и в частности заполнен ею. Средой накопления тепла является, например, воск или другой материал накопления тепла, при помощи которого тепловую энергию возможно отводить через приемную область 21 от актуатора и поглощать. На приемной области 21 расположен или выполнен выступ или элемент геометрического замыкания в качестве крепежного устройства 3 для закрепления на неизображенном актуаторе. Выполненный ответным образом элемент геометрического замыкания расположен или выполнен в актуаторе. Другие формы элементов геометрического замыкания, такие как замок на липучках, клипсы, поднутрения, винты или тому подобное, могут также использоваться в качестве крепежных устройств 3. Вместо элемента геометрического замыкания крепежное устройство 3 может быть также выполнено в виде магнита или зажимного элемента, для того чтобы делать возможным закрепление с силовым замыканием.

На фиг. 7 накопитель 2 тепла изображен без приемной области 21, которая может быть выполнена, например, из проводящего металла. На нижней стороне или на обращенной к актуатору стороне приемной области 21 может быть выполнен или расположен проводник тепла или теплопроводное покрытие, для того чтобы облегчать или делать возможной теплопередачу от актуатора в накопитель 2 тепла. Внутри корпуса 20 накопителя тепла, который может быть приклеен к приемной области 21 или закреплен на ней другим способом, выполнено полое пространство, которое будет разъясняться более подробно на основе фиг. 8. Корпус 20 накопителя тепла с наружной стенкой 22 выполнен закрытым по направлению к приемной области 21, так что корпус 20 накопителя тепла может быть выполнен в виде самостоятельного модуля, который впоследствии закрепляется на приемной области 21.

Смонтированное изображение в частичном разрезе корпуса 20 накопителя тепла на приемной области 21 показано на фиг. 8. Наружная стенка 22 образует вместе с внутренней стенкой 22` полое пространство 25, в котором может быть расположена среда 24 накопления тепла. От внутренней стенки 22` распространяются в изображенном примере осуществления три разделительных элемента 24 в направлении наружной стенки 22, в изображенном примере осуществления параллельно вверх от приемной области 21, так что внутри полого пространства 25 образуются в целом четыре отсека. Отсеки сообщаются друг с другом, так что может происходить теплообмен и при необходимости обмен материала в случае сжиженной среды накопления тепла.

Фиг. 9 показывает компоновку с приемной областью 21 и корпусом 20 накопителя тепла без наружной стенки с внутренней стенкой 22` и выступающими от нее вверх разделительными стенками 24. Разделительные стенки 24 могут быть выполнены за одно целое с внутренней стенкой 22`, альтернативно разделительные стенки 24 могут быть впоследствии расположены на внутренней стенке 22` и закреплены на ней.

Фиг. 10 показывает вид согласно фиг. 9 на виде сбоку. Из фиг. 10 можно увидеть, что внутренняя стенка 22` проходит не по всей приемной области 21, наоборот оставлен вырез, который не покрыт накопителем 2 тепла. Принципиально существует возможность также эту область полностью покрывать и перекрывать накопителем 2 тепла.

Вид согласно фиг. 11 показывает параллельную ориентацию трех разделительных стенок 24 и направленную по существу вертикально вверх ориентацию.

На фиг. 12 на виде сверху можно увидеть вырез в передней области корпуса 20 накопителя тепла, при котором приемная область 21 не покрыта корпусом 20 накопителя тепла и внутренней стенкой 22`.

Наряду с функцией разделения и отделения отдельных отсеков разделительные элементы 24 имеют еще дальнейшие функции, а именно придание устойчивости накопителю 2 тепла, а также отвод тепла от приемной области 21 и внутренней стенки 22` во внутреннее пространство накопителя 2 тепла. Расположенная в полом пространстве 25 среда накопления тепла нагревается более равномерно разделительными элементами 24, которые выступают в полое пространство 25, чем если отвод тепла происходил бы только через стенки. Для этого разделительные элементы 24 могут состоять из материала, который имеет хорошую теплопроводность, например, из материала, который имеет теплопроводность приемной области 21. Благодаря переносу тепла через разделительные элементы 24 среда накопления тепла в полом пространстве 25 нагревается более равномерно. Наряду с краевыми зонами также центральная зона полого пространства 25 нагружается теплом, вследствие чего может иметь место улучшенный отвод тепла из актуатора.

Группа изобретений относится к ортопедическим средствам для накопления и аккумулирования тепла. Представлен актуатор для ортопедического устройства с корпусом актуатора и накопителем тепла для аккумулирования созданного актуатором рабочего тепла. При этом накопитель тепла имеет корпус накопителя тепла, наружная стенка которого состоит их жесткого геометрически устойчивого материала и который имеет полое пространство и находящуюся в нем среду накопления тепла или состоит из среды накопления тепла. Накопитель тепла выполнен с возможностью закрепления на или в корпусе актуатора и имеет выполненную ответным образом к участку корпуса актуатора приемную область, которая в смонтированном состоянии накопителя тепла находится в передающем тепло контакте с корпусом актуатора. Также представлены ортопедическое устройство с вышеуказанным актуатором и накопитель тепла с корпусом накопителя тепла для закрепления на актуаторе ортопедического устройства. Достигается повышение надежности и увеличение сроков эксплуатации. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Актуатор для ортопедического устройства с корпусом актуатора и накопителем тепла для аккумулирования созданного актуатором рабочего тепла, причем накопитель тепла имеет корпус накопителя тепла, наружная стенка которого состоит из жесткого геометрически устойчивого материала и который имеет полое пространство и находящуюся в нем среду накопления тепла или состоит из среды накопления тепла, отличающийся тем, что накопитель тепла выполнен с возможностью закрепления на или в корпусе актуатора и имеет выполненную ответным образом к участку корпуса актуатора приемную область, которая в смонтированном состоянии накопителя тепла находится в передающем тепло контакте с корпусом актуатора.

2. Актуатор по п. 1, отличающийся тем, что накопитель тепла закреплен разъемно, в частности с силовым замыканием и/или с геометрическим замыканием, на корпусе актуатора.

3. Актуатор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что на накопителе тепла и корпусе актуатора расположены или выполнены крепежные устройства, в частности винтовые гнезда, поднутрения, клипсы, зажимные элементы, штекеры, штекерные гнезда, магниты, ферромагнитные элементы и/или элементы замка на липучках.

4. Актуатор по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что на обращенной к актуатору стороне приемной области расположены или выполнены элементы геометрического замыкания, которые выполнены ответным образом к элементам геометрического замыкания на наружной стороне корпуса актуатора.

5. Актуатор по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что накопитель тепла выполнен на обращенной к актуатору стороне приемной области по меньшей мере частично гибким.

6. Актуатор по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что накопитель тепла выполнен на обращенной от актуатора стороне по меньшей мере частично жестким.

7. Актуатор по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что накопитель тепла выполнен из материалов с отличающейся теплопроводностью, и материал в приемной области имеет теплопроводность λ_M1, которая выше, чем теплопроводность λ_M2 второго материала за пределами приемной области.

8. Актуатор по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что внешний контур обращенной от актуатора стороны накопителя тепла и/или контур приемной области имеет контур, который выполнен ответным образом к контуру наружной стороны корпуса актуатора.

9. Актуатор по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что между корпусом актуатора и накопителем тепла расположен по меньшей мере один проводник тепла, в частности теплопроводная паста, теплопроводный мат и/или теплопроводная пластина.

10. Актуатор по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что он выполнен в виде гидравлического актуатора, в частности в виде гидравлического демпфера.

11. Актуатор по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что накопитель тепла окружает корпус актуатора по периметру.

12. Актуатор по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что накопитель тепла состоит их основного модуля с закрепленными на нем дополнительными элементами.

13. Актуатор по любому из пп. 1-12, отличающийся тем, что среда накопления тепла имеет удельную теплоемкость по меньшей мере c_p=1 Дж/(г⋅K) при температуре T=25°C.

14. Актуатор по любому из пп. 1-13, отличающийся тем, что среда накопления тепла имеет удельную энтальпию плавления по меньшей мере h_WM=100 кДж/кг.

15. Актуатор по любому из пп. 1-14, отличающийся тем, что удельная теплоемкость среды накопления тепла выше, чем удельная теплоемкость корпуса актуатора.

16. Актуатор по любому из пп. 1-15, отличающийся тем, что среда накопления тепла выполнена в виде воска, парафина, соли, гидрата соли, метастабильного гидрата соли, в частности тригидрата ацетата натрия, или геометрически устойчивого силикагеля.

17. Актуатор по любому из пп. 1-16, отличающийся тем, что среда накопления тепла выполнена с возможностью активного активирования.

18. Ортопедическое устройство с актуатором по любому из пп. 1-17.

19. Накопитель тепла с корпусом накопителя тепла по любому из пп. 1-17 для закрепления на актуаторе ортопедического устройства.