WO2007125148A1 - Calzado con amortiguación - Google Patents

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WO2007125148A1
WO2007125148A1 PCT/ES2007/000266 ES2007000266W WO2007125148A1 WO 2007125148 A1 WO2007125148 A1 WO 2007125148A1 ES 2007000266 W ES2007000266 W ES 2007000266W WO 2007125148 A1 WO2007125148 A1 WO 2007125148A1
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footwear
magnets
fluid
cavities
damping
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Juan de Dios GARCÍA DURÁN
Guillermo Iglesias
Ángel DELGADO MORA
Fernando González Caballero
Silvia Alejandra Ahualli
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Universidad de Granada
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Universidad de Granada
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    • A43B13/14—Soles; Sole-and-heel integral units characterised by the constructive form
    • A43B13/18—Resilient soles
    • A43B13/189—Resilient soles filled with a non-compressible fluid, e.g. gel, water
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    • A43B13/20—Pneumatic soles filled with a compressible fluid, e.g. air, gas
    • A43B13/206—Pneumatic soles filled with a compressible fluid, e.g. air, gas provided with tubes or pipes or tubular shaped cushioning members

Definitions

  • Sole, insole or toe for cushioned footwear with magnetic and magnetoreological fluids Sole, insole or toe for cushioned footwear with magnetic and magnetoreological fluids.
  • the object of the present invention is to provide a damping system for footwear based on the use of magnetic and magnetorheological fluids and controllable by means of permanent magnets of different sizes and which through their magnetic fields regulate the damping when exerting a pressure by the foot.
  • the foot is a complex mechanism capable of supporting and spreading many impact forces.
  • the natural protective grease on the heel and the front as well as the flexibility of the arch help to cushion it.
  • An athlete's stride is partly a charge of energy in flexible tissues.
  • the Achilles tendon and the arch are stretched and contracted by storing energy in tendons and ligaments.
  • the stored energy is released by reducing the load on the muscles.
  • the foot has natural damping and rebound properties, it is incapable in itself of overcoming many forces in athletic activity. When you don't wear shoes with cushioning and support, the pain and fatigue are greater. On the other hand, if the footwear is not well padded there may be blisters, damage to muscles, tendons and ligaments and bone fractures.
  • a good footwear should complement the natural functionality of the foot, partly incorporating a sole (external, medium, internal) that absorbs impacts. It is also important to use a heel or cushioning means in the heel since this is usually the area with the highest pressure supported
  • the common problem is that the dampers are inflated by a pressurized fluid, specifically a pressurized gas that " enters the damping by an external valve.
  • a pressurized fluid has several difficulties. Among them, it can be tedious to constantly adjust the pressure or insert fluid into damping, it is difficult to maintain a constant pressure, the pressurized gas devices are expensive and the gas tends to run out, so additional gas must be added .
  • German patent DE 820,869 and US 4,577,417 describe cushions with heel and toe cavities with ambient pressure air. Both show cushioning with a straight tube that connects cavities. Only one type of air flow is offered between cavities and none, a solution for different activities and weights.
  • US Patent 4,458,430 describes a partially or completely filled fluid absorber system of various viscosities.
  • This invention presents the problem that the connection channels are of uniform diameter. This fact is a disadvantage: there is only a degree of damping not adaptable to different athletic activities and bodies.
  • the electronic system is composed of different sensors, wiring, batteries and electronic components that can be easily damaged in the case of a badly performed washing or immersion in liquids, causing a functioning and forcing the user to discard said footwear, both for its cost and its maintenance.
  • the system consists of a microprocessor, a sensor and a special motor.
  • the built-in sensor sends the weight, speed and terrain type data to the processor, which in turn calculates the parameters for a tiny motor to make the corresponding adjustments.
  • Magnetic fluids are those systems formed by ferromagnetic or ferromagnetic particles in a carrier fluid. When the particle size is sufficient, these fluids are called magnetorheological and have the important property of varying their (geological) flow properties quickly and significantly when subjected to a moderate magnetic field. That is, the system can be changed from a normal (Newtonian) fluid of low viscosity to a fluid with high threshold stress (plastic or plastic pseudo) with a high effective viscosity controlled by the applied magnetic field ( Figure 1).
  • the present invention consists of a cushioning system for footwear composed of flexible material, such as rubber, plastic, pseudo-plastic or elastomeric materials, etc., inside which there are compartments of various geometric shapes (for example spheres of different sizes) connected by narrow ducts between each of them. These compartments are filled with a magnetoreological or magnetic fluid that can be of different concentrations depending on the type of damping that is required, when walking, running or walking on rough terrain, or depending on the weight to be cushioned by the individual.
  • a magnetoreological or magnetic fluid that can be of different concentrations depending on the type of damping that is required, when walking, running or walking on rough terrain, or depending on the weight to be cushioned by the individual.
  • the fluid is supported in different areas, starting from a minimum of two, where in the union between the cavities there is one or more ducts, for the exchange of flow between them.
  • the exchange of fluid between the cavities will depend on the force received when stepping on each zone.
  • This field that approaches and moves away depending on the pressure and pace of the walk, changes the properties of the fluid by increasing or decreasing its initial viscosity by magnetoreological effect, producing in turn an intelligent damping, acting as a passage valve between each cavity, closing or opening the passage, depending on the pressure exerted.
  • This conduit through which the fluid passes carries a small spring that holds a permanent magnet.
  • the spring upon receiving a certain impact force, compresses and brings the magnet and, therefore, the magnetic field, closer to the conduit, causing the desired magnetorheological effect (intelligent valve) by changing the viscosity of the fluid in the conduit, increasing its viscosity and preventing The fluid flows naturally from one end to the other.
  • the spring acts as a support for the magnet and keeps it away from the passageway and is compressed when a force is exerted. It expands once the force ceases to act, serving only as a recovery element, returning the magnet to the original position. When the magnet moves away from the conduit, the fluid circulates normally again.
  • the proposed damping system can be fixed or interchangeable by the user depending on the damping that he prefers or the activity to be performed, or it is also possible to choose it based on the weight of the individual.
  • a conditioner or control system can be designed taking into account the magnetic force of the magnet in the passageway. It is also possible to carry out the design based on the concentration of the particles carried by the magnetorheological fluid.
  • Another form of user control of the damping properties is that of being able to change the arrangement of the magnets with the simple exchange of one or more cylinders or canes, which may be inserted in certain areas of the template, sole or heel, in which the arrangement of the magnets or the magnetic characteristic has been modified.
  • Another option of the invention would be to exchange the wheels for air or rubber cavities who perform the effect of this, in the previous designs.
  • it when applying a force on the rubber or air piece, it is deformed according to the pressure and the orientation of the force that is applied.
  • this piece supports several magnets, upon receiving a force perpendicularly for example, the magnets will approach the passageway of the magnets, however if in addition the force is inclined with respect to the vertical, the piece will deform more than one side that of another approaching some magnets to the conduit and moving away others. In this way, it is possible to damp forces that come from different directions (not only the normal ones of the heel), thus being able to adapt the structure to other parts of the footwear, such as for example the toe, the ankle, etc.
  • the magnetoreological effect also offers the possibility that, without intervening channels for the passage of fluid from one cavity to another, only independent cavities are placed, which are located under a flat-shaped magnet that covers certain areas of the cavity, when this magnet plate together with its magnetic field approaches the cavity with the fluid, it will change its viscosity resisting the applied pressure, it will behave as a solid (hardens) and will behave again as a liquid when the same moves away.
  • Vi> v 2 depending on the magnetic field applied, whose magnitude depends on how close the magnet is to the duct.
  • Cavities in the form of spheres with fluid and springs with magnets ( Figures 4 and 5): It is done by interconnecting a predetermined amount of cavities (z) that contain magnetic or magnetorheological fluids. These cavities are connected to each other through channels or tubes (c) where the fluid passes through upon receiving the pressure in one or more cavities. It is arranged perpendicularly and located on each channel, a double set formed by spring (M) and magnet (i) who will act in solidarity with the pressure exerted by moving the magnet (magnetic field) closer or further to the passageway, reducing the fluid velocity between cavities (from V 1 to V 2 ). (Figure 2)
  • the distribution of the cavities or zones (z) and the springs can cover part or all of the shoe plant ( Figure 4)
  • the damping system is formed by geometric cavities (z), in this case in the form of hexagons interconnected with each other through one or smaller channels (c), springs are not used, but spheres filled with air or elastic rubber (e) that jointly support three magnets placed in a plane substantially parallel and superior to that formed by the junction channels between cavities (z).
  • the magnets (i) are fixed to other spheres forming an independent network.
  • FIG. 9 Three-dimensional arrangement
  • the cavities (z) are arranged according to the scheme, and have been represented as a button, illustrated in Figure 13.
  • the magnets (i) are fixed to an air sphere or soft rubber (e), in opposite positions if 2 magnets are used (i) ( Figure 9) or forming a cross if 4 are used ( Figure 10).
  • the resulting arrangement ( Figure 11) is a network that can dampen not only by the magnitude of the force, but also depending on the direction of the force or pressure applied.
  • the amount of magnets (i) to be placed in the system will depend on the design, taking into account a minimum of two magnets, and the need for the impact zone to react depending on the force received both in amplitude and in the direction of the same, that is, when applying a force or pressure in the perpendicular direction, the sphere (e) is crushed by bringing one or more magnets closer to the passage passage (c), causing the magnetoreological effect in the channel that affects this sphere and then returns to its initial state If the force (F), it is in another direction the other set of opposite magnets will approach, affecting in this case other channels (c) and cavities (z).
  • Figure 12 The proposed embodiment is a complement to the previous cases and is based on having the footwear user insert in certain areas of the footwear (the heel for example) Figure 7, elements that they contain different arrangements of magnets, in such a way that the distribution of magnets, affects one or more zones and therefore varies the amount of damping, which will be linked to the amount of magnets in the cylinder, the amount of zones to which affect and the characteristics of the inserted magnes.
  • V 1 Speed of fluid without Field
  • V 2 Fluid velocity with Field and force applied
  • Figure 1 Illustration of the magnetoreological effect in fluids with magnetic particles (p), without magnetic field and subjected to an external magnetic field (CM)
  • Figure 2 Effect on the change of the velocity V 1 to V 2 of a conduit by magnetoreological effect in fluids with magnetic particles (p) subjected to an external magnetic field (Cm) and to a force or pressure (F)
  • Figure 3 Scheme in detail of the effect of a force or pressure (F) that approaches or moves a magnet (i) and its spring (M) over a passage (c) between the cavities (z) containing magnetoreological fluid.
  • Figure 4 Three-dimensional layout of a design with spheres (e) filled with magnetoreological fluid along with its springs (M) and magnets (i) that cause the magnetoreological effect in each duct (c) that join each sphere forming a network
  • Figure 5 Template or sole (Pl) that uses the model of spheres (e) and passage duct (c).
  • the network of springs and magnets (i) is placed above and below the sphere network (e).
  • the springs and magnets are not included in the figure.
  • Figure 6 Insole of a type footwear with different zones (z) or fluid cavities, connected by a conduit (c). Spring (M) and magnets (i).
  • Figure 7 Diagram in the form of a honeycomb, where there is more than one conduit (c) that links the cavities (z).
  • the central sphere (e) supports three magnets (i) that affect several channels (c) in each contact zone when a force F is struck
  • Figure 8 Honeycomb-shaped scheme, seen from perspective to observe the effect of a force (F) affecting a certain area (z) affecting some spheres (e) and others not.
  • F force
  • z area
  • CM Variable magnetic field around the crushed sphere.
  • Figure 9 Design and effect with air or rubber spheres (e), which perform the function of springs but with the possibility of receiving impact forces from various directions. It is noteworthy how the magnets (i) when receiving a certain force or pressure (F) approach towards the ends in front of their initial state.
  • Figure 10 Effect of a vertical force on the sphere (e) of air or rubber by moving the magnets (i) vertically and in the event that the force or pressure (F) opposes will move away a pair and bring the other set of magnets opposites (i)
  • Figure 11 "Button" arrangement for cavities (z) and sphere (e) of air or rubber to obtain the damping effect, the minimum system must be composed of four zones (z) and a spherical center (e) integral to four magnets (i) arranged in the form of a cross.
  • Figure 12 Type scheme, for shoe heels, with the possibility that the user exchanges the damping with the simple fact of inserting different rods (Va) that incorporate magnets (i) with different distributions and characteristics.

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  • Footwear And Its Accessory, Manufacturing Method And Apparatuses (AREA)

Abstract

Calzado con amortiguación, basado en el efecto resultante de la aplicación de un campo magnético externo a un fluido magnetoreológico, contenido en cavidades (Z) conectadas entre si por medio de canales (C). El resultado de la amortiguación se logra acercando o alejando imanes (i) sostenidos solidariamente por muelles (M) o esferas de goma o aire. La disposición de los imanes permite que al hacer incidir una fuerza o presión en la superficie del sistema, el campo magnético de los imanes se acerquen a los conductos de paso entre cavidades hasta cambiar la viscosidad del fluido y por consiguiente la velocidad de paso del fluido en los canales. El diseño del sistema permite distinguir la dirección de la fuerza aplicada y aplique el campo magnético en determinadas zonas para una mejor amortiguación, sirviendo el mismo para amortiguarlos laterales o la puntera del calzado.

Description

Calzado con amortiguación
DESCRIPCIÓN
Suela, plantilla o puntera para calzado amortiguado con fluidos magnéticos y magnetoreológicos.
Objeto de Ia invención
El objeto de Ia presente invención es proporcionar un sistema de amortiguación para el calzado basado en Ia utilización de fluidos magnéticos y magnetorreológicos y controlable por medio de imanes permanentes de distintos tamaños y que a través de sus campos magnéticos regulan Ia amortiguación al ejercer una presión por el pie.
Estado de Ia Técnica
Un problema con los zapatos y el calzado en general ha sido conseguir equilibrio entre soporte y amortiguamiento. En un día medios los pies y piernas se ven sometidos a impactos importantes. Al correr, saltar, caminar e incluso estar de pie realizan fuerzas sobre los pies y piernas que pueden causar dolor, cansancio y heridas.
El pie es un mecanismo complejo capaz de soportar y difundir muchas fuerzas de impacto. La grasa natural protectora en el talón y Ia parte delantera así como Ia flexibilidad del arco ayudan a amortiguarlo.
Una zancada de atleta es en parte una carga de energía en los tejidos flexibles. Por ejemplo, al caminar o correr, el tendón de Aquiles y el arco se estiran y contraen guardando energía en tendones y ligamentos. Cuando Ia presión en estos elementos se libera, Ia energía guardada se libera reduciendo Ia carga para los músculos. Aunque el pie tenga propiedades naturales de amortiguamiento y rebote, es incapaz por sí solo de superar muchas fuerzas en Ia actividad atlética. Cuando no se lleva calzado con amortiguamiento y apoyo, el dolor y cansancio son mayores. Por otro lado, si el calzado no está bien acolchado puede haber ampollas, daños en músculos, tendones y ligamentos y fracturas óseas.
Un calzado inadecuado también produce dolor de espalda. Un buen calzado deberá complementar Ia funcionalidad natural del pie, en parte incorporando una suela (externa, media, interna) que absorba impactos. También es de importancia el uso de un tacón o medio de amortiguación en el talón ya que éste suele ser la zona de mayor presión soportada
Ha habido intentos de aumentar Ia elasticidad y retomo de energía del pie con suelas que guardan Ia energía en Ia compresión y la devuelven en Ia expansión.
Otra forma de solucionar el problema de amortiguación consiste en usar dispositivos llenos de fluido presurizado. En Ia EP 94907885.1 sé describen algunas patentes que utilizan este mecanismo.
El problema común es que los amortiguamientos son inflados por un fluido a presión, concretamente un gas presurizado que" entra en el amortiguamiento por una válvula exterior.
Un fluido presurizado tiene varias dificultades Entre ellas, puede ser tedioso ajustar constantemente Ia presión o insertar fluido en amortiguamiento, es difícil mantener una presión constante, los dispositivos de gas presurizado son caros y el gas tiende a salirse, por Io que debe añadirse gas adicional.
La patente alemana DE 820.869 y Ia estadounidense US 4.577.417 describen amortiguamientos con cavidades de talón y dedos con aire a presión ambiente. Ambas muestran amortiguamiento con tubo recto que conecta cavidades. Solo se ofrece un tipo de flujo de aire entre cavidades y ninguna, una solución para actividades y pesos distintos.
La patente US 4.458.430 describe sistema de amortiguadores llenos parcial o completamente de fluido de diversas viscosidades. Esta invención presenta el problema de que los canales de conexión son de diámetro uniforme. Este hecho supone una desventaja: sólo hay un grado de amortiguación no adaptable a distintas actividades atléticas y cuerpos.
Los intentos de controlar el ritmo de fluido por válvula han sido complejos y caros. La patente US 4.446.634 describe un calzado con cámaras, dos conductos y válvulas. Girando botones en válvulas se regula el ritmo de fluido entre cámaras. Esta patente presenta además como inconveniente un amortiguador caro y propenso a averías debido á las numerosas piezas y sus conexiones complejas. La solicitud PCT/GB91 /00740 - WO 91/16831 describe una válvula de dos elementos de plástico duro dispuestos encima y debajo de dispositivo de expansión. Al ser los elementos de distinto material que el amortiguador, se encarece Ia fabricación. Los elementos cierran el tubo de expansión durante el uso, Io que puede evitar que llegue al contenedor delantero Ia cantidad de fluido adecuada. El tubo de expansión, al ser sólo un tubo recto, ofrece las desventajas ya citadas.
En Ia patente US 2004177531 se describe un sistema inteligente para calzado, que actúa sobre el talón, que se ajusta automáticamente en función de Ia respuesta obtenida a través de un sensor y un complejo sistema electrónico que gobierna un mecanismo de un tipo de amortiguador con fluido magnetorreológico o motor. En esta patente no se menciona el uso de imanes, Ia fuente de energía que alimenta el circuito es por baterías, cuya autonomía estimada no superaría las 100 horas de ejercicio, siendo incomodo el cambio de las mismas una vez agotada. Por otro lado, el sistema no es intercambiable, aunque posee un ajuste en función de Ia actividad a realizar.
En esta invención el sistema electrónico esta compuesto por diferentes sensores, cableado, baterías y componentes electrónicos que pueden estropearse fácilmente en el caso de un lavado mal realizado o inmersión en líquidos, provocando un funcionamiento y obligando al usuario a descartar dicho calzado, tanto por su costo como su mantenimiento.
En algunos casos el sistema consta de un microprocesador, un sensor y un motor especial. El sensor incorporado envía los datos de peso, velocidad y tipo de terreno al procesador, que a su vez calcula los parámetros para que un diminuto motor haga los ajustes correspondientes.
En Ia actualidad se están estudiando muchos mecanismos de amortiguación para calzado, utilizando pequeños sensores en Ia planta del pie, que controlan circuitos complejos de cálculo, los cuales controlan válvulas electrónicas que regulan el paso de fluidos entre cavidades. Este problema no está resuelto y su inconveniente radica en lo costoso del diseño e implementación y el uso de unas baterías que tienden a agotarse. '
Fluidos Magnetorreológicos
Se conoce como fluidos magnéticos aquellos sistemas formados por partículas de carácter ferromagnético o ferromagnético en un fluido portador. Cuando el tamaño de partícula es suficiente, a estos fluidos se les llama magnetorreológicos y presentan la importante propiedad de variar sus propiedades de flujo (geológicas) de manera rápida y significativa al ser sometidos a un campo magnético moderado. Es decir, se puede hacer que el sistema cambie desde un fluido normal (newtoniano) de baja viscosidad hasta un fluido con elevado esfuerzo umbral (pseudo plástico o plástico) con una elevada viscosidad efectiva controlada por el campo magnético aplicado (Figura 1).
Esta propiedad confiere a los fluidos magnetorreológicos la posibilidad de controlar sus propiedades mecánicas y por tanto emplearlos en multitud de aplicaciones técnicas en las que se desea que un fluido (frecuentemente un aceite o agua) varíe su viscosidad o presente esfuerzo umbral de fluencia a nuestra voluntad. Ejemplos de tales aplicaciones son: amortiguación de vibraciones periódicas y no periódicas, frenado, embragues, protección antisísmica de estructuras, protección del operador o conductor de maquinaria productora de vibraciones, etc.
En estos campos de la ingeniería civil y mecánica, así como en Ia medicina ortopédica, empiezan a aparecer las primeras aplicaciones de estos fluidos con propiedades muy especiales.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención consiste en un sistema de amortiguación para calzado compuesto por material flexible, como goma, plástico, pseudo-plástico o materiales del tipo elastómeros, etc, en cuyo interior hay unos compartimentos de diversas formas geométricas (por ejemplo esferas de diferentes tamaños) conectados por conductos estrechos entre cada una de ellos. Estos compartimentos están llenos con un fluido magnetoreológico o magnético que puede ser de diferentes concentraciones según el tipo de amortiguación que se requiera, al andar, correr o caminar por terrenos abruptos, o dependiendo del peso a amortiguar del individuo.
El fluido esta soportado en diferentes zonas, partiendo de un mínimo de dos, donde en Ia unión entre las cavidades existe uno o más conductos, para el intercambio de caudal entre las ellas. El intercambio de fluido entre las cavidades dependerá de Ia fuerza recibida al pisar en cada zona.
Sobre cada unión o conducto entre zonas se coloca un ¡man del tipo permanente sujetado a un pequeño muelle. En cada pisada el campo magnético generado por el imán, al acercarse al conducto de interconexión entre cada zona, produce, un aumento en Ia viscosidad del fluido. Es decir el fluido cambia sus propiedades por efecto del campo magnético aplicado.
Este campo que se acerca y se Ie aleja según sea Ia presión y el ritmo del caminar, cambia las propiedades del fluido aumentando o disminuyendo su viscosidad inicial por efecto magnetoreológico, produciendo a su vez un amortiguamiento inteligente, actuando como válvula de paso entre cada cavidad, cerrando o abriendo el paso, dependiendo de Ia presión ejercida.
Este conducto por el que pasa el fluido lleva un muelle pequeño que sostiene un imán permanente. El muelle, al recibir un determinada fuerza de impacto, se comprime y acerca el imán y, por tanto el campo magnético, al conducto provocando el efecto magnetorreológico deseado (válvula inteligente) cambiando Ia viscosidad del fluido en el conducto, aumentando su viscosidad e impidiendo que el fluido fluya naturalmente de un extremo a otro.
El muelle actúa como soporte del imán y Io mantiene alejado del conducto de paso y se comprime cuando es ejercida una fuerza. Se expande una vez que deja de actuar Ia fuerza, sirviendo únicamente de elemento recuperador, volviendo a colocar el imán en Ia posición original. Cuando el imán se aleja del conducto el fluido vuelve a circular normalmente.
El sistema de amortiguación propuesto puede ser fijo o intercambiable por el usuario en función de Ia amortiguación que prefiera o Ia actividad que vaya a realizar, o también es posible elegirla en función del peso del individuo. Puede diseñarse un sistema de acondicionador o control teniendo en cuenta Ia fuerza magnética del imán en el conducto de paso. Es también posible realizar el diseño a partir de Ia concentración de las partículas que lleva el fluido magnetorreológico.
Otra forma de control por el usuario de las propiedades de amortiguación es Ia de poder cambiar Ia disposición de los ¡manes con el simple intercambio de una o más cilindros o bastones, que se podrán insertar en ciertas zonas de Ia plantilla, suela o talón, en Ia que Ia disposición de los imanes o Ia característica magnética ha sido modificada.
El sistema propuesto, no lleva electrónica asociada, aunque es fácilmente incorporable al mismo. Una ventaja adicional de no usar baterías es que permite que su inmersión en líquidos no afecte al control de amortiguación o no produzca choques eléctricos o cortocircuitos que estropeen el calzado dejándolo inutilizable para su función. También es posible colocar el sistema en otra parte del calzado como por ejemplo en Ia punta o en los lados, de tal forma que los imanes y muelles convenientemente distribuidos, ya sea en forma longitudinal, vertical u horizontal amortigüen Ia fuerza ejercida o se adapte a Ia forma del pie del individuo al caminar, produciendo un andar cómodo y estable.
Con una disposición alternativa haría posible hacer que, el sistema funcione inversamente, es decir que al recibir un fuerza o presión el muelle y por consiguiente el imán de alejen, contrariamente a Io anterior dejando pasar el liquido entre cada zonas produciendo el efecto inverso.
Otra opción de Ia invención consistiría en intercambiar los mueles por cavidades de aire o goma quienes realizan el efecto de este, en los diseños anteriores. En este caso, al aplicar una fuerza sobre Ia pieza de goma o aire, esta se deforma según sea Ia presión y Ia orientación de Ia fuerza que se aplica. Como esta pieza soporta varios imanes, al recibir una fuerza perpendicularmente por ejemplo, los imanes se acercaran al conducto de paso los imanes, sin embargo si además Ia fuerza esta inclinada con respecto a Ia vertical, Ia pieza se deformará más de un lado que de otro acercando unos imanes al conducto y alejando otros. De esta manera se consigue amortiguar fuerzas que provengan de diferentes direcciones (no solo Ia normales del talón), pudiendo así, adaptar Ia estructura para otras partes del calzado, como por ejemplo Ia puntera, el tobillo, etc.
El efecto magnetoreológico también ofrece Ia posibilidad de que, sin intervenir canales para el paso para el fluido de una cavidad a otra, solo se coloquen cavidades independientes, las que están ubicadas debajo de una imán en forma plana que cubra ciertas zonas de Ia cavidad, cuando esta plancha de imán junto con su campo magnético se acerque a Ia cavidad con el fluido, cambiará Ia viscosidad del mismo resistiendo a Ia presión aplicada, se comportará como sólido (se endurece) y volverá a comportarse como líquido al alejarse Ia misma. MODOS DE REALIZACIÓN
El efecto que provoca un campo magnético al aproximarse a un conducto donde esta alojado un fluido magnetoreologico descripto con anterioridad, hace que este fluido se endurezca (cambio en Ia viscosidad del fluido) en el canal, asi mismo si se ejerce una fuerza en una zona, externa al conducto, el fluido intentará desplazarse hacia Ia zona opuesta y comunicada por el conducto, donde no hay una fuerza aplicada distribuyendo Ia presión entre las cavidades. El efecto del campo provocará que las velocidades de desplazamiento del fluido hacia Ia otra zona disminuyan (Figura 2 y 3)
Vi>v2, en función del campo magnético aplicado, cuya magnitud depende de cuan cerca este el imán del conducto.
Con este principio se realizaron distintos modos de realización.
Cavidades en forma de esferas con fluido y muelles con imanes (Figuras 4 y 5): Se realiza interconectando una cantidad predeterminada de cavidades (z) que contienen fluidos magnéticos o magnetorreológicos. Estas cavidades están conectadas entre si a través de canales o tubos (c) donde atraviesa el fluido al recibir Ia presión en una o más cavidades. Se dispone en forma perpendicular y ubicado sobre cada canal, un doble conjunto formado por muelle (M) e imán (i) quienes actuarán en forma solidaria con Ia presión ejercida acercando o alejando el imán (campo magnético) al conducto de paso, disminuyendo Ia velocidad del fluido entre cavidades (pasando de V1 a V2). (Figura 2)
La distribución de las cavidades o zonas (z) y los muelles puede cubrir parte o toda Ia planta del calzado (Figura 4)
Sistema para suela o plantilla completa con diferentes zonas de amortiguación
(Figura 6): Se realiza incorporando varias zonas llenas de fluido magnético o magnetoreologico y se conectan entre ellas a través de unos canales o tubos (c) donde el fluido pasa de una zona a otra en función del punto donde se ejerza Ia fuerza o presión. En esta disposición se colocan una cantidad determinada de muelles (M) e imanes (i), de tal manera que al recibir una presión en alguna parte de Ia planta, los muelles superiores se acerquen a Ia superficie inferior provocando el cambio de viscocidad en el canal y por consiguiente un cambio en Ia amortiguación.
Sistema en forma de "Panal de abejas" (Figura 7): En este modo de realización, el sistema de amortiguación está formado por cavidades geométricas (z), en este caso en forma de hexágonos interconectados entre si a través de uno o más pequeños canales (c), no se utilizan muelles, sino esferas llenas de aire o de goma elástica (e) que sostiene en forma solidaria tres imanes colocados en un plano sensiblemente paralelo y superior al formado por los canales de unión entre cavidades (z). Los imanes (i) están fijados a otras esferas formando red independiente. Al ejercer una fuerza (F) sobre una cavidad y cerca de una esfera con imanes hará que parte del imán actué sobre algunos canales y sobre otros no, amortiguando parcialmente unas zonas y otras en forma total.
Si una fuerza (F) o presión es ejercida en un punto en concreto, Ia esferas (e) de aire o goma elástica donde incide Ia fuerza se deformaría acercando las tres puntas de los imanes que sostiene, mientras que las puntas opuestas no sufrirían Ia acción de Ia fuerza, quedando en su estado original. Esto haría que Ia varilla de imán se inclinase más hacia un lado que el otro, produciendo un campo magnético más intenso en Ia zona de Ia fuerza o presión aplicada, por Ia aproximación del imán. (Figura 8).
Modo de Realización Preferido
Disposición tridimensional (Figuras 9, 10 y 11): En este modo de realización se ha tenido en cuenta Ia posibildad de que el sistema reciba fuerzas de presión de diferentes direcciones y realice Ia amortiguación en forma gradual a Ia misma. Para ello las cavidades (z) se disponen según el esquema, y se han representado con forma de botón, ilustrado en Ia Figura 13. Los imanes (i) están fijados a una esfera de aire o goma blanda (e), en posiciones opuestas si se emplean 2 imanes (i) (Figura 9) o bien formando una cruz si se emplean 4 (Figura 10). Ca disposición resultante (F¡gura11) es una red que puede amortiguar no solo por Ia magnitud de Ia fuerza, sino también en función de Ia dirección de Ia fuerza o presión aplicada.
La cantidad de imanes (i) a colocar en el sistema dependerá del diseño, teniendo en cuenta un mínimo de dos imanes, y Ia necesidad de que Ia zona de impacto reaccione en función de Ia fuerza recibida tanto en amplitud como en Ia dirección de Ia misma, Es decir, al aplicar una fuerza o presión en dirección perpendicular, Ia esfera (e) se aplasta acercando uno o más imanes al conducto de paso (c) , provocando el efecto magnetoreologico en el canal que afecte esta esfera y luego vuelve a su estado inicial. Si Ia fuerza (F), es en otra dirección acercará el otro juego de imanes opuestos afectando en este caso a otras canales (c) y cavidades (z). Esta disposición hace que sea posible su uso no solo en Ia plantilla del calzado, sino también en los laterales o Ia puntera, siendo capaz de provocar el mismo efecto magnetoreologico al incidir fuerzas de diferentes direcciones. Si se utiliza un par imanes (i), Ia esfera (e), si bien se deformará con distintas direcciones, no hará llegar los campos magnéticos en Ia dirección de Ia fuerza, sino tuviera un imán solidario a Ia esfera. Con este concepto será posible el diseño de un imán cilindrico y Ia disposición de Ia red seria circular cubriendo todas las direcciones posibles de impacto.
Sistema intercambiable por el usuario: (Figura 12) El modo de realización propuesto, es un complemento de los casos anteriores y se fundamenta en hacer que el usuario del calzado inserte en determinadas zonas del calzado (el talón por ejemplo) Figura 7, elementos que contengan diferentes disposiciones de ¡manes, de tal forma que Ia distribución de imanes, afecte a una o más zonas y por consiguiente varíe Ia cantidad de amortiguación, que estará vinculada a Ia cantidad de imanes en el cilindro, Ia cantidad de zonas a las que afecte y las características de los ¡manes insertados.
Descripción de las figuras
Nomenclatura usada en las figuras: •
CM: Campo Magnético p: Partículas
F: Fuerza aplicada
V1: Velocidad del fluido sin Campo
V2: Velocidad del fluido con Campo y fuerza aplicada
M: Muelle
c : conducto o cana de interconexión
i: imán
z: zona o cavidad que aloja el fluido
e: esfera de aire o goma elástica
Pl: plantilla o planta del calzado
Va: varilla de imanes o de regulación
t : Talón
s: suela
Figura 1 : Ilustración del efecto magnetoreológico en fluidos con partículas magnéticas (p), sin campo magnético y sometidas a un campo magnético externo (CM)
Figura 2: Efecto en el cambio de Ia velocidad V1 a V2 de un conducto por efecto magnetoreológico en fluidos con partículas magnéticas (p) sometidas a una campo magnético extemo (Cm) y a una fuerza o presión (F) Figura 3 : Esquema en detalle del efecto de una fuerza o presión (F) que acerca o aleja un imán (i) y su muelle (M) sobre un conducto (c) de paso entre las cavidades (z) que contienen fluido magnetoreológico.
Figura 4: Disposición en tres dimensiones de un diseño con esferas (e) llenas de fluido magnetoreológico junto con sus muelles (M) e imanes (i) que causan el efecto magnetoreológico en cada conducto (c) que unen cada esfera formando una red
Figura 5: Plantilla o suela (Pl) típica que utiliza el modelo de esferas (e) y conducto de paso (c). La red de muelles e imanes (i) se coloca por arriba y por debajo de Ia red de esferas (e).No se incluye los muelles y los imanes en Ia figura.
Figura 6: Plantilla de un calzado tipo con diferentes zonas (z) o cavidades de fluido, conectadas por un conducto (c). Muelle (M) e imanes (i).
Figura 7: Esquema en forma de panal, donde existen más de un conducto (c) que enlazan las cavidades (z). La esfera central (e) soporta tres ¡manes (i) que afectan a varios canales (c) en cada zona de contacto cuando se hace incidir una fuerza F
Figura 8: Esquema en forma de panal, visto desde perspectiva para observar el efecto al incidir una fuerza (F) en una determinada zona (z) afectando a algunas esferas (e) y a otras no. (CM) Campo magnético variable alrededor de Ia esfera aplastada.
Figura 9: Diseño y efecto con esferas de aire o goma (e), que realizan Ia función de muelles pero con Ia posibilidad de recibir fuerzas de impacto provenientes de varias direcciones. Es de notar como los imanes (i) al recibir una determinada fuerza o presión (F) se acercan hacia los extremos frente a su estado inicial.
Figura 10: Efecto de una fuerza vertical en Ia esfera (e) de aire o goma desplazando los imanes (i) verticalmente y en el caso de que Ia fuerza o presión (F) se opuesta alejarán un par y acercarán el otro juego de imanes opuestos (i)
Figura 11 : Disposición de "botón" para las cavidades (z) y esfera (e) de aire o goma para obtener el efecto de amortiguación, el sistema mínimo debe estar compuesta por cuatro zonas (z) y un centro esférico (e) solidario a cuatro imanes (i) dispuestos en forma de cruz.
Figura 12: Esquema tipo, para talón de calzado, con posibilidad de que el usuario intercambie Ia amortiguación con el simple hecho de insertar diferentes varillas (Va) que incorporan imanes (i) con diferentes distribuciones y características.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Sistema de amortiguación para calzado caracterizado por utilizar fluidos magnetorreológicos e imanes para modificar la resistencia a Ia presión.
2. Sistema de amortiguación para calzado que comprende a. Elemento con cavidades rellenas de fluido magnético o magnetoreológico. b. Imanes cuya posición varía en función de Ia presión ejercida sobre el sistema y que modifican las características de viscosidad del fluido.
3. Sistema de amortiguación para calzado según reivindicación 2 caracterizado porque las cavidades están comunicadas entre sí por uno o varios conductos y los imanes se encuentran ubicados a uno o ambos lados de los conductos que intercomunican las cavidades con el fluido.
4. Sistema de amortiguación para calzado según reivindicación 2 caracterizado porque las cavidades que contienen el fluido son independientes y están ubicadas debajo de un imán en forma plana que modifica las características de viscosidad del fluido.
5. Sistema de amortiguación para calzado según reivindicaciones 2, 3 ó 4 caracterizado por que Ia posición de los imanes se regula mediante muelles.
6. Sistema de amortiguación para calzado según reivindicaciones 2, 3 ó 4 caracterizado por que Ia posición de los imanes se regula mediante cavidades de aire que se contraen en función de presión ejercida.
7. Sistema de amortiguación para calzado según reivindicaciones 2, 3 ó 4 caracterizado por que Ia posición de los imanes se regula mediante elementos de goma que se contraen en función de presión ejercida.
8. Sistema de amortiguación para calzado según reivindicaciones 6 ó 7 caracterizado porque las cavidades de aire o elementos de goma (Fig. 9 y 10, e) pueden contraerse en diferentes direcciones, en función de Ia dirección de Ia presión ejercida.
9. Sistema de amortiguación para calzado según reivindicaciones 6 ó 7 caracterizado porque las cavidades que contienen el fluido (Fig. 7, z), tienen forma de hexágonos interconectados entre si a través uno o más canales (Fig. 7, c), y los elementos flexibles (Fig. 7, e) sostienen los imanes colocados en un plano sensiblemente paralelo y superior al formado por los canales de unión entre cavidades.
10. Suela para calzado que comprende un sistema de amortiguación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
11. Tacón para calzado que comprende un sistema de amortiguación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
12. Puntera para calzado que comprende un sistema de amortiguación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
13. Calzado que comprende un sistema de amortiguación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
14. Calzado caracterizado por presentar una o más cavidades en Ia suela o tacón adaptadas para Ia inserción de un sistema de amortiguación según cualquiera de. las reivindicaciones anteriores (Fig. 12).
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