Стелька Советский патент 1993 года по МПК A43B7/02 A43B13/38 

Изобретение относится к обувной промышленности, к области производства обуви для холодного времени года, в частности к конструкциям обуви различного назначения, в которой предусмотрен активный обогрев стоп ног для защиты их от переохлаждения в процессе ходьбы, и может быть использовано при изготовлении деталей низа обуви, а именно, вкладных или стационарных греющих стелек.

Цель изобретения - улучшение эксплуатационных свойств зимней обуви.

Поставленная цель достигается тем, что в известной стельке/содержащей опору в виде гибкого слоя и размещенную под ней эластичную камеру, заполненную рабочей средой, согласно изобретению предусмотрены отличия, заключающиеся в выполнении камеры замкнутой, в снабжении ее оснований закрепленными на их внутренних поверхностях элементами гидравлического сопротивления в форме выступов и в размещении выступов верхнего основания в промежутках между выступами нижнего основания.

Поставленная цель достигается также тем, что согласно изобретению предусмотрено дополнительное отличие, выражающееся в выполнении каждого выступа имеющим большее гидравлическое сопротивление со стороны перепуска рабочей среды из носочной части камеры в пяточную часть, чем обратно.

Кроме того, поставленная цель достигается тем, что согласно изобретения предусмотрено другое дополнительное отличие, .выражающееся в консольном закреплении каждого выступа на основании и в выполнении каждого выступа в виде продольного элемента с боковой поверхностью, втулкой в сторону пяточной части и вогнутой в сто-; рону носочной части камеры.

Наконец, поставленная цель достигается тем, что согласно изобретению предусмотрено последнее дополнительное отличие, выражающееся в том, что каждый выступ верхнего основания включает при- осевой продольный элемент из высокотеплопроводного материала.;

СО

с

00

ОУ

Таким образом, заявленное техническое решение имеет следующие отличительные от прототипа существенные (основные и дополнительные) признаки: камера выполнена замкнутой; основания камеры снабжены элементами гидравлического сопротивления, закрепленными на их внутренних поверхностях; элементы гидравлического сопротивления выполнены в форме выступов; выступы верхнего основания размещены в промежутках между выступами нижнего основания; каждый выступ выполнен имеющим большее гидравлическое сопротивление со стороны перепуска ра.бочей среды из носочной части камеры в пяточную часть, чем обратно; каждый выступ консольно закреплен на основании; каждый выступ выполнен в виде, продольного элемента с боковой поверхностью, выпуклой в сторону пяточной части и вогнутой в сторону носочной части камеры; каждый выступ верхнего основания включает приосевой продольный элемент из высокотеплопроводного материала.

Благодаря этим отличиям достигается улучшение эксплуатационных свойств зимней обуви, выражающееся конкретно в существенном снижении веса устройства, обусловленное отсутствием автоном ного теплогенератора и теплообменника, в исключении необходимости в периодических заправках теплогенератора, а также в улучшении амортизационных свойств обуви. Благодаря этим отличияг 5, кроме того, достигается упрощение конструкции зимней обуви.

В предложенной выше новой совокупности отличительных признаков, не обнаруженной в известных технических решениях данной области техники, такой признак, отличающий заявленное устройство от прототипа, как основания камеры снабжены закрепленными на их внутренних поверхностях элементами гидравлического сопротивления в форме выступов, не выявлен как в аналогах заявленного технического решения, так и в любых других известных в технике объектах. Благодаря этому элементы гидравлического сопротивления обеспечивают предложенному устройству новое фун- кциональное качество - самообогрев стельки в процессе ходьбы, а форма выполнения этих элементов обеспечивает упрощение конструкции стельки.,

На фиг, 1 изображена предложенная стелька, продольно-вертикальный разрез; на фиг. 2 - эластичная камера предложенной стельки, горизонтальный разрез; на фиг. 3 - элемент гидравлического сопротивления верхнего основания камеры, выполненный в форме продольного выступа, продольно-вертикальный разрез; на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3.

Предложенная стелька включает в себя

верхнюю и нижнюю 2 опоры, выполненные из полимерного материала, например резины, в виде плоского гибкого слоя. Верхняя опора 1 является основной и обязательно входит в состав стельки. Нижняя опора 2

является вспомогательной и может отсутствовать в составе стельки. В этом случае ее функции выполняет подошва обуви. Верхняя опора 1 может быть выполнена многослойной, содержащей накладной слой (не

5 показан), выполненный из обычных обувных материалов, например из кожи, к которому прикреплен слой гигроскопичной ткани для уменьшения влияния излишней потливости ног. Нижняя опора 2 имеет по всему пери0 метру торцовый буртик 3 с прямоугольным профилем, посредством которого опоры 1 и 2 соединены друг с другом. Однако, возможна конструкция стельки и без буртика 3. Детали стельки- наложенные друг на друга

5 слои верхней опоры 1 и буртик 3 нижней опоры 2 соединены известными средствами (клеем, приварены).

Под верхней опорой 1 или в полости между опорами 1 и 2 размещена эластичная

0 камера 4, контактирующая своими верхней и нижней поверхностями соответственно с опорами 1 и 2. Если буртик 3 в конструкции стельки отсутствует, то опоры 1 и 2 соединены известными средствами (например, кле5 ем) непосредственно с камерой 4. Камера 4 протяжена на всю длину и ширину опор 1 и 2 и выполнена замкнутой, герметичной и частично заполнена рабочей средой 5, например жидкостью (водой, глицерином, си-.

0 ликоновой жидкостью). Стенки средней части 6 (фиг. 1 и 2) камеры 4, размещенной между ее носочной 7 и пяточной 8 частями, выполнены утолщенными, хорошо сохраняющими форму и размеры поперечного сече5 ния стельки, выполненного в части 6. Стенки носочной 7 и пяточной 8 частей переменного объема камеры 4 и стенки ее средней части б образуют единую оболочку, выполненную резинокордной, с плоскими парал0 лельными опоре 1 основаниями 9 и 10 (фиг. 1). Кордный ограничитель 11 стенок камеры 4 расположен в ее толще и .предназначен для стабилизации оболочки при ее интенсивных динамических нагрузок. Основания

5 g ц 10 оболочки для обеспечения стельке эластичности и снижения ее материалоем- кости выполнены тонкими. Торцовые части (боковые стенки) 12 камеры 4 выполнены утолщенными, что обеспечивает им прочность.

Основания 9 и 10 камеры 4 снабжены закрепленными на их внутренних поверхностях элементами 13 (фиг. 1 и 2) гидравлического сопротивления в форме выступов, контактирующих с рабочей жидкостью 5. Выступы 13 выполнены идентичными, изготовлены из упругого материала (резины) и размещены на каждом основании 9 и 10 параллельными рядами. При этом выступы верхнего основания 9 размещены в промежутках между выступами нижнего основания 10. Иными словами, выступы 13 оснований 9 и 10 выполнены с возможностью неполного перекрытия сечения эластичной камеры 4. Промежутки между выступами 13 как одного, так и разных оснований 9 и 10 образуютчсквозные каналы - дросселирующие отверстия, гидравлически связывающие носочную часть 7 камеры 4 с ее пяточной частью 8 и обеспечивающие проход рабочей жидкости 5. Величина зазо- ра между выступами 13 выбирается из условия создания стелькой достаточного теплового и амортизационного эффектов. В средней части б камеры 4 элементами гидравлического сопротивления 13 вместо выступов могут служить несколько слоев решетки, образованной параллельными продольными элементами, закрепленными на двух основаниях 9 и 10 камеры, что повы- шдет жёсткость этой части камеры 4. Поскольку при ходьбе время воздействия ноги на пяточную часть 8 камеры меньше, чем на ее носочную часть 7, то для обеспечения перемещения одной и той же массы рабочей жидкости 5 в двух взаимно противоположных направлениях за различное время каждый выступ 13 выполнен имеющим большее гидравлическое сопротивление со стороны перепуска рабочей среды из носочной части 7 камеры в пяточную часть 8, чем обратно. Анизотропия гидравлического сопротивления выступа 13 обеспечена его консольным закреплением на основании 9 и 10 и выполнении в виде продольного элемента (фиг. 3 и 4} с боковой поверхностью, выпуклой в сторону пяточной части 8 камеры (полуповерхность 14) и вогнутой в сторону носочной части 7 камеры (полуповерхность 15). Продольные элементы 13 выполнены цилиндрическими (не показано) или коническими (фиг. 3). Благодаря такой форме выступов 13 образованное их совокупностью дроссельное устройство стельки имеет большее сопротивление со стороны перепуска рабочей жидкости 5 (фиг, 1) из носочной части 7 камеры 4 в пяточную часть 8, чем обратно. Каждый выступ 13 нижнего основания 10 выполнен цельным. Каждый выступ 13 верхнего основания 9 камеры выполнен составным в виде элемента с глухим осевым отверстием с введенной в него пр иосевой продольной цилиндрической вставкой 16 (фиг. 3 и 4) из высокотеплопроводного материала 5 (например, цветного Металла).

Работа стельки при ходьбе осуществля- ется следующим образом.

В процессе ходьбы имеют место две основные фазы движения. В первой фазе

0 движения земли касается только каблук обуви, а стопа ноги воздействует только на пяточную часть 8 (фиг. 1 и 2) стельки. В следующей основной фазе движения давление стопы на пяточную часть 8 стельки сня5 то, а стопа ноги воздействует только на ее носочную часть 7. В покое (при нагруженном весом человека состоянии стельки) стопа ноги воздействует одновременно на обе . части стельки, пяточную 8 и носочную 7.

0 При ходьбе с момента соприкосновения обуви с поверхностью земли на пяточную часть 8 камеры 4 начинает воздействовать вертикальная нагрузка, соответствующая весу тела. Под действием этой нагрузки вер-

5 хнее основание 9 камеры 4, служащее эластичной опорой, прогибается и перемещается вертикально вниз. Деформация основания 9, служащего эластичной диафрагмой, приводит к уменьшению обьема

0 полости пяточной части 8 камеры 4 и созданию в ней избыточного давления рабочей жидкости 5. Это вызывает передавливание рабочей жидкости 5 через отверстия (промежутки) между выступами 13 из пяточной ча5 сти 8 камеры 4 в ее носочную часть 7, находящуюся в свободном (не нагруженном весом человека) состоянии. Верхнее основание 9 носочной части 7 камеры 4 выгибается при этом под напором жидкости 5

0 вверх, увеличивая обьем носочной части 7. Средняя часть 6 камеры за счет повышенной жесткости ее утолщенных стенок и их механической связи друг с другом посредством выступов 13 практически не изменяет

5 свой формы, а следовательно, и объема. Сброс рабочей жидкости 5 из пяточной части 8 камеры 4 в ее носочную часть 7 происходит до тех пор, пока давление жидкости 5 в этих частях не сравняются.

0

При вытеснении рабочей жидкости 5 из пяточной части 8 камеры 4 она распределяется между выступами 13 и выходит через зазоры между ними в носочную часть 7 ка5 меры 4.. Отдельные струйки рабочей жидкости 5 выходят из соседних зазоров навстречу одна другой, сталкиваются между собой, образуя ее турбулентный.поток. Тур- булентный, вихревой поток, как известно, теряет при своем движении много больше

энергии, чем ламинарный. Чем больше за- вИхрен выступами 13 поток рабочей жидкости 5, тем интенсивнее вязкое трение, препятствующее перемещению жидкости 5, и тем самым лучше перемешивание жидкости и больше ее нагрев. Существенным для этого является создание множества соуда- ряющихся элементарных потоков рабочей жидкости 5, образованных рассечением общего потока этой жидкости на элементарные струйки выступами 13, размещенными в шахматном порядке. При надавливании ст опой ноги на камеру 4 ее верхнее основание 9 прогибается резкой рабочая жидкость 5 истекает в промежутки между выступами 13с большой скоростью. Происходит преобразование потенциальной энергии шагающего человека в кинетическую энергию движущейся жидкости 5. Элементарные потоки рабочей жидкости 5 при соударении друг с другом и с элементами 13 гидравлического сопротивления теряют свою скорость. В результате этого взаимодействие, происходящего с внутренним трением, значительная часть кинетической энергии элементарных потоков жидкости 5 превращается в тепловую энергию. Выделившееся тепло рассеивается во внутреннее пространство стельки. Происходит диссипация энергии в камере 4 стельки и перетекание потерявшей скорость рабочей жидкости 5 в носочную часть 7 низкого давления. Тепловые свойства стельки зависят от эффективности преобразования потенциальной энергии человека в тепловую энергию, рабочей жидкости 5. Но даже при невысоком КПД устройства за счет значительной величины потенциальной энергии, определяемой весом человека, стелька получает достаточное для обогрева стоп количество тепловой энергии. При этом создание по всей площади стельки движения греющего агента 5 обеспечивает равномерность обогрева основания 9, стенки которого совместно с верхней опорой 1 равномерно распределяют подводимое тепло по ступне ноги. Процесс съема тепла со всего объема рабочей жидкости 5 и его подведения к ступне интенсифицируется за счет распространения теплового потока не только через стенку относительно малотеплрп- роводного основания 9, ко и по многочисленным высокотеплопроводным приосевым продольным элементам 16 (фиг. 3) выступов 13. Это уменьшает тепловую инерционность устройства и повышает его полезную теплоотдачу.

Затем во второй фазе движения центр тяжести тела ходока переносится на носочную часть 7 (фиг. 1) камеры 4. При этом

основание 9 камеры 4 прижимается в направлении основания 10. Одновременно снимается статическая нагрузка с пяточной части 8, верхний эластичный слой 9 которой

распрямляется и поднимается. Сжатая рабочая жидкость 5 поступает под действием давления из части 8 в часть 7 камеры 4.

Описанный цикл повторяется во время ходьбы при каждом шаге, обеспечивая пульсации давления в носочной 7 и пяточной 8 частях камеры 4, вызывающие возвратно- поступательные перемещения рабочей жидкости 5 в камере 4. Частые поступления жидкости 5 из одной части 7, 8 в другую

создают под стопой и вокруг нее благоприятные температурные условия.

Выступы 13 являются гидравлическим сопротивлением постоянной настройки и двухстороннего действия. Вместе с тем они

не обеспечивают идентичного перетока рабочей жидкости 5 при ее прямом и обратном движениях. В процессе ходьбы происходит уравнивание лишь расходов рабочей жидкости 5, перетекающей как в одном, так и в

другом направлениях. Большее гидравлическое сопротивление выступов 13 со стороны перепуска рабочей среды 5 из носочной части 7 в пяточную часть 8 камеры 4, чем обратном, позволяет обеспечить переток

жидкости 5 из носочной части 7 в пяточную часть 8 за большее время воздействия ноги на носочную часть 7 камеры 4, чем обратном при воздействии ноги на пяточную часть 8 камеры 4. Различие гидравлического сопротивления, оказываемого выступом 13 набегающим на него элементарным потокам рабочей среды 5 связано с различиями в его геометрии со стороны носочной 7 и пяточной 8 частей камеры 4. Вогнутая полуповерхность 15 (фиг. 4) выступа 13 направляет набегающие на нее элементарные потоки жидкости (показаны пунктирными стрелками) к своей центральной образующей, в районе которой они сталкиваются с

противоположными импульсами, образуя застойную зону. Выпуклая полуповерхность 14 выступа 13 способствует более беспрепятственному его огибанию элементарными потоками жидкости 5 (показано пунктирными стрелками) и исключает обращение в ноль их импульсов.

Циркуляция жидкости 5 (фиг. 1) в камере 4 осуществляется при ходьбе и беге. В про- цессе вынужденных остановок на морозе для обогрева стельки достаточно время от времени переносить центр тяжести тела с пятки на носок и обратно, осуществляя эту операцию либо поочередно каждой ногой, либо одновременно обеими ногами.

Основная 9 и 10 камеры 4 контактируют по всей своей площади с опорами 1 и 2, поджимаемыми стопой ноги и подошвой обуви, а торцовые части 12 камеры 4 такой опору, не считая тонкого буртика 3, не име- ют, В результате этого в материале боковых стенок 12 развиваются наибольшие усилия, стремящиеся разорвать камеру 4. Этому противодействует кордный ограничитель 11 камеры 4 и большая толщина ее торцовых стенок 12.

При ходьбе действие стельки заключается не только в нагревании ее рабочей жидкости 5 за счет внутреннего трения, но и в обеспечении ею амортизационного эффек- та. Величину расхода рабочей жидкости 5, перетекающей из одной части 7, 8 камеры 4 в другу, определяет суммарную площадь промежутком между выступами 13. При кратковременных ударных нагрузках на ча- сти 7, 8 камер 4 вся рабочая жидкость 5 не успевает перетекать из одной секции в другую и части 7, 8 частично сохраняют эту жидкость, что обеспечивает стельке амортизирующее действие при ходьбе.

Применение предложенного технического решения позволяет улучшить эксплуатационные свойства зимней обуви путем использования в ней уникального источника тепловой энергии - обогревателя на ос- нове гидравлического сопротивления, имеющего рекордно малый вес при достаточной мощности неограниченной длитель- ности работы, исключающего необходимость ухода за ней (заправок теп- логенератора, необходимости его крепле- .ния на обуви). Продолжение позволяет улучшить амортизирующие свойства обуви, в которой стелька служит гидравлической рессорой, гасящей удары ноги о неровности дороги, создающей дополнительный амортизирующий эффект и обеспечивающей комфортные условия для всей ступни. Наряду с улучшенными эксплуатационными свойствами преимущества технического ре-

шения заключаются в простоте его промышленной реализации, обусловленной низкими требованиями к точности изготовления деталей, конструктивной простотой устройства, не требующего настройки, а также недефицитностью и дешевизной требуемых материалов. Это позволяет организовать массовое внедрение технического решения на имеющееся производственной базе. Стелька расширяет ассортимент зимней обуви/

Экономическая эффективность использования технического решения обеспечивается тем, что затраты на изготовление предложенной стельки ниже соответственных затрат для любого иного известного устройства обогрева обуви. Кроме того, массовое производство предложенной стельки существенно снизит простудные заболевания населения в зимнее время года, что также даст экономический эффект в народном хозяйстве.

ч

Фор мула изобретен и я

1. Стелька, содержащая герметичную камеру из эластичного материала, заполненную рабочей средой, внутри которой расположены элементы гидравлического сопротивления, о т л и ч а ю щ а-я с я тем, .что, с целью улучшения эксплуатационных свойств путем создания эффекта обогрева, элементы гидравлического сопротивления выполнены в виде выступов, закрепленных на внутренней поверхности камеры, причем выступы, закрепленные на верхнем основании камеры, размещены в промежутках между оыступами, закрепленными rta нижнем основании камеры.

2. Стелька по п. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что каждый выступ в сечении имеет форму полумесяца, выпуклая часть которого направлена в сторону пяточной части камеры для создания большего гидравлического сопротивления при течении рабочей среды в сторону пяточной части камеры.

Использование: в легкой промышленности при изготовлении стелек с обогревом для зимней обуви. Сущность изобретения: стелька содержит герметичную камеру из эластичного материала, заполненную рабо- чей средой (газом, жидкостью и др.). Внутри камеры размещены элементы гидравлического сопротивления, выполненные в виде выступов. Последние закреплены на внутренней поверхности камеры. При этом выступы, закрепленные на верхнем основании камеры, размещены в промежутках между выступами, закрепленными на нижнем основании камеры. Для создания большего гидравлического сопротивления при течении рабочей среды в сторону пяточной части камеры, каждый выступ в сечении имеет форму полумесяца, выпуклая часть которого направлена в сторону пяточной части камеры. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.