Стелька

(51)5 А ГОСУДАРСТВЕНОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОспАтент сссР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕ Я АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ Изобретение относится к обувнойпро-Поставленная цель достигается также мышленности, к области производства обу- тем, что согласно изобретению предусмот. ви для холодного времени:года, в частности: рено дополнительное отличие, выражающек конструкциям обуви различного назначе-еся в выполнении каждого выступа ния, в которой предусмотрен активныйимеющим большее гидравлическое сопрообогрев стоп ног для защиты их,от переох- тивление со стороны перепуска рабочей лаждения в процессе ходьбы, и может быть - среды из носочной части камеры в пяточную использовано при изготовлении деталей ни- часть, чем обратно.за обуви, а.именно, вкладных или стацио- . Крометого, поставленная цельдостиганарных греющих стелек: . ется тем; что согласно изобретения предусЦель изобретения - улучшение эксплуа- мотрено другое дополнительное отличие, тационных свойств зимней обуви. ,выражающееся в консольном закрепленииПоставленная цель достигается тем, что каждого выступа на основании и в выполнев известной стельке, содержащей опору в нии каждого выступа в виде продольного виде гибкого слоя и размещенную под ней элемента с боковой поверхностью, втулкой . эластичную камеру, заполненную рабочей ., в сторону пяточной части и вогнутой в сто-.средой, согласно изобретению предусмот-рону носочной части камеры.рены отличия, заключающиеся в выполнении камеры замкнутой; в снабжении ее Наконец, поставленная цельдостигаетоснований закрепленными на их внутрен- ся тем. что согласно изобретению предусних поверхностях элементами гидравличе-мотрено последнее дополнительное ского сопротивления в форме выступов и в отличие, выражающееся в том, что каждый размещении выступов верхнего основания выступ верхнего основания включает прив промежутках между выступами нижнего . осевой продольный элемент извысокотепоснования. лопроводного материала., (57) Испольэ для зимнейстелька сод 1 ей средой (, Бюл. %.19мринСШАкл, 36-43, кл. А 43 В 13/40, 1986. КАование; в легкой и ромышленноотовлении стелек с обогревом обуви. Сущность изобретения. ержит герметичную камеру иэ материала, заполненную рабогазом, жидкостью и др.). Внутри камеры размещены элементы гидравличе- ского сопротивления, выполненные в виде выступов. Последние закреплены на внут- ренней 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 тече- нии 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.Таким образом, заявленное техническое решение имеет следующие отличительные от прототипа существенные (основные и дополнительные) признаки: камера выполнена замкнутой; основания камеры 6 снабжены элементами гидравлического сопротивления, закрепленными на их внутренних поверхностях; элементы гидравлического сопротивления выполнены . в форме выступов; выступы верхнего осно вания размещены в промежутках между выступами нижнего основания; каждый выступ выполнен имеющим большее гидравлическое сопротивление со стороны перепуска рабочей среды иэ носочной части 15 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 20 вогнутой в сторону носочной части камеры; каждый выступ верхнего основания включает приосевой продольный элемент из высокотеплопроводного материала.Благодаря этим отличиям достигается 25 улучшение эксплуатационных свойств зимней обуви; выражающееся конкретно в су- . ществекном снижении веса устройства, обусловленное отсутствием автономного теплогенератора и теплообменника, в иск лючении необходимости в периодических заправках теплогенератора, а также в улучшении амортизационных свойств обуви, Благодаря этим отличиям, кроме того, достигается упрощение конструкции зимней 35 обуви.В предложенной выше новой совокупности отличительных признаков, не обнаруженной в известных технических решениях данной области техники, такой признак, от личающий заявленное устройство от прототипа, как "основания камеры снабжены закрепленными на их внутренних поверхностях элементами гидравлического сопротивления в форме выступов", не выявлен как 45 в аналогах заявленного технического решения, так и в любых других известных в технике объектах, Благодаря этому элемейты 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 65 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 иэ 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 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 периметру торцовый буртик 3 с прямоугольным профилем, посредством которого опоры 1 и 2 соединены друг с другом. Однако, возможна. конструкция стельки и беэ буртика 3, Детали стельки - наложенные друг на друга 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 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, клеем) 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-. 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 сечения стельки, выполненного в части 6, Стенки носочной 7 и пяточной 8 частей переменного объема камеры 4 и стенки ее средней части 6 образуют единую оболочку, выполненную резинокордной, с плоскими параллельными 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 9 и 10 оболочки для обеспечения стельке эластичности и снижения ее материалоемкости выполнены тонкими. Торцовые части (боковые стенки) 12 камеры 4 выполнены утолщенными, что обеспечивает им прочность, 1816417.5 10носочную часть 7, В покое (при нагруженном весом человека. состоянии стельки) стопа ноги воздействует одновременно на обе части стельки, пяточную 8 и носочную 7.20 При ходьбе с момента соприкосновения 25 30 40 45 в этих частях не сравняются.50 При вытеснении рабочей жидкости 5 иэ Основания 9 и 10 камеры 4 снабжены закрепленными на их внутренних поаерхностях 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 10параллельными 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 1 выступами 13 как одного, так и разных оснований 9 и 10 образуют сквозные каналов дросселирующие отверстия, гидоавлически связывающие носочную часть 7 камеры 4 с ее пяточной частью 8 и обеспечивающие проход рабочей жидкости 5. Величина зазора между выступами 13 выбирается из условия создания стелькой достаточного теплового и амортизационного эффектов, В средней части 6 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 повышает жесткость 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 3 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 выпол-. нении в виде продольного элемента (фиг. 3 и 4) с боковой поверхностью, выпуклой в сторону пяточной части 8 камеры (полуповерх:юсть 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 со- противление со стороны перепуска рабочей 5 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 приосевой продольной цилиндрической вставкой 16 (фиг.3 и 4) из высокотеплопроводного материала (например, цветного Металла).Работа стельки при ходьбе осуществляется следующим образом,В процессе ходьбы имеют место две основные фазы движения. В первой фазе 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 снято, а стопа ноги воздействует только на ее обуви с поверхностью земли на пяточную часть 8 камеры 4 начинает воздействовать вертикальная нагрузка, соответствующая . весу тела. Под действием этой нагрузки верхнее основание 9 камеры 4, служащее эластичной опорой, прогибается и перемещается вертикально вниз. Деформация основания 9, служащего эластичной диафрагмой, приводит к уменьшенйю обьема полости пяточной части 8 камеры 4 и созданию в ней избыточного давления рабочей жидкости 5. Это вызывает передавливание рабочей жидкости 5 через отверстия (и роме- жутки) между выступами 13 из пяточной части 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 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 свой формы, а следовательно, и обьема. Сброс рабочей жидкости 5 из пяточной части 8 камеры 4 в ее носочную часть 7 происходит до тех пор, пака давление жидкости 5 пяточной части 8 камеры 4 она распределяется между выступами 13 и выходит через зазоры между ними в носочную часть 7 камеры 4 Отдельные струйки рабочей жидкости 5 выходят из соседних зазоров навстречу одна другой, сталкиваются между собой, образуя ее турбулентный, поток. Турбулентный, вихревой поток, как известно,теряет при своем движении много большеэнергии, чем ламинарный. Чем больше завихрен 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 соударяющихся элементарных потоков рабочей жидкости 5, образованных рассечением общего потока этой жидкости на элементарные струйки выступами 13, размещенными в шахматном порядке. При надавливании стспой ноги на камеру 4 ее верхнее основание 9 прогибается резко и рабочая жидкость 5 истекает в промежутки между выступами 13 с 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, зна, чительная 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 теплопо ступне ноги. Процесс сьема тепла со всего объема рабочей жидкости 5 и его подведения к ступне интенсифицируется за счет Распространения теплового потока не толька через стенку относительно малотеплопроводного основания 9, но 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 центртяжести тела ходока переносится на носочную часть 7 (фиг. 1) камеры 4, При этом55 Циркуляция жидкости 5(фиг. 1) в камере 4 осуществляется при ходьбе и беге. В процессе вынужденных остановок на морозедля 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. основание 9 камеры 4 прижимается в направлении основания 10. Одновременноснимается статическая нагрузка с пяточнойчасти 8, верхний эластичный слой 9 которой5 распрямляется и поднимается. Сжатая рабочая жидкость 5 поступает под действиемдавления из части 8 в часть 7 камеры 4,Описанный цикл повторяется во времяходьбы при каждом шаге, обеспечивая пуль 10 сации давления в носочной 7 и пяточной 8частях камеры 4, вызывающие воэвратнопоступательные перемещения рабочей жидкости 5 в камере 4, Частые поступленияжидкости 5 из одной части 7, 8 в другую15 создают под стопой и вокруг нее благоприятные температурные. условия.Выступы 13 являются гидравлическимсопротивлением постоянной настройки идвухстороннего действия. Вместе с тем они20 не обеспечивают идентичного перетока рабочей жидкости 5 при ее прямом и обратном.движениях, В процессе ходьбы происходитуравнивание лишь расходов рабочей жидкости 5; перетекающей как в одном, так и в25 другом направлениях. Большее гидравлическое сопротивление выступов 13 со стороныперепуска рабочей среды 5 из.носочной части 7 в пяточную часть 8 камеры 4, чемобратном, позволяет обеспечить переток30 жидкости 5 из носочной части 7 в пяточнуючасть 8 за большее время воздействия ногина носочную часть 7 камеры 4, чем обратномпри воздействии ноги на пяточную часть 8камеры 4. Различие гидравлического сопро 35 тивления, оказываемого выступом 13 йабегающим на него элементарным потокамрабочей среды 5 связано с различиями в егогеометрии со стороны носочной 7 и пяточной 8 частей камеры 4. Вогнутая полуповер 40 хность 15 (фиг. 4) выступа 13 направляетнабегающие на нее элементарные потоки. жидкости (показаны пунктирными стрелка. ми) к своей центральной образующей, в рай. оне которой они сталкиваются с45 противоположными импульсами, образуязастойную зону. Выпуклая полуповерхность14 выступа 13 способствует более беспрепятственному его огибанию элементарнымипотоками жидкости 5 (показано пунктирны 50 ми стрелками) и исключает обращение вноль их импульсов, 1816417 10Основная 9 и 10 камеры С контактируют по всей своей площади с опорами 1 и 2, поджимаемыми стопой ноги и подошвой обуви, а торцовые части 12 камеры 4 такой опоры, не считая тонкого буртика 3, не имеют. 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 эффекта. 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 части 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 эксплу- атационныЬ свойства зимней обуви путем использования в ней уникального источника тепловой энергии - обогревателл на основе гидравлического сопротивления, имеющего рекордно малый вес при достаточной мощности неограниченной длительности работы, исключающего необходимость ухода за ней (заправок теплогенератора, 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 рещения заключаются в простоте егопромышленной реализации, обусловленной низкими требованиями к точности изготовления деталей, конструктивной простотой устрой ства, не требующего настройки, а также недефицитностью и дешевизной требуемых материалов. Это позволяет организовать массовое внедрение технического решения на имеющеесл производственной базе.10 Стелька расширяет ассортимент зимнейобуви,Зкономическая эффективность использования технического решенил обеспечивается тем, что затраты на изготовление 15 предложенной стельки ниже соответственных затрат для любого иного известного устройства обогрева обуви. Кроме того, массовое производство предложенной стельки существенно снизит простудные за болевания населения в зимнее время года,что также даст экономический эффект в народном хозяйстве. Формула изобретения25 1. Стелька, содержащая герметичнуюкамеру из эластичного материала, заполненную рабочей средой, внутри которойрасположены элементы гидравлическогосопротивления, о т л и ч а ю щ а-л с я тем,30 что, с целью улучшения эксплуатационныхсвойств путем создания эффекта обогрева,элементы гидравлического сопротивлениявыполнены в виде выступов, закрепленныхна внутренней поверхности камеры, причем35 выступы, закрепленные на верхнем основании камеры, размещены в промежуткахмежду выступами, закрепленными на нижнем основании камеры,2. Стелька по и. 1, о т л и ч а ю щ а яс я40 тем, что каждый выступ в сечении имеетформу полумесяца, выпуклал часть которогонаправлена в сторону плточной части камеры для создания большего гидравлическогосопротивления при течении рабочей среды45 в сторону плточной части камеры.1816417 Фиг. Составитель А. ДомринТехред М, Моргентал Редактор Т, Иван Подписное митета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС ква, Ж, Раушская иа 64/5зводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 10 аказ 1690 ВНИИПИ Тир рственного 113035, Ъорректор О. Густ