DE102015225209A1 - Device with a variable chamber system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem veränderlichen Kammersystem umfassend mindestens zwei Kammern, die mit einem Fluid gefüllt oder zumindest füllbar sind und von denen mindestens eine Kammer eine elastische Ummantelung aufweisen, wobei die Kammern mittels Fluidkanälen miteinander verbunden sind, so dass jede der Kammern eine direkte oder indirekte Fluidverbindung mit den übrigen Kammern aufweist. Das Kammersystem ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine Steuereinheit aufweist, welche den Fluidfluss in mindestens zwei Kammern (vorzugsweise in mindestens drei Kammern) regelt und/oder steuert, und dazu ausgelegt ist, den Innendruck und/oder das Volumen der Kammern mittels eines Zufallsprinzips oder eines festgelegten periodischen oder nichtperiodischen Ablaufs oder gemäß externen Steuersignalen zu steuern und/oder zu regeln, und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung.The invention relates to a device with a variable chamber system comprising at least two chambers which are filled with a fluid or at least fillable and of which at least one chamber having an elastic sheath, wherein the chambers are interconnected by means of fluid channels, so that each of the chambers a direct or having indirect fluid communication with the remaining chambers. The chamber system is characterized in that it comprises a control unit which controls and / or controls the fluid flow in at least two chambers (preferably in at least three chambers) and is adapted to the internal pressure and / or the volume of the chambers by means of a random principle or a fixed periodic or non-periodic sequence or in accordance with external control signals to control and / or to regulate, and a method for operating such a device.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem veränderlichen Kammersystem für eine Innensohle (z. B. Brandsohle, Einlegesohle, Strumpfsohle) oder eine Kompresse (z. B. Gelenkkompresse oder eine Einlage für Gipsverbände). Die Erfindung dient dazu, dem menschliche Körper bei der Berührung mit den Kammersystem ein stetig oder stufig wechselndes Druckgefühl zu verschaffen, so dass beim Laufen auf einer betreffenden Sohle oder beim Tragen der Kompresse der betreffende Hautbereich an unterschiedlichen Stellen ein hoher und niedriger Druck herrscht.The invention relates to a device with a variable chamber system for an insole (eg insole, insole, stocking sole) or a compress (eg joint compress or an insert for plaster casts). The invention serves to provide the human body in contact with the chamber system a steadily or stepwise changing pressure sensation, so that when running on a particular sole or when wearing the compress of the skin area concerned at different locations a high and low pressure prevails.
Bezüglich Kompressen ist es bei längeren Tragezeiten für den Fluss des Blutes oder der Lymphflüssigkeit sehr hilfreich, wenn nicht stets an derselben Stelle der Haut ein hoher Anpressdruck herrscht, der dazu führen kann, dass durch Abpressen von Lymph- oder Blutbahnen Teile des Körpers unterversorgt sind. Zudem wirken sich Druckstellen auch negativ auf das Erscheinungsbild aus.With regard to compresses, it is very helpful for longer flow times for the flow of blood or lymph fluid, if not always at the same point of the skin, a high contact pressure prevails, which can lead to the fact that by squeezing of lymph or blood circulation parts of the body are undersupplied. In addition, pressure points also have a negative effect on the appearance.
Bei Innensohlen tritt bei einigen Menschen das Problem auf, dass ein stets gleiches Druckprofil beim Gehen für Irritationen oder Schmerzen an den Füßen führt. Liegen bestimmte Krankheitsbilder vor (z. B. Diabetes oder Nervenerkrankungen) so kann es für den Fuß und das Gehgefühl sehr hilfreich sein, wenn das Gefühl erzeugt wird, auf einem variablen Untergrund zu laufen.In insoles, the problem arises in some people that a constant pressure profile when walking leads to irritation or pain on the feet. If there are certain clinical pictures (eg diabetes or nervous disorders), it can be very helpful for the foot and the feeling of walking, if the feeling is generated to run on a variable background.
Der Stand der Technik offenbart dazu beispielsweise Sohlen mit verschiedenen Kammern, die über ein Kanalsystem miteinander verbunden sind, und zwischen denen eine Flüssigkeit fließen kann.The prior art discloses, for example, soles with different chambers, which are connected to each other via a channel system, and between which a liquid can flow.
Nachteil des Standes der Technik ist, dass ein zufriedenstellendes Gehgefühl bisher nicht erreicht werden kann, insbesondere dass bisher kein inhomogener Untergrund über mehrere Schritte oder eine längere Laufstrecke hinweg simuliert werden kann.Disadvantage of the prior art is that a satisfactory Gehgefühl so far can not be achieved, in particular that so far no inhomogeneous ground over several steps or a longer running distance can be simulated away.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung mit einem veränderlichen Kammersystem und ein Verfahren zur Schaffung einer Veränderung eines Kammersystems zur Verfügung zu stellen, mittels derer ein zufriedenstellendes Gehgefühl erreicht werden kann und dass sich der Allgemeinzustand der betreffenden Körperstelle verbessert.The object of the present invention was to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a device with a variable chamber system and a method for providing a change of a chamber system, by means of which a satisfactory walking feeling can be achieved and that the general condition of the improved body site.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Ansprüchen gelöst.This object is achieved by an apparatus and a method according to the claims.
Die Begriffe „veränderlich” bzw. „Veränderung” beziehen sich auf die zeitliche und/oder räumliche Veränderung, also dass unterschiedliche Kammern einen unterschiedlichen Innendruck und/oder ein unterschiedliches Volumen aufweisen, und/oder dass der Innendruck der Kammern über eine Zeitspanne hinweg variiert. Somit lassen sich Innensohlen oder Kompressen realisieren, welche an stets unterschiedlichen Stellen stets eine unterschiedliche Härte und/oder Kontur aufweisen. Die Veränderung kann dabei schnell erfolgen, so dass bei jedem Schritt oder nahezu jedem Schritt ein scheinbar unterschiedlicher Untergrund zur Verfügung steht, aber auch zeitlich langsam erfolgen, dass z. B. bei einer längeren Wanderung das Druckprofil nach einer recht langen Zeit (im Bereich mehrere Minuten oder gar Stunden) anders ist als zu Beginn der Wanderung.The terms "variable" or "change" refer to the temporal and / or spatial change, that is, different chambers have a different internal pressure and / or a different volume, and / or that the internal pressure of the chambers varies over a period of time. Thus, it is possible to realize insoles or compresses which always have different hardness and / or contour at always different points. The change can be done quickly, so that at every step or almost every step, a seemingly different underground is available, but also take place slowly, that z. B. in a long hike the pressure profile after a fairly long time (in the range of several minutes or even hours) is different than at the beginning of the hike.
Im Folgenden wird sich auf Auslässe bezogen, die je nach Fluidfluss auch Einlässe sein können und umgekehrt. Um Missverständnisse zu vermeiden sei hier gesagt, dass wenn von „Einlässen” und „Auslässen” gesprochen wird, lediglich eine einzige Flussrichtung betrachtet und vorausgesetzt wird, dass sich die Funktion bei dem umgekehrten Fluidfluss (der in der Regel auftreten kann) konsistent umdreht, und aus Auslässen Einlässe werden und umgekehrt.The following refers to outlets which, depending on the fluid flow, can also be inlets and vice versa. To avoid misunderstandings, it should be understood that when referring to "inlets" and "outlets", only one direction of flow is considered and it is assumed that the function is consistently reversed in the reverse fluid flow (which may typically occur), and Outlets become inlets and vice versa.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem veränderlichen Kammersystem umfasst mindestens zwei Kammern (vorzugsweise mindestens drei Kammern), die jede mit einem Fluid gefüllt oder zumindest füllbar sind und von denen mindestens eine Kammer eine elastische Ummantelung aufweist (vorzugsweise mindestens zwei Kammern eine elastische Ummantelung aufweisen), wobei die Kammern mittels Fluidkanälen miteinander verbunden sind, so dass jede der Kammern eine direkte oder indirekte Fluidverbindung mit den übrigen Kammern aufweist. Das Kammersystem ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine Steuereinheit aufweist, welche den Fluidfluss in mindestens zwei Kammern (vorzugsweise in mindestens drei Kammern) regelt, und dazu ausgelegt ist, den Innendruck und/oder das Volumen der Kammern mittels eines Zufallsprinzips oder eines festgelegten periodischen oder nichtperiodischen Ablaufs oder gemäß externen Steuersignalen zu steuern und/oder zu regeln.The inventive device with a variable chamber system comprises at least two chambers (preferably at least three chambers), each filled with a fluid or at least fillable and of which at least one chamber has an elastic sheath (preferably at least two chambers have an elastic sheath), wherein the chambers are interconnected by fluid channels so that each of the chambers has a direct or indirect fluid communication with the remaining chambers. The chamber system is characterized in that it has a control unit which controls the flow of fluid into at least two chambers (preferably at least three chambers) and is adapted to the internal pressure and / or the volume of the chambers by means of a random or fixed periodic or non-periodic process or in accordance with external control signals to control and / or to regulate.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit einer solchen Vorrichtung umfasst die Schritte:
- a) Einstellen der Ventile dermaßen, dass Fluid von mindestens einer der Kammern in mindestens eine der übrigen Kammern strömen kann,
- b) ggf. Warten auf ein Ereignis aus der Gruppe Druckveränderung, Steuerbefehl, Zeitpunkt erreicht, Ort erreicht,
- c) Einstellen der Ventile dermaßen, dass Fluid von mindestens einer der Kammern in mindestens eine der übrigen Kammern strömen kann, wobei die Ventilstellung eine andere ist als die vorangehende Ventilstellung,
- d) Wiederholen der Schritte b) und c).
- a) adjusting the valves so that fluid from at least one of the chambers in at least one of the remaining chambers can flow,
- b) possibly waiting for an event from the group pressure change, control command, time reached, location reached,
- c) adjusting the valves so that fluid can flow from at least one of the chambers into at least one of the remaining chambers, the valve position being different from the previous valve position,
- d) repeating steps b) and c).
Die in der Erfindung verwendeten Kammern sind dem Fachmann bekannt. Es kann sich dabei beispielsweise um Aussparungen in einem Sohlen- oder Kompressenmaterial, Pelotten, Ballons, oder entsprechende Elemente handeln. Die Kammern sind bevorzugt zylindrisch, kugelförmig, linsenförmig, nierenförmig, balgförmig oder prismenförmig. Die Ummantelung oder „Wandung” ist bevorzugt über die ganze Außenfläche einer Kammer hinweg elastisch und umfasst insbesondere Materialien der Gruppe vernetzte Elastomere (Gummi), Latex, Silikon, Leder, Schaumstoff, Polyurethan, Weich-PVC, PET, Polypropylen, jeweils vorzugsweise aber nicht ausschließlich in der Ausführung als Folie.The chambers used in the invention are known in the art. These may be, for example, recesses in a sole or compress material, pads, balloons, or corresponding elements. The chambers are preferably cylindrical, spherical, lenticular, kidney-shaped, bellows-shaped or prism-shaped. The sheath or "wall" is preferably elastic over the entire outer surface of a chamber and, in particular, preferably comprises materials from the group of crosslinked elastomers (rubber), latex, silicone, leather, foam, polyurethane, flexible PVC, PET, polypropylene, but in each case preferably not exclusively in the execution as foil.
Die mindestens zwei Kammern (vorzugsweise mindestens drei Kammern) des Kammersystems können alle in der Sohle oder Kompresse vorliegen, wobei in diesem Falle bevorzugt alle Kammern eine elastische Ummantelung aufweisen. Je nach Anwendung kann aber auch der Fall auftreten, dass als eine Kammer der umgebende Raum (also die Atmosphäre) verwendet wird. In diesem Falle fehlt dieser Kammer selbstverständlich die elastische Ummantelung und als Fluid wird insbesondere Luft verwendet. Dies wäre der Fall, wenn das Kammersystem aufpumpbar wäre oder dazu ausgelegt, dass Fluid nach außen entweichen kann.The at least two chambers (preferably at least three chambers) of the chamber system can all be present in the sole or compress, in which case preferably all chambers have an elastic sheathing. Depending on the application, however, it may also be the case that the surrounding space (ie the atmosphere) is used as a chamber. In this case, of course, this chamber lacks the elastic sheath and fluid is used in particular air. This would be the case if the chamber system were inflatable or designed to allow fluid to escape to the outside.
Geeignete Fluide sind dem Fachmann bekannt. Bevorzugt sind inerte Gase, so wie Luft, Stickstoff oder Kohlendioxyd oder reaktionsarme Flüssigkeiten mit einem Siedepunkt über 50°C so wie Wasser, Tensidlösungen, Öle (insbesondere Silikonöle) oder Alkohole (z. B. Glycerin). Auch Fluide von vergleichsweise hoher Viskosität oder mit ausgewählter Tixotropie wie z. B. Gele sind je nach Anwendung bevorzugt.Suitable fluids are known in the art. Preference is given to inert gases, such as air, nitrogen or carbon dioxide or low-reaction liquids having a boiling point above 50 ° C., such as water, surfactant solutions, oils (in particular silicone oils) or alcohols (for example glycerol). Also, fluids of relatively high viscosity or with selected Tixotropie such. Gels are preferred depending on the application.
Bevorzugt sind auch Fluide, deren Viskosität durch elektrische Felder oder Magnetfelder verändert werden können. Diese werden in der Regel als elektrorheologische bzw. magnetorheologische Fluide bezeichnet. Die Verwendung solche Fluide hat den Vorteil, dass der Fluss dieser Fluide durch die Fluidkanäle mittels elektrischer oder magnetischer Felder geregelt oder gesteuert werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst daher die Vorrichtung Magnetspulen oder Einheiten zur lokalen Erzeugung elektrostatischer oder elektrodynamischer Felder (z. B. Elektroden/Metallplatten).Also preferred are fluids whose viscosity can be changed by electric fields or magnetic fields. These are usually referred to as electrorheological or magnetorheological fluids. The use of such fluids has the advantage that the flow of these fluids through the fluid channels can be regulated or controlled by means of electric or magnetic fields. According to a preferred embodiment, therefore, the device comprises magnetic coils or units for the local generation of electrostatic or electrodynamic fields (eg electrodes / metal plates).
Die Kammern sind mittels Fluidkanälen so miteinander verbunden, dass Fluid von der einen in die andere Kammer fließen kann, wobei das System so beschaffen sein muss, dass das Fluid jede der Kammern erreichen kann. Die Kammern sind also alle direkt (über die Fluidkanäle) oder indirekt (über andere Kammern) miteinander verbunden.The chambers are interconnected by means of fluid channels so that fluid can flow from one chamber to the other, the system having to be such that the fluid can reach each of the chambers. The chambers are therefore all directly (via the fluid channels) or indirectly (via other chambers) connected to each other.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen diese Fluidkanäle und/oder die Kammerummantelungen Ventile auf, welche einen Fluidfluss nur in der einen Richtung zulassen und in der Rückrichtung unterbinden, wobei mindestens eines dieser Ventile bevorzugt steuerbar ist, dass es einen Modus aufweist, in dem ein Rückfluss möglich ist oder sich die Flussrichtung monostabil oder bistabil umkehren lässt. Auch Sperrventile sind bevorzugt, welche in einem Zustand (der ggf. durch ein Steuersignal angeregt werden kann) einen Fluidfluss in beide Richtungen unterbinden und in einem durch ein äußeres Steuersignal angeregten Zustand einen Fluidfluss in eine oder beide Richtungen zulassen.According to a preferred embodiment, these fluid channels and / or the chamber sheaths have valves which allow fluid flow only in one direction and in the return direction, at least one of these valves is preferably controllable, that it has a mode in which a reflux possible or the flow direction can be reversed monostable or bistable. Also check valves are preferred, which in a state (which can be possibly excited by a control signal) prevent fluid flow in both directions and allow in a excited by an external control signal state fluid flow in one or both directions.
Die Steuereinheit steuert und/oder regelt den Fluidfluss in mindestens zwei Kammern (vorzugsweise in mindestens drei Kammern), es ist aber bevorzugt, dass der Fluidfluss in alle Kammern mit der Steuereinheit gesteuert und/oder geregelt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform steuert und/oder regelt die Steuereinheit dazu die Ventile in den Fluidkanälen und/oder Durchflussregler in den Kammerummantelungen oder den Fluidkanälen.The control unit controls and / or regulates the fluid flow in at least two chambers (preferably in at least three chambers), but it is preferred that the fluid flow in all chambers is controlled and / or regulated with the control unit. According to a preferred embodiment, the control unit controls and / or regulates the valves in the fluid channels and / or flow regulators in the chamber sheaths or the fluid channels.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die insbesondere alle übrigen Ausführungsformen vorteilhaft ergänzt, umfasst die Vorrichtung mindestens einen Drucksensor, insbesondere in jeder Kammer einen Drucksensor und/oder in Fluidkanälen ebenfalls Drucksensoren. Auf diese Weise ist es möglich, ein Druckprofil in Ruhe sowie in Bewegung zu erstellen. Bevorzugt umfasst die Vorrichtung auch Drucksensoren, welche der Steuereinheit Daten über den Innendruck mindestens einer der Kammer rückmelden. Bevorzugt wird mindestens einer der Drucksensoren dazu verwendet, die Steuereinheit einzuschalten, wenn ein vorbestimmter Druck erreicht ist. Auf diese Weise ist es möglich, eine automatische Einschaltung direkt nach dem Anziehen der Schuhe und dem ersten Auftreten auf den Boden zu realisieren.According to a further preferred embodiment, which advantageously complements all the other embodiments in particular, the device comprises at least one pressure sensor, in particular in each chamber a pressure sensor and / or pressure sensors in fluid channels. In this way it is possible to create a pressure profile at rest as well as in motion. The device preferably also includes pressure sensors, which report data to the control unit about the internal pressure of at least one of the chambers. Preferably, at least one of the pressure sensors is used to turn on the control unit when a predetermined pressure is reached. In this way, it is possible to realize an automatic activation directly after putting on the shoes and the first appearance on the ground.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung Schrittzähler (wobei dazu auch die Daten der Drucksensoren verwendet werden können), Füllstandssensoren oder Strömungssensoren.Preferably, the device comprises pedometer (which also the data of the pressure sensors can be used), level sensors or flow sensors.
Die Steuereinheit vollführt ihre Steuerung autark und/oder aufgrund äußerer Einflüsse. Bevorzugt reagiert die Steuereinheit auf eine oder mehrere der folgenden Einflüsse: Zeit („Zeitsteuerung”), Schrittanzahl („Schrittsteuerung”), Funk oder Kabel („Fernsteuerung”), elektrische Programmierung, mechanischer Aufbau.The control unit carries out its control autonomously and / or due to external influences. The control unit preferably responds to one or more of the following influences: time ("time control"), number of steps ("step control"), radio or cable ("remote control"), electrical programming, mechanical design.
Die Beeinflussung des Innendrucks und/oder des Volumens dient dazu, dass die Kammern mittels eines Zufallsprinzips oder eines festgelegten periodischen oder nichtperiodischen Ablaufs mit einem stetig wechselnden Innendruck beaufschlagt bzw. in ihrem Volumen verändert werden können, was in einer Sohle einen Gang über einen unebenen Boden simuliert oder in einer Kompresse die Durchblutung oder den Lymphfluss stimuliert oder aber (insbesondere mit einer Regelung mittels externen Steuersignale aber auch mit der vorangehend genannten Regelung) einen langsamen Übergang zwischen verschiedenen Druck- und/oder Volumenprofilen zu schaffen, was z. B. bei langen Wanderungen von Vorteil sein kann: Man startet mit einer bestimmten Einstellung und endet mit einer völlig anderen, als hätte man währenddessen die Innensohle gewechselt. The influencing of the internal pressure and / or the volume serves to act on the chambers by means of a random principle or a fixed periodic or non-periodic process with a constantly changing internal pressure or its volume can be changed, resulting in a sole a passage over an uneven floor simulated or stimulated in a compress blood circulation or lymphatic flow or (especially with a control by external control signals but also with the aforementioned regulation) to create a slow transition between different pressure and / or volume profiles, which z. B. on long walks can be beneficial: You start with a certain attitude and ends with a completely different, as if you had changed while the insole.
Um eine optimale Wirkung der Erfindung zu erreichen, ist es von Vorteil, hohe Anforderungen an diese Steuereinheit zu stellen. Zum einen sollte sie nicht zu teuer sein und nicht zu viel Energie benötigen, insbesondere nicht für die Schaltvorgänge. Zudem sollte sie leicht sein und so klein, dass sie bequem in einer Sohle oder Kompresse getragen werden kann. Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen beschrieben, die verschiedene Vorteile bieten und auch miteinander kombiniert werden können.In order to achieve an optimum effect of the invention, it is advantageous to make high demands on this control unit. First, it should not be too expensive and not need too much energy, especially not for the switching operations. In addition, it should be light and so small that it can be worn comfortably in a sole or compress. In the following, various embodiments are described which offer various advantages and can also be combined with each other.
Auf einer Elektronik basierende SteuereinheitElectronic control unit
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Steuereinheit mit elektrischer Energie versorgt. Diese Energie liegt insbesondere in Form eines elektrischen oder elektrochemischen Energiespeichers vor (z. B. einer Batterie oder eines Akkumulators). Bevorzugt ist zusätzlich eine Ladeeinheit zum Aufladen des Energiespeichers. Bevorzugte Ladeeinheiten umfassen Anschlüsse für das Aufladen mittels eines Kabels, Solarzellen oder Induktoren, welche einen Teil der Energie, die beim Gehen verbraucht wird in elektrische Energie umwandeln und in dem Energiespeicher speichern. Besonders bevorzugt ist eine Aufladung über eine Induktionsspule in einem alternierenden externen Magnetfeld, wie es z. B. von elektrischen Zahnbürsten bereits bekannt ist. Insbesondere werden mit der Erfindung ausgestattete Schuhe oder Kompressen auf eine Ladestation gestellt (z. B. eine Matte), die mit einer Spulenanordnung ausgestattet ist, durch die Wechselstrom fließt. Über das Magnetfeld zwischen Ladestation und Induktionsspule lassen sich auch Daten von der Sohle/Kompresse zur Ladestation drahtlos übertragen. Wird ein Ladekabel verwendet, kann auch dieses zur Datenübertragung verwendet werden. Beispielsweise ist dies ohne Weiteres mit dem USB-Standard möglich.According to a preferred embodiment, the control unit is supplied with electrical energy. This energy is present in particular in the form of an electrical or electrochemical energy store (eg a battery or a rechargeable battery). In addition, a charging unit for charging the energy storage device is preferred. Preferred charging units include terminals for charging by means of a cable, solar cells or inductors, which convert a part of the energy consumed in walking into electrical energy and store it in the energy store. Particularly preferred is a charge via an induction coil in an alternating external magnetic field, as z. B. of electric toothbrushes already known. In particular, shoes or pads equipped with the invention are placed on a charging station (eg, a mat) equipped with a coil arrangement through which alternating current flows. Using the magnetic field between the charging station and the induction coil, data can also be transmitted wirelessly from the sole / compress to the charging station. If a charging cable is used, this can also be used for data transmission. For example, this is easily possible with the USB standard.
Die Steuereinheit umfasst insbesondere einen Prozessor oder Mikrocontroller, der insbesondere programmierbar ist, und zusätzlich vorzugsweise einen Datenspeicher. Zudem umfasst die Steuereinheit bevorzugt Elemente aus der Gruppe Pumpen, elektrisch steuerbare Ventile, Schaltventile, welche den Fluidfluss umleiten können Datenempfänger und Datensender. Diese Elemente sind dem Fachmann bekannt.In particular, the control unit comprises a processor or microcontroller, which is in particular programmable, and additionally preferably a data memory. In addition, the control unit preferably comprises elements from the group of pumps, electrically controllable valves, switching valves, which can redirect the fluid flow data receiver and data transmitter. These elements are known to the person skilled in the art.
Insbesondere sind Ventile bevorzugt, welche sich elektrisch so steuern lassen, dass auch ein Fluidfluss in Gegenrichtung möglich ist. Die Ventile sind dabei insbesondere monostabil (Umkehrung nur bei einem Steuersignal, bei keime Steuersignal Rückkehr in den Grundzustand) oder bistabil (stabiler Umkehr des Flusses bei einem Steuersignal, Rückkehr in den Grundzustand bei dem nächsten oder einem anderen Steuersignal).In particular, valves are preferred which can be electrically controlled so that a fluid flow in the opposite direction is possible. The valves are in particular monostable (reversal only with a control signal, with no control signal return to the ground state) or bistable (stable reversal of the flow in a control signal, return to the ground state at the next or another control signal).
Bevorzugt sind auch Schaltventile, die monostabil oder bistabil in der Lage sind, den Fluidfluss von einem Kanal in einen anderen zu ermöglichen, so dass Fluid, welches durch einen Einlass in das Schaltventil einströmt je nach Zustand durch einen von mindestens zwei Auslässen wieder ausströmt (umgekehrter Fluidfluss ist insbesondere auch möglich).Also preferred are switching valves that are monostable or bistable capable of allowing the flow of fluid from one channel to another, so that fluid flowing through an inlet into the switching valve, depending on the state flows through one of at least two outlets again (reversed Fluid flow is also possible in particular).
Bevorzugt wird eine Schaltung direkt durch den Benutzer oder eine übergeordnete Kontrollelektronik durchgeführt. Dies geschieht vorzugsweise über Funk (z. B. beliebige Sender, Bluetooth, Wifi, Mobilfunknetz) oder Schalter, die direkt in der Sohle, im Schuh oder in der Kompresse enthalten sind. Die Kommunikation kann monodirektional vom Benutzer zur Vorrichtung oder bidirektional gestaltet sein. Bevorzugt ist in diesem Sinne ein Magnetschalter, der durch ein Magnetfeld von außen geschaltet werden kann. Dies kann beispielsweise so realisiert werden, dass in einem Schuh an der Außenseite der Trageposition (z. B. rechter Schuh, rechte Außenseite) ein Magnetschalter angeordnet ist und in dem anderen Schuh an der Außenseite der Trageposition (z. B. linker Schuh, linke Außenseite) ein Schaltmagnet (insbesondere ein Permanentmagnet). Beim normalen Gehen beeinflussen sich diese beiden Elemente nicht und der Magnetschalter wird nicht geschaltet. Stellt man die Füße jedoch kurz über Kreuz und führt sie aneinander vorbei, kann eine Schaltung des Magnetschalters durch den Schaltmagneten einfach bewirkt werden. Andere bevorzugte Möglichkeiten sind GPS-Empfänger, mittels derer insbesondere eine zurückgelegte Wegentfernung bestimmt wird, aufgrund derer Schaltvorgänge angeregt werden (z. B. nach 10 km Wandern wird das Druckprofil einer Einlegesohle geändert).Preferably, a circuit is performed directly by the user or a higher-level control electronics. This is preferably done via radio (for example, any transmitter, Bluetooth, Wifi, mobile network) or switches that are included directly in the sole, in the shoe or in the compress. The communication may be monodirectional from user to device or bidirectional. Preferred in this sense is a magnetic switch that can be switched by a magnetic field from the outside. This can be realized for example in such a way that a magnetic switch is arranged in a shoe on the outside of the carrying position (eg right shoe, right outer side) and in the other shoe on the outside of the carrying position (eg left shoe, left shoe) Outside) a switching magnet (in particular a permanent magnet). During normal walking, these two elements are not affected and the magnetic switch is not switched. However, if you place your feet in a short crosswise position and lead them past each other, a circuit of the magnetic switch can be easily effected by the switching magnet. Other preferred possibilities are GPS receivers, by means of which, in particular, a distance traveled is determined by means of which switching operations are initiated (for example, after 10 km of walking, the pressure profile of an insole is changed).
Auf eine nichtelektrische Steuerung basierende Steuereinheit Control unit based on a non-electrical control
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Vorrichtung nicht oder nicht nur mit elektrischer Energie versorgt, sondern bezieht ihre Energie zumindest teilweise aus einem zeitlich schwankenden Druck in mindestens einer der Kammern, der durch äußere Einflüsse erfolgt (z. B. durch den Abrollvorgang beim Gehen oder sonstigen Bewegungen), oder über das mechanische Spannen von Elementen (z. B. einer Metallfeder) durch die Gehbewegung oder einen Aufziehvorgang. Besonders vorteilhaft ist, wenn mindestens zwei Kammern bei der bestimmungsgemäßen Verwendung mit einem jeweils phasenverschobenen äußeren Druck beaufschlagt sind, wie es zum Beispiel bei Kammern der Fall ist, die im Fersenbereich und Ballenbereich einer Sohle angeordnet sind. Der Druck auf die Kammern der Ferse ist beim Gehen durch den Abrollvorgang in der Regel zu dem Druck auf die Kammern des Ballens phasenverschoben.According to a further preferred embodiment, the device is not or not only supplied with electrical energy, but draws its energy at least partially from a time-varying pressure in at least one of the chambers, which is effected by external influences (eg., By the rolling process when walking or Other movements), or by the mechanical tensioning of elements (eg., A metal spring) by the walking motion or a Aufziehvorgang. It is particularly advantageous if at least two chambers are subjected to the intended use with a respective phase-shifted external pressure, as is the case for example with chambers which are arranged in the heel area and ball area of a sole. The pressure on the chambers of the heel is usually out of phase with the pressure on the chambers of the bale when walking through the rolling process.
Bevorzugt umfasst ein Umschaltvorgang zwei Schritte:
- – Der Durchfluss zwischen den Kammern wird in einer definierten Weise ermöglicht und/oder unterbunden.
- – Sodann wird das Arbeitsfluid von einer Kammer in eine andere befördert.
- - The flow between the chambers is enabled and / or prevented in a defined manner.
- - Then the working fluid is transported from one chamber to another.
Die im Folgenden beschriebenen Elemente können durchaus auch in einer Steuereinheit enthalten sein, deren andere Komponenten auch mit elektrischer Energie versorgt werden. Dieser Hybrid könnte elektrische Energie dort sparen, wo sie nicht unbedingt erforderlich ist. Auf der anderen Seite bildet eine elektronische Steuerung bei allen Vorgängen einen Vorteil, die länger dauern als die Periode einer Körperbewegung (z. B. die langsame Veränderung des Innendrucks beim Wandern).The elements described below may well be included in a control unit whose other components are also supplied with electrical energy. This hybrid could save electrical energy where it is not essential. On the other hand, electronic control provides an advantage in all operations that last longer than the period of body movement (eg, the slow change in internal pressure during walking).
Bevorzugt sind die oben im Rahmen einer elektronischen Steuerung beschriebenen Elemente, bei denen an Stelle einer Elektronik eine Mechanik vorhanden ist. Bevorzugte Mechaniken sind Seilzüge, Getriebe oder Uhrwerke.Preferably, the elements described above in the context of an electronic control, in which a mechanism is present instead of electronics. Preferred mechanisms are cables, gears or movements.
Bevorzugt ist eine Anordnung der Ventile dermaßen, dass das durch die Fluidkanäle fließende Fluid eine Steuerung der Ventile hervorruft oder dass die Ventilanordnung eine stets wechselnde Füllung der Kammern bedingt.Preferably, an arrangement of the valves is such that the fluid flowing through the fluid channels causes a control of the valves or that the valve arrangement causes an always changing filling of the chambers.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich mindestens eine der Kammern unter der Ferse und mindestens eine der Kammern unter dem Ballen einer Sohle. Jede der Kammern des Kammersystems umfasst einen Fluideinlass und einen Fluidauslass, wobei der Fluidfluss durch Ventile vorgegeben wird, die ähnlich Dioden fungieren. Die Ventile sind direkt an Ein- bzw. Auslass angeordnet oder in den jeweiligen Fluidkanälen, die an Einlass bzw. Auslass angeordnet sind. Die Fluidkanäle einer jeden Kammer sind jeweils mit unterschiedlichen Kammern verbunden, insbesondere so, dass das Fluid in dem Kammersystem kreist.According to a preferred embodiment, at least one of the chambers under the heel and at least one of the chambers under the bale of a sole. Each of the chambers of the chamber system includes a fluid inlet and a fluid outlet, wherein the fluid flow is dictated by valves that act similarly to diodes. The valves are located directly at the inlet or outlet or in the respective fluid channels, which are arranged at the inlet or outlet. The fluid channels of each chamber are each connected to different chambers, in particular so that the fluid circulates in the chamber system.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform umfasst Elemente zur Datenspeicherung und Elemente zur Übertragung dieser Daten an eine externe Station (z. B. Elemente zur Funkübertragung oder Anschlüsse zur Kabelübertragung). Auf diese Weise ist es möglich, Daten über die Funktion der Vorrichtung (insbesondere Druckdaten) abzurufen, einzusehen und mit deren Hilfe die Funktionsweise des Kammersystems zu optimieren.A further advantageous embodiment comprises elements for data storage and elements for transmitting this data to an external station (eg elements for radio transmission or connections for cable transmission). In this way, it is possible to retrieve data on the function of the device (in particular print data), to view and optimize with their help the operation of the chamber system.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Kammersystem das im Folgenden beschriebene Ventil. Dieses Ventil ist dabei nicht nur im Rahmen der Erfindung anwendbar, sondern stellt auch eine eigenständige Erfindung dar. Bisher sind im Stand der Technik für die betreffenden Kammersysteme Ventile bekannt, die nach Deformation eines elastischen Halteelements (z. B. einer Feder) in Gegenlaufrichtung geöffnet werden können. Der Nachteil, ist jedoch, dass bei normalen Ventilen der Energieaufwand für diese Öffnung der Sperrrichtung sehr groß ist. Die Aufgabe des vorliegenden Ventils ist, eine gute Absperrwirkung zu bewerkstelligen aber trotzdem ohne einen hohen Energieaufwand in Gegenlaufrichtung geöffnet zu werden. Das Prinzip dieses Ventils lässt sich dabei auch auf Schalter anwenden, bei denen ein Wechsel zweier Fluidaustritte vorgenommen werden kann. Der Vorteil dieser Schalter ist ebenfalls die niedrige Schaltenergie.According to a preferred embodiment, the chamber system comprises the valve described below. This valve is not only applicable in the context of the invention, but also represents an independent invention. So far in the art for the respective chamber systems valves are known, which open after deformation of an elastic holding element (eg., A spring) in the opposite direction can be. The disadvantage, however, is that in normal valves the energy consumption for this opening of the reverse direction is very large. The object of the present valve is to accomplish a good shut-off but still be opened without high energy consumption in the opposite direction. The principle of this valve can also be applied to switches, in which a change of two fluid outlets can be made. The advantage of these switches is also the low switching energy.
Diese Ventile umfassen mindestens zwei Fluiddurchlässe (je nach Flussrichtung Einlass bzw. Auslass), welche über einen Fluidkanal miteinander verbunden sind. Sie bilden z. B. die Endstücke des betreffenden Fluidkanals. In dem Fluidkanal ist ein Verschlussstück beweglich angeordnet, so dass es bei geeigneter Positionierung mindestens einen der Durchlässe abdichten kann. Solch ein Aufbau ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt und der grundlegende Aufbau eines jeden Ventils. Der Unterschied zum Stand der Technik besteht darin, dass die Wandungen der Fluiddurchlässe ein magnetisches oder zumindest ferromagnetisches Material enthält (magnetisches oder magnetisierbares Rohr) und die Wandungen des Teilstücks des Fluidkanals zwischen den Fluiddurchlässen von einem nicht-ferromagnetischen Material gebildet werden, und das Verschlussstück ebenfalls aus einem magnetischen oder zumindest ferromagnetischen Material gebildet wird. Das Ventil ist dabei so ausgestaltet, dass mindestens eine der Wandungen der Durchlässe und/oder das Verschlussstück magnetisch oder magnetisierbar ist (bevorzugt mittels eines Elektromagneten oder eines beweglichen Permanentmagneten). In dieser Anmeldung betrifft der Begriff „magnetisch” stets magnetisierte Elemente, also Elemente, die ein Magnetfeld aufweisen. Mit dem Begriff „ferromagnetisch” werden Elemente bezeichnet, die zwar magnetisiert werden können, aber nicht zwingend ein Magnetfeld aufweisen müssen (z. B. durch Elektromagneten angeregt werden, nach der Anregung eine Remanenz aufweisen können, aber auch keine nennenswerte Remanenz aufweisen müssen oder auch wieder entmagnetisiert werden).These valves comprise at least two fluid passages (inlet or outlet depending on the direction of flow), which are connected to one another via a fluid channel. They form z. B. the end pieces of the respective fluid channel. In the fluid channel, a closure piece is movably arranged, so that it can seal at least one of the passages with suitable positioning. Such a structure is basically known to the skilled person and the basic structure of each valve. The difference with the prior art is that the walls of the fluid passages containing a magnetic or at least ferromagnetic material (magnetic or magnetizable tube) and the walls of the portion of the fluid channel between the fluid passages are formed by a non-ferromagnetic material, and the closure piece also is formed of a magnetic or at least ferromagnetic material. The valve is designed such that at least one of the walls of the passages and / or the closure piece is magnetic or magnetizable ( preferably by means of an electromagnet or a movable permanent magnet). In this application, the term "magnetic" always magnetized elements, ie elements that have a magnetic field. The term "ferromagnetic" refers to elements that can be magnetized but do not necessarily have to have a magnetic field (for example excited by electromagnets, after which excitation can have a remanence, but also need not have appreciable remanence or else) be demagnetized again).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist an der Wandung mindestens eines der Fluiddurchflüsse an der dem Verschlussstück zugewandten Seite ein Dichtungsstück angeordnet, welches dazu ausgestaltet ist, bei einem Druck des Verschlussstücks auf das Dichtungsstück den betreffenden Durchlass fluiddicht abzudichten. Dieses Dichtungsstück ist noch für einen weiteren Zweck von Vorteil, nämlich es dient auch als Abstandhalter. Da die Kraft eines Magnetfeldes antiproportional zum Quadrat des Abstandes anwächst, kann es notwendig sein, dass sich die Wandung des betreffenden Durchlasses und das Verschlussstück nicht direkt berühren, um eine Lösung des Verschlussstückes gegen eine Magnetkraft zu erreichen. Bevorzugt liegt die Dicke des Dichtungsstücks zwischen 0,1 mm und 1 cm, insbesondere zwischen 0,5 mm und 3 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,8 mm und 1,5 mm. Geeignete Materialien für das Dichtungsstück sind dem Fachmann bekannt. Sie sind bevorzugt elastisch wie z. B. Gummi, Silikon oder Latex.According to a preferred embodiment, a sealing piece is arranged on the wall of at least one of the fluid flows on the side facing the closure piece, which is designed to fluid-tightly seal the relevant passage in the case of a pressure of the closure piece on the seal piece. This packer is still for a further purpose of advantage, namely it also serves as a spacer. Since the force of a magnetic field increases in proportion to the square of the distance, it may be necessary that the wall of the relevant passage and the closure piece do not touch each other directly in order to achieve a solution of the closure piece against a magnetic force. Preferably, the thickness of the packer is between 0.1 mm and 1 cm, in particular between 0.5 mm and 3 mm, particularly preferably between 0.8 mm and 1.5 mm. Suitable materials for the packer are known to those skilled in the art. They are preferably elastic such. As rubber, silicone or latex.
An Stelle der Position an der Wandung mindestens eines der Fluiddurchflüsse an der dem Verschlussstück zugewandten Seite ist das Dichtungsstück in einer alternativen oder ergänzenden bevorzugten Ausführungsform am Verschlusselement angeordnet (selbstverständlich an denjenigen Seiten, die bestimmungsgemäß einen Durchfluss abdichten). Beispielsweise kann das Dichtungselement in diesem Falle aus einem elastischen Ring, einer elastischen Kugel oder einer elastischen Ummantelung des Verschlussstücks gebildet werden.Instead of the position on the wall of at least one of the fluid flows on the side facing the closure piece, the sealing piece is arranged on the closure element in an alternative or supplementary preferred embodiment (of course on those sides which intentionally seal a flow). For example, the sealing element in this case can be formed from an elastic ring, an elastic ball or an elastic sheath of the closure piece.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Ventil parallel zu dessen Fluidkanal mindestens eine benachbarte Röhre, in der ein Permanentmagnet verschiebbar angeordnet ist, so dass dessen Magnetkraft bei einer Verschiebung des Permanentmagneten eine Verschiebung des magnetischen oder ferromagnetischen Verschlussstücks bewirkt. Diese Röhre ist bevorzugt ebenfalls als Fluidkanal ausgebildet und mit mindestens einer Kammer verbunden, so dass ein Fluidfluss durch diesen Fuidkanal eine Verschiebung des Permanentmagneten bewirkt. Gegenüber der Verstellung mit einem Elektromagneten unterstützt diese Anordnung mit einem Permanentmagneten den Verschluss des Ventils, da der Permanentmagnet in der parallelen Röhre das Verschlusselement wieder in die gewünschte Stellung zurückzieht. Die Haltekräfte der außenliegenden Permanentmagnete kann unabhängig von der Kraft auf das Verschlusselement gestaltet werden. Die Rückwirkung des Verschlusselementes auf die Magnete ist dann kleiner als die Haltekräfte. Die Strömung kann dann kein unbeabsichtigtes Umschalten bewirken.According to a preferred embodiment, the valve comprises at least one adjacent tube in parallel to the fluid channel, in which a permanent magnet is slidably disposed so that its magnetic force causes displacement of the magnetic or ferromagnetic closure piece upon displacement of the permanent magnet. This tube is preferably also designed as a fluid channel and connected to at least one chamber, so that a fluid flow through this Fuidkanal causes a displacement of the permanent magnet. Compared with the adjustment with an electromagnet, this arrangement with a permanent magnet supports the closure of the valve, since the permanent magnet in the parallel tube pulls the closure element back into the desired position. The holding forces of the outer permanent magnets can be designed independently of the force on the closure element. The reaction of the closure element on the magnets is then smaller than the holding forces. The flow can then cause no accidental switching.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Wandung mindestens einen Durchlasses einen Elektromagneten (der lediglich aus einer Spule bestehen muss, da die Wandung das Magnetjoch bilden kann). Durch eine (bevorzugt wechselnde) Magnetisierung der Wandung wird eine Verschiebung des magnetischen oder ferromagnetischen Verschlussstücks bewirkt. In dem Fall, in dem das Verschlussstück einen Permanentmagneten enthält, würden sich die Wandung und das Verschlussstück je nach Magnetisierung der Wandung abstoßen oder anziehen und damit eine Schaltung oder Öffnung des Ventils erreicht werden. In dem Fall in dem das Verschlussstück ein ferromagnetisches Material enthält und unmagnetisiert ist, würde eine wechselnde Magnetisierung der Wandung gegenüberliegender Durchlässe eine Bewegung des Verschlussstücks erlauben und damit Schaltung oder Öffnung des Ventils erreicht werden.According to a preferred embodiment, the wall at least one passage comprises an electromagnet (which must consist only of a coil, since the wall can form the magnetic yoke). By a (preferably alternating) magnetization of the wall, a displacement of the magnetic or ferromagnetic closure piece is effected. In the case in which the closure piece contains a permanent magnet, the wall and the closure piece would repel or attract depending on the magnetization of the wall and thus a circuit or opening of the valve can be achieved. In the case where the closure piece contains a ferromagnetic material and is unmagnetised, alternating magnetization of the wall of opposing passages would permit movement of the closure piece, thereby achieving circuit or opening of the valve.
Bevorzugt ist mindestens ein Elektromagnet, bzw. alle Elektromagnete, die zu einem Umschaltungsvorgang benötigt werden so gestaltet, dass die Schaltenergie im Bereich geringer als 0,5 Joule, vorzugsweise < 0,1 Joule ist, bzw. dass die Schaltleistung geringer als 0,5 W, vorzugsweise < 0,1 W ist. Mit frei erhältlichen Batterien oder Akkus mit Volumen < 1 ccm, die sich leicht in der Sohle integrieren lassen, ließen sich bei dieser geringen Schaltleistung mehr als 1000 Schaltvorgänge durchführen. Damit ist der Energiebedarf so gering, dass für typische Einsätze mindestens für einen Tag, meist für > eine Woche Energie bereitgestellt ist, bevor Austausch oder Aufladung erfolgen muss. Bevorzugt ist der ohmsche Widerstand mindestens eines Elektromagneten, insbesondere aller Elektromagnete, größer als 50 Ohm, insbesondere > 250 Ohm. Bei einer Schaltspannung von 5 Volt entspräche dies ungefähr der oben genannten Schaltleistung.Preferably, at least one electromagnet, or all the electromagnets that are required for a switching operation, is designed such that the switching energy is less than 0.5 Joule, preferably <0.1 Joule, or that the switching capacity is less than 0.5 W, preferably <0.1W. With freely available batteries or accumulators with volume <1 ccm, which can be easily integrated into the sole, could be accomplished with this low switching capacity more than 1000 switching operations. This means that the energy requirement is so low that energy is provided for typical operations for at least one day, usually for> one week, before replacement or recharging must take place. Preferably, the ohmic resistance of at least one electromagnet, in particular all electromagnets, greater than 50 ohms, in particular> 250 ohms. At a switching voltage of 5 volts, this would correspond approximately to the above switching power.
Beim Schalten wird kurzzeitig ein hoher Strom benötigt. Bevorzugt umfasst die Vorrichtung dazu einen Kondensator (insbesondere mit einer Kapazität von mehr als 0,5 mF, z. B. von 2 Millifarad), der auf eine vorbestimmte Schaltspannung (z. B. 5 Volt oder 10 Volt) aufgeladen wird, und einen Schalter (insbesondere einen Halbleiterschalter), mittels dessen der Kondensator über den betreffenden Elektromagneten entladen wird. Die Schaltspannung lässt sich nach Stand der Technik z. B. auch durch kostengünstige DC/DC Wandler erreichen, wenn diese höher liegt, als die Energieversorgung der Vorrichtung liefert. Der Ladestrom des Kondensators sollte dabei so bemessen sein, dass die Stromversorgung der Vorrichtung (z. B. Batterie bzw. Akku) in einem effizienten Belastungsmodus betrieben wird. Die Vorrichtung sollte so ausgestaltet sein, dass die erneute Schaltfähigkeit des Systems ist nach wenigen Sekunden (< 10 s) wieder gegeben ist.When switching, a high current is required for a short time. For this purpose, the device preferably comprises a capacitor (in particular with a capacity of more than 0.5 mF, eg of 2 milli-radads), which is charged to a predetermined switching voltage (eg 5 volts or 10 volts), and a Switch (in particular a semiconductor switch), by means of which the capacitor is discharged via the respective electromagnet. The switching voltage can be according to the prior art z. B. also reach by cost DC / DC converter, if this is higher than the power supply of the device supplies. The charging current of the capacitor should be so dimensioned that the power supply of the device (eg battery or rechargeable battery) is operated in an efficient load mode. The device should be designed so that the new switching capability of the system is restored after a few seconds (<10 s).
Der Schaltstrom ist bei einem gewünschten Richtungswechsels des Fluids bevorzugt umkehrbar. Dies kann beispielsweise durch ein entsprechendes Schaltelement, insbesondere zwischen Kondensator und Elektromagnet erreicht werden. Bei einigen Anwendungen kann es jedoch auch von Vorteil sein, wenn jede Elektromagnetspule zwei unabhängige, im wesentlichen aber gleichartige Wicklungen aufweist, die dann je nach gewünschter Wirkrichtung mit Schaltstrom beaufschlagt werden.The switching current is preferably reversible at a desired change in direction of the fluid. This can be achieved, for example, by means of a corresponding switching element, in particular between capacitor and electromagnet. In some applications, however, it may also be advantageous if each electromagnetic coil has two independent, but substantially similar windings, which are then acted upon depending on the desired direction of action with switching current.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, in der das Ventil als Schalter fungiert, weist die Wandung des Fluidkanals einen weiteren Durchlass oder einen weiteren Fluidkanal mit einem weiteren Durchlass auf, insbesondere genau in der Mitte zwischen den oben genannten zwei Durchlässen, so dass sich bevorzugt ein T-förmiger Körper ergibt. Bei einer Hin- und Herbewegung des Verschlussstücks zu einem der beiden oben genannten Durchlässen würde sich dann wechselnd ein Durchfluss von dem dritten Durchlass durch einen der beiden anderen Durchlässe ergeben (derjenige, der gerade nicht von dem Verschlussstück verschlossen wird).According to a preferred embodiment, in which the valve acts as a switch, the wall of the fluid channel has a further passage or a further fluid channel with a further passage, in particular exactly in the middle between the above-mentioned two passages, so that preferably a T shaped body yields. In a reciprocating movement of the closure piece to one of the two above-mentioned passages would then alternately a flow from the third passage through one of the other two passages result (the one that is not closed by the closure piece).
Das Verschlussstück hat bevorzugt eine Form, die eine eindeutige längste Raumabmessung aufweist (insbesondere mindestens 1,5 mal länger als die größte Raumabmessung der anderen beiden Raumdimensionen). Bevorzugt ist es hantelförmig, quaderförmig, zylinderförmig oder ellipsoidförmig. Je nach Anwendung ist aber auch eine runde Form (z. B. eine Kugel) bevorzugt, insbesondere in dem Falle, dass das Verschlussstück nicht magnetisiert (also ferromagnetisch und kein Permanentmagnet) ist. Beispielsweise würde eine Kugel von zwei wechselseitig mittels Elektromagneten magnetisierten Wandungen der Durchflüsse angezogen werden. Der jeweils nicht magnetisierte Teil könnte, sollte er eine magnetische Remanenz aufweisen, zusätzlich entmagnetisiert werden z. B. mittels eines abnehmenden Wechselstroms.The closure piece preferably has a shape that has an unambiguously longest dimension in space (in particular at least 1.5 times longer than the largest dimension of the other two spatial dimensions). It is preferably dumbbell-shaped, cuboidal, cylindrical or ellipsoidal. Depending on the application, however, a round shape (eg a ball) is also preferred, in particular in the case that the closure piece is not magnetized (ie ferromagnetic and not a permanent magnet). For example, a ball would be attracted by two mutually magnetized by means of electromagnet walls of the flows. The respective non-magnetized part could, if it has a magnetic remanence, be additionally demagnetized z. B. by means of a decreasing alternating current.
Bevorzugt ist aber auch eine Ausführungsform mit einem permanentmagnetischen, kugelförmigen Verschlussstück oder einem zylindrischen Verschlussstück, dessen Zylinderachse orthogonal zur Flussrichtung des Ventils angeordnet ist. In einem äußeren Magnetfeld kann sich ein solches magnetisches Verschlussstück im Ventilkörper drehen. Um einen Fluidfluss zu ermöglichen, ist in das Verschlussstück mindestens eine Ausnehmung, insbesondere eine langgezogene Ausnehmung (z. B. ein Fluidkanal), eingebracht, so dass in einer ersten Orientierung kein Fluid fließen kann und in einer zu dieser Orientierung gedrehten zweiten Orientierung ein Fluidfluss möglich ist oder sich zumindest die Ausnehmung über den Ausfluss befindet, so dass in der Ausnehmung befindliches Fluid in den Ausfluss fließen kann. Durch eine Drehung des Verschlussstücks ist es möglich die Ausnehmung durch Drehung so zu positionieren, dass ein Fluidfluss durch die langgezogene Ausnehmung an einem Dichtelement vorbei in einen Auslass erfolgen kann. Auf diese Weise wäre eine Schaltung von Ventilen nicht durch Verschiebung, sondern durch eine Drehung möglich. Durch eine Drehung des Verschlussstücks kann die Seite mit der Ausnehmung auch durch ein Fluid geführt und die Ausnehmung auf diese Weise mit Fluid gefüllt werden, und danach durch eine weitere Drehung zu einem Fluidauslass geführt werden, wo sich die Ausnehmung entleeren kann. Auf diese Weise ist ein gesteuerter Zu- bzw. Abfluss einer genau definierten Fluidmenge möglich, der durch die Drehzahl des Verschlussstücks gesteuert werden kann. Eine Steuerung des Fluidflusses ist auch mit der oben beschreibenen Variante mit verschobenen Verschlussstücken möglich, in dem durch ein gepulstes Magnetfeld in dem Elektromagneten eine kurze Öffnung des Ventils erzwungen wird. Durch die Steuerung der Leistung und/oder der zeitlichen Länge des Pulses kann die Ausflussmenge sehr genau gesteuert werden.However, an embodiment with a permanent-magnetic, spherical closure piece or a cylindrical closure piece whose cylinder axis is arranged orthogonally to the flow direction of the valve is also preferred. In an external magnetic field, such a magnetic closure piece may rotate in the valve body. In order to enable a fluid flow, at least one recess, in particular an elongated recess (eg a fluid channel), is introduced into the closure piece so that no fluid can flow in a first orientation and a fluid flow in a second orientation rotated to this orientation is possible or at least the recess is located above the outflow, so that fluid located in the recess can flow into the outflow. By rotation of the closure piece, it is possible to position the recess by rotation so that a fluid flow through the elongate recess on a sealing element can pass into an outlet. In this way, a circuit of valves would not be possible by shifting, but by a rotation. By a rotation of the closure piece, the side with the recess can also be guided by a fluid and the recess can be filled with fluid in this way, and then be guided by a further rotation to a fluid outlet, where the recess can empty. In this way, a controlled inflow and outflow of a precisely defined amount of fluid is possible, which can be controlled by the speed of the closure piece. A control of the fluid flow is also possible with the above-described variant with displaced closure pieces, in which a short opening of the valve is forced by a pulsed magnetic field in the electromagnet. By controlling the power and / or the time length of the pulse, the outflow can be controlled very accurately.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist ein Ventil oder ein zu dem Ventil führender Fluidkanal einen Druckverminderer auf, der so gestaltet ist, dass er den Druck des Fluids in Sperrichtung des Ventils so weit vermindert, dass bei geschlossenem Ventil das Verschlussstück nicht durch den Fluidgegendruck geöffnet wird. Die Kraft, die das Fluid auf das Verschlussstück ausübt muss in diesem Falle also kleiner sein, als die magnetische Kraft, die das Ventil geschlossen hält. Bevorzugt sind die Durchlässe des Ventils als Druckminderer ausgestaltet, in dem ein geeigneter Durchmesser gewählt wurde.According to a preferred embodiment, a valve or a fluid passage leading to the valve has a pressure reducer which is designed to reduce the pressure of the fluid in the direction of the valve so that, when the valve is closed, the closure will not be opened by the fluid back pressure. The force that exerts the fluid on the closure piece in this case must therefore be smaller than the magnetic force that keeps the valve closed. Preferably, the passages of the valve are designed as a pressure reducer, in which a suitable diameter was selected.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung noch zusätzlich lichterzeugende Elemente oder Vibratoren zur Anzeige einer Umschaltung der Steuereinheit. Mittels dieser Elemente kann einem Benutzer mitgeteilt werden, dass ein Steuerbefehl die Steuereinheit erreicht hat.Preferably, the device additionally comprises light-generating elements or vibrators for indicating a changeover of the control unit. By means of these elements, a user can be informed that a control command has reached the control unit.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung noch zusätzlich ein Heizsystem.Preferably, the device additionally comprises a heating system.
Beispiele für bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Abbildungen dargestellt. Examples of preferred embodiments of the device according to the invention are shown in the figures.
In
In
In
Es ist bei allen dieser Ausführungsformen selbstverständlich möglich, dass sich das Fluid auch einmal homogen in alle Kammern aufteilt. Bei jedem Bewegungsprozess wird sich aber durch Inhomogenitäten der Fließgeschwindigkeiten in den Kanälen (die auch künstlich herbeigeführt sein können) eine jeweils unterschiedliche Füllung der Kammern und damit bei jedem Schritt ein nahezu zufälliges lokales Druckgefühl ergeben.It is of course possible in all of these embodiments that the fluid also divides homogeneously into all chambers once. In each movement process, however, inhomogeneities of the flow velocities in the channels (which may also be induced artificially) result in a different filling of the chambers and so that with each step an almost random local pressure feeling results.
In den
Eine andere Art der Schaltung ist in
In der dargestellten Form sperrt das Ventil
In
Durch eine solche Drehung kann die Seite mit der Ausnehmung
In
Wenn das System mit einer externen Recheneinheit verbunden ist, können auch historische Daten Druckverlauf, Anzahl Schritte etc. abgerufen werden, wenn dafür ein Speicher in der Steuereinheit vorgesehen war.If the system is connected to an external arithmetic unit, historical data such as pressure history, number of steps etc. can also be retrieved if a memory in the control unit was provided for this purpose.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- VentilValve
- 22
- Schaltventilswitching valve
- 33
- Magnetmagnet
- 44
- Verschlussstückclosing piece
- 55
- Begrenzunglimit
- 66
- Dichtelementsealing element
- 77
- Elektromagnetelectromagnet
- 88th
- Ausnehmungrecess
- 99
- MitteldurchlassCentral passage
- 1010
- Ventileinheitvalve unit
- 1111
- Steuereinheitcontrol unit
- 1212
- Energiequelleenergy
- 1313
- Sensorsensor
- 1414
- Kommunikationseinheit in der SohleCommunication unit in the sole
- 1515
- Kommunikationseinheit des BenutzersCommunication unit of the user
- 1616
- Remotezugriffremote access
- 1717
- Programmierungprogramming
Claims (10)
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