CZ7529U1 - Hydraulická matrace - Google Patents

Description

Technické řešení se týká kapalinových matrací, které jsou tvořeny dvěma hydraulickými válci a lamelovým roštem.

Dosavadní stav techniky

Známé vodní postele používají celoplošné matrace obsahující velké množství vody, které vyžadují zvláštní konstrukci postele a neúměrně zatěžují podlahovou plochu bytu. Toto velké množství vody je nutné ohřívat, což spotřebovává elektrickou energii. Celoplošné vodní matrace jsou neprodyšné a tím zabraňují samovolnému větrání a vytvoření vlastního mikroklimatu spícího člověka.

Jsou známé též lamelové matrace, kde lamely spočívají na různém počtu všelijakých vaků, zcela nebo z části plněných plynem nebo kapalinou nebo obojím současně, často využívajících ke svému funkci různých komplikovaných pomocných zařízení jako jsou pumpy, kompresory apod. Praxe je nepřijala, protože jsou z části nebo zcela nefunkční nebo příliš komplikované a drahé.

Využití kruhového průřezu válce, jak je uskutečněno u hydraulické matrace nebylo zatím nikde použito.

Podstata technického řešení

Hydraulická matrace všechny výše uvedené nedostatky celoplošné vodní matrace odstraňuje a ponechává přitom její hlavní výhodu - podepření těla ve všech jeho partiích, využívající vztlakového působení kapaliny.

Podstatou technického řešení jsou dva nepružné, oboustranně uzavřené duté válce, které jsou tvarově lehce poddajné a přitom objemově neroztažné a pro kapalinu nepropustné (kruhový průřez, který je zde podstatný vyplývá již ze samotné definice válce). Tyto válce leží souběžně zcela volně na dvou tuhých rovinných plochách vytvořených konstrukcí postele ajsou naplněny předem určeným množstvím kapaliny a zcela odvzdušněny. Na těchto válcích leží volně napříč velké množství vertikálně pohyblivých lamel, které jsou zafixovány pouze tak, aby mezi sebou vzájemně udržovaly mezeru potřebnou k větrání na nich ležící kontaktní vrstvy. Při stlačování lamely směrem dolů dochází k zvětšování styčné plochy mezi lamelou a tvarově poddajnou stěnou válce. Protože přetlak působící na vnitřní stěnu válce je po celé její ploše konstantní, dochází zvětšováním této styčné plochy k zvětšování reakční síly působící na tuto lamelu zespodu, a to tak dlouho, až se tato reakční síla vyrovná se sílou působící na lamelu ze shora od ležícího těla. Přetlak v hydraulických válcích vzniklý tíhou těla tak neustále vytlačuje lamely proti ležícímu tělu takovou silou, jakou tíhou na ně tělo v jednotlivých místech působí a lamely se tak dokonale přizpůsobí tvaru těla a podepřou ho ve všech jeho partiích. Jde o obdobný účinek jako je účinek Archimedova zákona u celoplošné vodní matrace, přičemž mezi hydraulickými válci je dostatek prostoru pro odvětrávání lůžka a objem kapalinové náplně je 25 x až 30 x menší než u klasické vodní matrace stejných rozměrů.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení bude blíže osvětleno pomocí výkresů, na kterých znázorňuje obr. 1 pohled na hydraulickou matraci s pojmenováním jednotlivých jejích částí, obr. 2 klidovou polohu těla při spánku, obr. 3 klidovou polohu lamely zatížené malou hmotností, obr. 4 klidovou polohu lamely zatížené střední hmotností, obr. 5 klidovou polohu lamely zatížené velkou hmotností, obr. 6 změnu celkové hmotnosti působící na matraci, která nemá vliv na její klidovou polohu, obr. 7

- 1 CZ 7529 Ul nenaplněný objem v hydraulickém válci, obr. 8 umístění hydraulických válců na nosné ploše postele, obr. 9 detail jednoho možného spojení lamel z různých možných materiálů použitých k jej ich výrobě, obr. 10 výšku H, kterou musí hydraulické válce vyrovnat pro zajištění zdravého a příjemného spánku.

Příklady provedení technického řešení

Hydraulická matrace na obr. 1 sestává z dvou hydraulických válců L 2, které jsou výhodně vyrobeny ze smotávacích požárních tlakových hadic. Na těchto hydraulických válcích leží volně rošt z lamel 3. Lamely na obr. 9 mohou být vyrobeny z kovového profilu 8, dřeva 9 nebo jiného materiálu 10. Podstatné při tom je, aby byly dostatečně tuhé a co nejméně se prohýbaly. Mezi ío lamelami musí být větrací mezery, což můžeme zajistit např. sešitím dvou pruhů látky LL Na roštu je kontaktní vrstva 4, která přenáší tlak lamel na tělo. Je vyrobena z pružného pěnového a vzduchu propustného materiálu např. pěnového latexu nebo polyuretanu a je na vrchní straně opatřena další vrstvou z přírodního, např. vlny nebo jiného, např. antialergického materiálu dle přání zákazníka. Celková tloušťka obou vrstev by neměla být příliš silná, aby dobře přenášela tvar těla na rošt.

Hydraulické válce i, 2, jsou na obou koncích zaslepeny zátkami 5, které jsou na jednom konci opatřeny plnicími otvory s uzávěrem 6. Válce plníme kapalinou, nejlépe vodou, případně nemrznoucí směsí je-li třeba, můžeme je však plnit i kapalinou s vysokou viskozitou pro případ, že na matraci vykonáváme činnost spojenou se střídavým zatěžováním jejích jednotlivých částí a přejeme si utlumení nežádoucích pohybů matrace.

Na obr. 2 je znázorněna klidová poloha těla při spánku. Z této polohy vyplývá, že hydraulické válce jsou částečně deformovány lamelami, na které působí tíha těla. Abychom tuto žádoucí deformaci mohli uskutečnit, je třeba pro ni zanechat v hydraulickém válci volný prostor. Celkový maximální objem válce při kruhovém průřezu bez deformací Q = Q1 + Q2, přičemž Q2 je objem válce po deformaci válce ležící osobou aQl objem, o který se deformací maximální objem snížil. Velmi přibližně je to vyjádřeno na obr. 7.

Objem Q1 odvozujeme od výšky H, která je znázorněna na obr. 10, aje dána částečně individuálně a částečně celkovým vzrůstem populace vdaném regionu. Experimentálně bylo zjištěno, že pro osoby evropského vzrůstu, se zohledněním k velkému individuálnímu rozptylu výšky H, je nejvhodnější objem Q1 pro jeden válec 4,5-5 dm³ pro jmenovitý průměr hydraulického válce 110 mm. Jmenovitý průměr d hydraulického válce 110 mm, který je znázorněn na obr. 8, zajišťuje zcela dostatečný hydraulický zdvih k vyrovnání výše definované výšky H.

Objem Q1 je relativně nezávislý na délce hydraulického válce aje proto stejný jak pro postele o délce 190 cm, tak pro postele o délce 215 cm, nelze jej tedy určit % z celkového maximálního objemu válce. Při zmenšení objemu Q1 (možno jej nazvat teoretickým pracovním objemem, neboť v uvedeném objemu se hydraulická soustava válců pohybuje) se zmenší hydraulický zdvih, což se projeví nedostatečným vyrovnáním přirozené výšky H a tím snížením pohody při ležení. Při zvětšení objemu Q1 dojde u osob s vysokou výškou H k setkání protějších stěn hydraulického válce u nejvíce vystouplých partií těla a tím opět ke snížení hydraulického efektu.

U osob s menší výškou H se částečné odchýlení od ideálního objemu Q1 neprojeví.

Hydraulický válec naplníme kapalinou tak, aby výše uvedený objem Q1 zůstal nenaplněn. Poté válec stlačíme v místech s kapalinou tak, aby kapalina stoupla až do uzavíracího otvoru a vytlačila sebou všechen vzduch a válec natrvalo uzavřeme zátkou. Ve vnitřním prostoru válce musí zůstat pouze nestlačitelná kapalina, což je velmi důležité pro správný chod válce.

Princip činnosti soustavy dvou hydraulických válců a velkého počtu volně ležících lamel spočívá na známém principu akce a reakce. Na obr. 2 vidíme, že ležící tělo stlačuje prostřednictvím podložky 4 lamely 3 různě hluboko a tyto lamely pak dle toho různě stlačují hydraulický válec.

-2CZ 7529 Ul

Toto je názorně vidět na obr. 3, 4, 5 na řezu A-A, B-B a C-C. V hydraulickém válci 1 vzniká přetlak p_h který je v celém válci konstantní a je dán celkovou tíhou působící na všechny lamely na straně válce 1 vydělený celkovou styčnou plochou všech lamel, kterou se dotýkají válce L

V hydraulickém válci 2 vzniká přetlak p₂, který je v celém válci konstantní a je dán celkovou tíhou působící na všechny lamely na straně válce 2 vydělený celkovou styčnou plochou všech lamel, kterou se dotýkají válce 2. Přetlak uvnitř válce působí jeho vracení do původního kruhového průřezu.

Na obr. 3, kde je řez A-A vidíme, že lamela se ustálila v klidové poloze, kde hmotnost G působící na lamelu ze shora se rovná vztlakové síle Fi aF2 působící na lamelu zespodu, ío Vztlaková síla Fi a F₂ závisí na velikosti styčné plochy mezi válcem a lamelou. Jak je uvedeno výše, tlak je v celé délce válce konstantní. Zatížíme-li lamelu větší váhou G, obr. 4, lamela se zatlačuje do poddajné stěny hydraulického válce a zvětšuje se její styčná plocha s válcem tak dlouho až se vztlaková síla F_t a F₂ vyrovná této hmotnosti G a pohyb lamely se ustálí v nové klidové poloze. Na obr. 5 vidíme jinou klidovou polohu lamely danou jiným zatížením G působícím na lamelu. Přetlak v hydraulickém válci tak neustále vytlačuje lamely proti ležícímu tělu takovou sílou, jakou tíhou na ně tělo v jednotlivých místech působí a přizpůsobí se tak dokonale jeho tvaru.

Tento jev lze nazvat funkcí změny styčné plochy mezi tvarově poddajným dutým válcem s vnitřním přetlakem, který je podepřen tuhou rovinnou plochou, a pohyblivou tuhou rovinnou plochou při jejich vzájemném dostředném pohybu. Tato funkce má hodnotu 1,57. Účinek tohoto efektu je obdobný jako u klasických celoplošných vodních matrací účinek Archimedova zákona, kde je tělo nadzvedáváno takovou sílou, která se rovná tíze kapaliny tělem vytlačené (hodnota funkce 1,00).

Při změně hmotnosti, obr. 6, působící na lehací plochu 4, pokud se nezmění její podélné těžiště dojde pouze ke změně přetlaku p_t ap₂ v hydraulických válcích. Vztlaková síla se vyrovná novému zatížení aniž by došlo k jakémukoliv pohybu lamel. Předpokladem je dokonalé odvzdušnění hydraulických válců při plnění kapalinou a minimální objemová roztažnost hydraulických válců. Pokud použijeme na výrobu těchto hydraulických válců požární tlakové hadice střední kvality, které zaručují objemovou stálost při provozním přetlaku do 0,8 MPa, je tato podmínka splněna, neboť maximální pracovní přetlak v hydraulických válcích při zatížení dvěma osobami o celkové tíze 160 kg, jak je vyobrazeno na obr. 6, je 0,05 MPa.

Příčný posun hmotnosti k jedné straně matrace se navenek neprojeví, dojde pouze ke změně přetlaku pi ap₂ v jednotlivých hydraulických válcích. Výhodou je, že se matrace při obracení těla nekolíbá a umožňuje snadnější vstávání než klasická celoplošná vodní matrace, kde přetlak unikne na druhou stranu. Proto zásadně hydraulické válce tlakově nepropojujeme.

Z výše uvedeného vyplývá, že hydraulická matrace má vnitřní samoregulační schopnost a je vhodná pro jakoukoliv hmotnost, velikost a polohu ležící osoby aniž by musela být zvenčí pro tyto změny nastavována nebo jakkoliv měněna. Její hydraulický systém nevyžaduje žádnou obsluhu ani údržbu po celou dobu její životnosti.

Hydraulické válce umísťujeme, obr. 8, do vzdálenosti K od kraje lamel, abychom plně využili styčnou plochu zcela stlačeného válce a mezi válci zůstala co největší mezera na odvětrávání lůžka. Nosná plocha postele 7 pro hydraulické válce na obr. 7 by měla být jen o něco málo širší než 2 K ze stejných důvodů.

Claims (5)

1. 45 1. Hydraulická matrace sestávající ze dvou hydraulických válců a lamelového roštu, vyznačující se tím, že lamely (3) roštu leží napříč volně na dvou nepružných, tvarově
2. 2. Hydraulická matrace podle nároku 1, vyznačující se tím, že hydraulické válce (1, 2) jsou vyrobeny z tlakových hadic.

   5
3. 3. Hydraulická matrace podle nároku 1, vyznačující se tím, že hydraulické válce (1,2) jsou naplněny předem určeným množstvím kapaliny, které se během provozu nemění a jsou od vzdušněny.

   -3 CZ 7529 Ul lehce poddajných, objemově neroztažných, pro kapalinu nepropustných, oboustranně uzavřených a kapalinou z části naplněných dutých válcích (1,2).
4. 4. Hydraulická matrace podle nároku 1, vyznačující se tím, že kapalina je nemrznoucí.

   ío
5. 5. Hydraulická matrace podle nároku 1, vyznačující se tím, že kapalina má vysokou viskozitu a tím působí jako tlumič pohybu.