WO2017101902A1 - Vorrichtung mit einem veränderlichen kammersystem - Google Patents

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WO2017101902A1
WO2017101902A1 PCT/DE2016/100570 DE2016100570W WO2017101902A1 WO 2017101902 A1 WO2017101902 A1 WO 2017101902A1 DE 2016100570 W DE2016100570 W DE 2016100570W WO 2017101902 A1 WO2017101902 A1 WO 2017101902A1
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WO
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fluid
chambers
flow
valve
closure piece
Prior art date
Application number
PCT/DE2016/100570
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English (en)
French (fr)
Inventor
Mathias Mitterle
Hans-Peter Haar
Hans List
Original Assignee
VPAM Holding GmbH
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A43—FOOTWEAR
    • A43B—CHARACTERISTIC FEATURES OF FOOTWEAR; PARTS OF FOOTWEAR
    • A43B13/00—Soles; Sole-and-heel integral units
    • A43B13/14—Soles; Sole-and-heel integral units characterised by the constructive form
    • A43B13/18—Resilient soles
    • A43B13/20—Pneumatic soles filled with a compressible fluid, e.g. air, gas
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A43—FOOTWEAR
    • A43B—CHARACTERISTIC FEATURES OF FOOTWEAR; PARTS OF FOOTWEAR
    • A43B13/00—Soles; Sole-and-heel integral units
    • A43B13/14—Soles; Sole-and-heel integral units characterised by the constructive form
    • A43B13/18—Resilient soles
    • A43B13/20—Pneumatic soles filled with a compressible fluid, e.g. air, gas
    • A43B13/203—Pneumatic soles filled with a compressible fluid, e.g. air, gas provided with a pump or valve
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A43—FOOTWEAR
    • A43B—CHARACTERISTIC FEATURES OF FOOTWEAR; PARTS OF FOOTWEAR
    • A43B13/00—Soles; Sole-and-heel integral units
    • A43B13/14—Soles; Sole-and-heel integral units characterised by the constructive form
    • A43B13/18—Resilient soles
    • 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

  • the invention relates to an apparatus with a variable chamber system for an insole (e.g., insole, insole, stocking sole) or a compress (e.g., a joint dressing or a plaster cast insert).
  • 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.
  • insoles the problem arises in some people that a constant pressure profile when walking leads to irritation or pain on the feet. If certain conditions are present (for example, diabetes or nervous disorders), it can be very helpful for the foot and walking sensation to produce the sensation of walking on a variable surface.
  • 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.
  • 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 body part in question improves.
  • variable refers 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.
  • insoles or compresses which always have different hardness and / or contour at always different points.
  • the change can be made quickly, so that at each step or almost every step, a seemingly different background is available, but also take place slowly in time, for example. during a longer 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.
  • outlets which, depending on the fluid flow, can also be inlets and vice versa.
  • outlets which, depending on the fluid flow, can also be inlets and vice versa.
  • the device according to the invention with a variable chamber system comprises at least two chambers (preferably at least three chambers), which are each filled with a fluid or at least fillable and of which at least one
  • Chamber having an elastic sheath preferably at least two chambers have an elastic sheath
  • the chambers are connected to each other by means of fluid channels, so that each of the chambers has a direct or indirect fluid communication with the other chambers.
  • the chamber system is characterized in that it comprises a control unit which regulates 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 To control and / or regulate random or fixed periodic or non-periodic flow or according to external control signals.
  • the method according to the invention with such a device comprises the steps of: a) adjusting the valves so that fluid can flow from at least one of the chambers into at least one of the remaining chambers,
  • 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
  • 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.
  • the chambers are preferably produced from two or more interconnected elements, in particular bonded or welded together, in particular from elements of the group foils, molded silicone segments (for example half-shells) and molded rubber segments.
  • a liner or a chamber which has been produced in one piece, in particular by means of a 3D printing process.
  • chambers are preferred which are wider than high, and which are formed of an elastic material by means of a 3D printer such that the plane which is aligned in their intended arrangement in the sole parallel to the ground, or in an arrangement in a compress parallel to the body surface is upright during 3D printing.
  • a sole or insert at least a substantial part of this length, by means of 3D printing in one piece, including the chamber produce, in particular in the aforementioned orientation.
  • the at least two chambers (preferably at least three chambers) of the
  • Chamber systems may all be present in the sole or compress, in which case preferably all chambers have an elastic sheath.
  • this chamber of course lacks the elastic sheath and as a fluid
  • Suitable fluids are known in the art. Preference is given to inert gases, such as air, nitrogen or carbon dioxide or low-reaction liquids with a
  • Boiling point above 50 ° C such as water, surfactant solutions, oils (especially silicone oils) or alcohols (e.g., glycerol). Also, fluids of comparatively high viscosity or with selected tixotropy, e.g. Gels are preferred depending on the application.
  • Magnetic fields can be changed. These are usually called
  • the device comprises magnetic coils or units for locally generating electrostatic or electrodynamic fields (e.g., electrodes / metal plates).
  • 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 all direct (via the fluid channels) or indirectly (via other chambers) connected to each other.
  • 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
  • Blocking valves are preferred, which in a state (which may possibly be excited by a control signal) inhibit fluid flow in both directions and permit fluid flow in one or both directions in a state excited by an external control signal.
  • 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.
  • control unit controls and / or regulates the valves in the fluid channels and / or flow regulators in the chamber sheaths or the fluid channels.
  • the device comprises at least one pressure sensor, in particular in each chamber a pressure sensor and / or in
  • Fluid channels also pressure sensors. In this way it is possible to create a pressure profile at rest as well as in motion.
  • the device also includes pressure sensors, which the control unit data on the internal pressure of at least one of the chamber Kohlmeiden.
  • 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.
  • the device comprises pedometer (which also the data of the pressure sensors can be used), level sensors or
  • 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 construction.
  • 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 in a compress the blood circulation or the
  • this control unit should not be too expensive and not need too much energy, especially not for the switching operations. Moreover, they should be lightweight and so small that they are comfortable in a sole or
  • Compress can be worn.
  • control unit is supplied with electrical energy.
  • This energy is in particular in the form of an electrical or electrochemical energy store (for example a battery or a rechargeable battery).
  • 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 consume some of the energy that goes into walking will convert into electrical energy and store it in the energy store.
  • an induction coil in an alternating external magnetic field
  • a charging station e.g., a mat
  • a coil assembly through which alternating current flows.
  • data can also be transmitted wirelessly from the sole / compress to the charging station.
  • a charging cable this can also be used for data transmission. For example, this is easily possible with the USB standard.
  • control unit comprises a processor or microcontroller, which is in particular programmable, and additionally preferably a data memory.
  • 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.
  • 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 in keime control signal return to the ground state) or bistable (stable reversal of the flow at a
  • Control signal return to the ground state at the next or another control signal.
  • 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).
  • a circuit is performed directly by the user or a higher-level control electronics. This is preferably done via radio (eg, any transmitter, Bluetooth, Wifi, mobile network) or switches that are included directly in the sole, in the shoe or in the compress.
  • the communication can be monodirectional from User to the device or be designed bidirectional.
  • a magnetic switch that can be switched by a magnetic field from the outside.
  • This can for example be realized so that in a shoe on the outside of the carrying position (eg right shoe, right outside) a magnetic switch is arranged and in the other shoe on the outside of the carrying position (eg left shoe, left outside) a solenoid (in particular a permanent magnet).
  • a solenoid in particular a permanent magnet.
  • these two elements are not affected and the magnetic switch is not switched.
  • a circuit of the magnetic switch can be easily effected by the switching magnet.
  • GPS receivers which are used, in particular, to determine a distance traveled by which shifts are initiated (e.g., after 10 km of walking, the pressure profile of an insole is changed).
  • Control unit based on a non-electrical control
  • the device is not or not only supplied with electrical energy, but derives 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 winding process. It is particularly advantageous if at least two chambers in the intended
  • a switching operation preferably comprises two steps:
  • the flow between the chambers is enabled and / or prevented in a defined manner.
  • control unit whose other components are also supplied with electrical energy. This hybrid could save electrical energy where it is not essential.
  • 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).
  • Preferred mechanisms are cables, gears or movements.
  • 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.
  • each of the chambers under the heel and at least one of the chambers under the bale of a sole 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.
  • a further advantageous embodiment comprises data storage elements and elements for transmitting this data to an external station (e.g., radio transmission elements or cable transmission connections).
  • an external station e.g., radio transmission elements or cable transmission connections.
  • the chamber system comprises the valve described below.
  • This valve is not only in the context of Applicable invention, but also represents an independent invention. So far in the art for the respective chamber systems valves are known, which can be opened in the opposite direction after deformation of an elastic holding element (eg a spring). 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.
  • 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 e.g. 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.
  • a closure piece is movably arranged, so that it can seal at least one of the passages with suitable positioning.
  • 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 is also 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 a
  • Electromagnet or a movable permanent magnet Electromagnet or a movable permanent magnet
  • magnetically always refers to magnetized elements, that is to say elements which have a magnetic field
  • magnetizable refers to elements which, although magnetizable, do not necessarily have to have a magnetic field (eg excited by electromagnets) after which excitation may have a remanence, but also have no appreciable remanence or be demagnetized again).
  • At least one of the walls is on the wall Fluid flows arranged on the closure piece side facing a seal piece, which is designed to fluid-tight seal the relevant passage at 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.
  • 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 e.g. Rubber, silicone or latex.
  • 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).
  • the sealing element in this case can be formed from an elastic ring, an elastic ball or an elastic sheath of the closure piece.
  • 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.
  • 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.
  • the wall at least one passage comprises an electromagnet (which must consist only of a coil, since the wall can form the magnetic yoke).
  • an electromagnet which must consist only of a coil, since the wall can form the magnetic yoke.
  • Closure piece contains a ferromagnetic material and is unmagnetized, an alternating magnetization of the wall of opposing passages would allow movement of the closure piece and thus circuit or opening of the valve can be achieved.
  • 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.
  • 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.
  • 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 be roughly the same as the above
  • a capacitor in particular with a capacity of more than 0.5 mF, for example, 2 milli-radars
  • a predetermined switching voltage eg 5 volts or 10 volts
  • a switch in particular a semiconductor switch
  • the switching voltage can be achieved according to the prior art, for example, by low-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).
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • the closure piece preferably has a shape that is a unique longest
  • Has room dimension (in particular at least 1.5 times longer than the largest dimensions of the other two room dimensions). It is preferred
  • dumbbell-shaped, cuboidal, cylindrical or ellipsoidal dumbbell-shaped, cuboidal, cylindrical or ellipsoidal.
  • a round shape for example a ball
  • the closure piece is not magnetized (ie ferromagnetic and no
  • 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, in addition be demagnetized eg by means of a decreasing alternating current.
  • 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.
  • 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 is possible in a second orientation rotated to this orientation
  • At least the recess is located above the outflow, so that fluid located in the recess can flow into the outflow.
  • 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.
  • 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.
  • Outflow can be controlled very accurately.
  • 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 so smaller be as the magnetic force that keeps the valve closed.
  • the passages of the valve are designed as a pressure reducer, in which a suitable diameter was selected.
  • the device additionally comprises light-generating elements or vibrators for indicating a changeover of the control unit.
  • the device additionally comprises light-generating elements or vibrators for indicating a changeover of the control unit.
  • the device additionally comprises a heating system.
  • FIG. 1 schematically shows a preferred chamber system.
  • FIG. 2 shows schematically another preferred chamber system.
  • FIG. 3 shows schematically another preferred chamber system.
  • Figure 4 shows schematically a preferred valve.
  • FIG. 5 shows schematically another preferred valve.
  • FIG. 6 shows schematically another preferred valve (switch).
  • FIG 7 shows schematically another preferred valve (check valve).
  • FIG. 8 shows schematically a preferred closure element.
  • Figure 9 shows schematically a preferred device in a sole.
  • FIG. 1 shows a sketch of a preferred chamber system.
  • Chambers A and C for example, in the heel of an insole (or insole) and chambers B and D may be positioned in the ball area.
  • the foot When walking, the foot usually rolls from the heel over the bale.
  • the chambers A / C in the heel and the chambers B / D in the bale undergo a phase-shifted, periodic pressure difference.
  • the chambers are connected by means of fluid channels in which valves 1 are arranged.
  • the passage direction of these valves is indicated by the arrowhead.
  • Fluids can affect the flow rate of the fluid.
  • FIG. 2 shows a sketch of a preferred chamber system which uses a switching valve 2 which can be switched by the movement of a permanent magnet 3.
  • This chamber system comprises three chambers, of which, for example, chamber A can be arranged in the heel of an insole and the chambers B and C in the ball area.
  • FIG. 3 shows a sketch of a preferred chamber system, which comprises a switching valve 2, the closure piece 4 of which can be moved by the fluid flow, but in particular adheres to the boundaries 5 due to magnetic forces. Through the valves 1 in the fluid channels, the fluid flow is specified.
  • the chamber system comprises three chambers, of which, for example chamber A can be arranged in the heel of an insole and the chambers B and C in Ball area.
  • the fluid also divides homogeneously into all chambers once.
  • inhomogeneities of the flow velocities in the channels result in a different filling of the chambers and thus at each step an almost random local pressure feeling.
  • FIGS. 4 to 6 show preferred embodiments of valves 1, by means of which a comparatively slow emptying of a chamber can also be achieved, if e.g. are arranged in the reverse direction in the single fluid channel to the chamber and are repeatedly opened by pulses repeatedly, so that a small amount of fluid can escape from the respective chamber.
  • Figure 4 shows a sketch of a valve 1, which has a dumbbell-shaped closure piece 4, which can be moved by means of a magnet 3.
  • the size of the plug is chosen, or the channel cross-section is designed (e.g., longitudinal, non-circular, or simply round, larger than the plug) that a fluid can bypass it.
  • the boundaries 5, which simultaneously comprise the flows, have sealing elements 6 (e.g.
  • Silicone rings which cause a fluid-tight closure upon pressing of the closure piece 4.
  • the closure piece 4 is magnetic and at least one of
  • Limitations 5 also magnetic or made of a ferromagnetic material (eg, the pipe section in question is made of steel), so that the closure piece 4 and tighten the relevant limitation 5.
  • a ferromagnetic material eg, the pipe section in question is made of steel
  • the valve 1 blocks a flow of fluid from the right.
  • the closure piece 4 can be moved with suitable strength of the magnetic field against the fluid flow to the right and allow flow.
  • the valve 1 is thus switchable.
  • FIG. shows a sketch of a valve 1, which, like FIG. 3, has a dumbbell-shaped closure piece 4, which, however, can be moved here by means of two electromagnets 7 whose coil turns are indicated.
  • a dumbbell-shaped closure piece 4 which, however, can be moved here by means of two electromagnets 7 whose coil turns are indicated.
  • Closure piece selected so that a fluid can flow around it. Again, the boundaries 5, which include ferromagnetic tubes, sealing elements 6.
  • the closure piece 4 is magnetic and can thus be moved when applying a magnetic field to at least one of the electromagnets.
  • the illustrated valve 1 is bistable, since the closure piece 4 stable on the left and on the right
  • Limitation can adhere magnetically. However, it may also be present on only one side of an electromagnet and a ferromagnetic tube. In this case one could speak of a monostable valve 1.
  • the valve 1 blocks a flow of fluid from the right.
  • the closure piece 4 can be moved to the right with a suitable strength of the magnetic field against the fluid flow and allow a flow.
  • the valve 1 is thus electrically switchable. The switching energy is very low.
  • a switching valve 2 which has the same principle as the valve of Figure 5.
  • the closure piece 4 is cylindrical and includes right and left, the sealing elements 6.
  • a fluid flow opens in the middle of the switching valve. 2 Again, by means of two
  • Electromagnet 7, the closure piece 4 are moved monostable or bistable.
  • a fluid stream entering from below would exit to the right fluid channel.
  • a fluid stream entering from below would escape to the left-hand fluid channel.
  • the direction of the fluid flow could also be reversed here, so that fluid can be moved from the right or, depending on the position of the closure element 4 flows in left and flows down. In this flow direction, however, care should be taken that the fluid flow could switch the switching valve by doing so
  • Lock piece 4 moves. This could be counteracted with a magnetic field of corresponding strength.
  • Figure 7 shows a check valve in which two closure pieces 4 by means of three
  • the two closure pieces may be magnetic (depending on the function, poles of the same name are facing or facing away from each other), but they may also be ferromagnetic and non-magnetized, in which case the boundaries 5 and the central aperture should be magnetized (at least by means of the
  • Figure 8 shows a spherical closure piece 4, in which a recess 8 is introduced.
  • the stopper is magnetic, with the poles outlined by the dash in the center of the sphere, and thus can rotate in a magnetic field. By such a rotation, the side can be guided with the recess 8 through a fluid and the recess 8 are filled with fluid, and then to a
  • Fluid outlet are guided, where the recess 8 can empty. In this way, a controlled inflow or outflow of a precisely defined amount of fluid is possible, which can be controlled by the speed.
  • FIG. 9 shows a sole comprising three chambers A, B and C whose fluid flow is controlled with one another via a valve unit 10.
  • This valve unit 10 in turn is controlled by a control unit 11 which draws its energy from a power source 12 (eg a battery or a rechargeable battery).
  • a power source 12 eg a battery or a rechargeable battery.
  • an optional sensor 13 is indicated, for example, a pressure sensor, the at a predetermined pressure corresponding to the occurrence of a user on the ground, the control unit 11 turns on.
  • an optional external communication is outlined here.
  • a communication unit in the sole 14 (at least one receiver for a monodirectional communication or together with a transmitter for bidirectional communication) changes the control of the control unit 11 after receiving control signals.
  • the control signals can reach the device by means of a communication unit of the user 15 a direct manual control is possible.
  • the control can also be done by means of a remote access 16, for example, when the shoe is pulled out to reprogram it and thus adapted exactly to the user.
  • This remote access can be done manually or by software automatically. It would also be conceivable that the sole of a powerful computing unit and their
  • Programming 17 is controlled. This could e.g. be advantageous if the sole is equipped with many sensors whose signals are used for optimum adjustment.
  • a processor built into the sole might be under-powered so that a more powerful, external unit is used.

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

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, wobei die Vorrichtung Ventile umfassend mindestens zwei über einen Fluidkanal miteinander verbundene Fluiddurchlässe aufweist, wobei in dem Fluidkanal ein Verschlussstück beweglich angeordnet ist, so dass es bei geeigneter Positionierung mindestens einen der Durchlässe abdichten kann, wobei die Wandungen der Fluiddurchlässe ein magnetisches oder zumindest ferromagnetisches Material enthalten 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, wobei das Ventil so ausgestaltet ist, dass mindestens eine der Wandungen der Durchlässe und/oder das Verschlussstück magnetisch oder magnetisierbar ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung.

Description

Vorrichtung mit einem veränderlichen Kammersystem
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Ansprüchen gelöst.
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.
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.
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.
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).
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.
Bevorzugt sind die Kammern aus zwei oder mehr miteinander verbundenen, insbesondere miteinander verklebten oder verschweißten, Elementen hergestellt, insbesondere aus Elementen der Gruppe Folien, abgeformten Silikonsegmenten (z.B. Halbschalen) und abgeformten Gummisegmenten.
Besonders bevorzugt ist eine Einlage oder eine Kammer, die aus einem Stück hergestellt worden ist, insbesondere mittels eines 3D-Druckverfahrens. Insbesondere sind Kammern bevorzugt, die breiter sind als hoch, und die aus einem elastischen Material mittels eines 3D-Druckers derart geformt sind, dass diejenige Ebene, die bei ihrer bestimmungsgemäßen Anordnung in der Sohle parallel zum Boden ausgerichtet ist, bzw. bei einer Anordnung in einer Kompresse parallel zur Körperoberfläche ausgerichtet ist, während des 3D-Drucks senkrecht steht. Dies hat den Vorteil, dass eine einfache und preisgünstige Fertigung, insbesondere individuell angepasster Kammern, auf diese Weise möglich ist.
Bevorzugt ist auch, eine Sohle oder Einlage, zumindest eine wesentliche Teillänge dieser, mittels 3D-Drucks einstückig inklusive der Kammer herzustellen, insbesondere in der vorgenannten Ausrichtung.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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 rückmeiden. 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.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung Schrittzähler (wobei dazu auch die Daten der Drucksensoren verwendet werden können), Füllstandssensoren oder
Strömungssensoren. 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.
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.
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.
Auf einer Elektronik basierende Steuereinheit
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.
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.
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).
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).
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).
Auf eine nichtelektrische Steuerung basierende Steuereinheit
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.
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. 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).
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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
hanteiförmig, quaderförmig, zylinderförmig oder ellipsoidformig. 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.
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.
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.
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.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung noch zusätzlich ein Heizsystem.
Beispiele für bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Abbildungen dargestellt.
Figur 1 zeigt schematisch ein bevorzugtes Kammersystem.
Figur 2 zeigt schematisch ein weiteres bevorzugtes Kammersystem.
Figur 3 zeigt schematisch ein weiteres bevorzugtes Kammersystem.
Figur 4 zeigt schematisch ein bevorzugtes Ventil.
Figur 5 zeigt schematisch ein weiteres bevorzugtes Ventil.
Figur 6 zeigt schematisch ein weiteres bevorzugtes Ventil (Schalter).
Figur 7 zeigt schematisch ein weiteres bevorzugtes Ventil (Sperrventil).
Figur 8 zeigt schematisch ein bevorzugtes Verschlusselement.
Figur 9 zeigt schematisch eine bevorzugte Vorrichtung in einer Sohle.
In Figur 1 ist ein bevorzugtes Kammersystem skizzenhaft dargestellt. In diesem
System bewegt sich ein Fluid durch insgesamt vier Kammern, von denen Kammern A und C beispielsweise in der Ferse einer Innensohle (oder Einlegesohle) und Kammern B und D im Ballenbereich positioniert sein können. Beim Gehen rollt der Fuß in der Regel von der Ferse ausgehend über den Ballen ab. Dadurch erfahren die Kammern A/C in der Ferse und die Kammern B/D im Ballen einen jeweils phasenverschobenen, periodischen Druckunterschied.
Die Kammern sind mittels Fluidkanälen verbunden, in denen Ventile 1 angeordnet sind. Die Durchlassrichtung dieser Ventile ist durch die Pfeilspitze angedeutet. Die
Skizzierung des Ventils ist dem Schaltbild einer Diode nachempfunden, um Durchlassrichtung und Sperrrichtung gut zu verdeutlichen.
Ausgehend von Kammer A fließt bei einem Druck auf die Ferse in Kammer A enthaltenes Fluid durch den linken der beiden von Kammer A ausgehenden Kanäle
(bei dem Rechten sperrt das Ventil) in Kammer B. Bei einer folgenden Belastung des
Ballens fließt das Fluid durch den linken der beiden von Kammer B ausgehenden
Kanäle in Kammer C. Wird die Ferse das nächste Mal belastet, fließt das Fluid durch den linken der beiden von Kammer C ausgehenden Kanäle in Kammer D und von dort bei der nächsten Belastung des Ballens zurück in Kammer A.
Bei einer geeigneten Wahl des Durchmessers der Kanäle oder der Viskosität des
Fluids kann die Fließgeschwindigkeit des Fluids beeinflusst werden.
In Figur 2 ist ein bevorzugtes Kammersystem skizzenhaft dargestellt, welches sich eines Schaltventils 2 bedient, das durch die Bewegung eines Permanentmagneten 3 geschaltet werden kann. Dieses Kammersystem umfasst drei Kammern, von denen beispielsweise Kammer A in der Ferse einer Innensohle angeordnet sein kann und die Kammern B und C im Ballenbereich.
Beim Gehen wird Fluid je nach Stellung des Schaltventils 2 zwischen der Kammer und einer der Kammern B oder C hin und herbewegt. Durch eine geeignete Wahl des Durchmessers der jeweiligen Fluidkanäle bzw. der Viskosität des Fluids kann die Fließgeschwindigkeit und damit der Druck bestimmt werden, den die durch ihren Fluidinhalt in ihrer Härte beeinflussten Kammern auf den Fuß ausüben.
Wird von außen der Magnet verstellt (z.B. durch einen Schalter oder er wird von außen an der Sohle vorbeibewegt), dann bewegt sich das Verschlussstück 4 mit dem
Magneten mit. Durch Ausgestaltung der Begrenzer 5 und des Verschlussstücks 4 aus Magnetmaterialien oder ferromagnetischen Materialien (wobei eines dieser Elemente magnetisiert sein sollte) wird das Verschlussstück 4 an einer der Begrenzungen 5 verharren, selbst wenn der Magnet 3 wieder entfernt wurde.
In Figur 3 ist ein bevorzugtes Kammersystem skizzenhaft dargestellt, welches ein Schaltventil 2 umfasst, dessen Verschlussstück 4 durch den Fluidfluss bewegt werden kann, jedoch insbesondere aufgrund magnetischer Kräfte an den Begrenzungen 5 haftet. Durch die Ventile 1 in den Fluidkanälen wird der Fluidfluss vorgegeben.
Das Kammersystem umfasst drei Kammern, von denen beispielsweise Kammer A in der Ferse einer Innensohle angeordnet sein kann und die Kammern B und C im Ballenbereich.
Bei Druck auf Kammer A wird bei der dargestellten Position des Verschlussstücks 4 das Fluid aus Kammer A in Kammer B fließen. Bei Druck auf Kammer B wird das Fluid aus dem linken Kanal aus Kammer B hinausfließen. Da zur gleichen Zeit auf Kammer C ein Druck ausgeübt wird (beide Kammern befinden sich in diesem Beispiel im Ballen) muss das Fluid in Richtung Kammer A fließen und bewegt das Verschlussstück 4 nach rechts. Dadurch wird beim nächsten Druck auf Kammer A das Fluid in Kammer C fließen. Beim nächsten Druck auf den Ballen wird das Verschlussstück 4 durch den Fluidfluss wieder nach links verschoben.
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.
In den Figuren 4 bis 6 sind bevorzugte Ausführungsformen von Ventilen 1 dargestellt, mittels derer auch eine vergleichsweise langsame Entleerung einer Kammer erreicht werden kann, wenn diese z.B. in Sperrichtung in dem einzigen Fluidkanal zur Kammer angeordnet sind und durch Pulse immer wieder kurz geöffnet werden, damit eine kleine Menge Fluid aus der betreffenden Kammer austreten kann.
Figur 4 zeigt skizzenhaft ein Ventil 1, welches ein hanteiförmiges Verschlussstück 4 aufweist, welches mittels eines Magneten 3 bewegt werden kann. Selbstverständlich ist die Größe des Verschlussstücks so gewählt bzw. der Kanalquerschnitt so gestaltet (z.B. Längsnuten, nichtrunder Querschnitt, oder einfach eine rund Bohrung, die größer ist als der Verschlusskörper), dass ein Fluid es umströmen kann. Die Begrenzungen 5, die gleichzeitig die Durchflüsse umfassen, weisen Dichtelemente 6 auf (z.B.
Silikonringe), die bei Aufdrücken des Verschlussstücks 4 einen fluiddichten Verschluss bewirken.
Vorzugsweise ist das Verschlussstück 4 magnetisch und mindestens eine der
Begrenzungen 5 ebenfalls magnetisch oder aus einem ferromagnetischen Material (z.B. ist das betreffende Rohrstück aus Stahl), so dass sich das Verschlussstück 4 und die betreffende Begrenzung 5 anziehen.
In der dargestellten Form sperrt das Ventil 1 einen Fluidstrom von rechts. Durch Bewegung des Magneten 3 kann das Verschlussstück 4 bei geeigneter Stärke des Magnetfeldes gegen den Fluidstrom nach rechts bewegt werden und einen Durchfluss ermöglichen. Das Ventil 1 ist somit schaltbar.
Eine andere Art der Schaltung ist in Figur 5 dargestellt. Diese Figur zeigt skizzenhaft ein Ventil 1, welches wie Figur 3 ein hanteiförmiges Verschlussstück 4 aufweist, welches hier jedoch mittels zweier Elektromagneten 7, deren Spulenwindungen angedeutet sind, bewegt werden kann. Selbstverständlich ist die Größe des
Verschlussstücks so gewählt, dass ein Fluid es umströmen kann. Auch hier weisen die Begrenzungen 5, die ferromagnetische Rohre umfassen, Dichtelemente 6 auf. Das Verschlussstück 4 ist magnetisch und kann so bei Anlegen eines Magnetfeldes an mindestens einen der Elektromagneten bewegt werden. Das dargestellte Ventil 1 ist bistabil, da das Verschlussstück 4 stabil an der linken und auch an der rechten
Begrenzung magnetisch haften kann. Es kann jedoch auch nur an einer Seite ein Elektromagnet und ein ferromagnetisches Rohr vorhanden sein. In diesem Falle könnte man von einem monostabilen Ventil 1 sprechen.
In der dargestellten Form sperrt das Ventil 1 einen Fluidstrom von rechts. Durch Anlegen eines anziehenden Magnetfeldes rechts und/oder abstoßenden Magnetfeldes links kann das Verschlussstück 4 bei geeigneter Stärke des Magnetfeldes gegen den Fluidstrom nach rechts bewegt werden und einen Durchfluss ermöglichen. Das Ventil 1 ist somit elektrisch schaltbar. Die Schaltenergie ist dabei sehr gering.
In Figur 6 ist ein Schaltventil 2 dargestellt, welches das gleiche Prinzip aufweist wie das Ventil nach Figur 5. Im Unterschied zu diesem ist das Verschlussstück 4 zylinderförmig und umfasst rechts und links die Dichtelemente 6. Zudem mündet ein Fluidzufluss in der Mitte des Schaltventils 2. Auch hier kann mittels zweier
Elektromagneten 7 das Verschlussstück 4 monostabil oder bistabil bewegt werden. In der dargestellten Form würde ein von unten einlaufender Fluidstrom zum rechten Fluidkanal austreten. Nach Bewegung des Verschlussstücks 4 nach rechts mittels der Elektromagneten 7 würde ein von unten einlaufender Fluidstrom zum linken Fluidkanal austreten. Selbstverständlich könnte sich hier auch die Richtung des Fluidstroms umkehren, so dass Fluid je nach Stellung des Verschlusselements 4 von rechts oder links einströmt und nach unten ausströmt. Es ist bei dieser Fließrichtung jedoch darauf zu achten, dass der Fluidstrom das Schaltventil schalten könnte, in dem er das
Verschlussstück 4 bewegt. Dem könnte mit einem Magnetfeld entsprechender Stärke entgegengewirkt werden.
Figur 7 zeigt ein Sperrventil, in dem zwei Verschlussstücke 4 mittels dreier
Elektromagneten 7, deren Spulenwindungen angedeutet sind, bewegt werden können. Zwischen den beiden Verschlussstücken 4 ist ein Mitteldurchlass angeordnet, der die Verschiebung der Verschlussstücke 4 begrenzt, Fluid aber fließen lässt.
Die beiden Verschlussstücke können magnetisch sein (je nach Funktion sind gleichnamige Pole einander zugewandt oder abgewandt), sie können aber auch ferromagnetisch und nichtmagnetisiert sein, wobei in diesem Falle die Begrenzungen 5 und der Mitteldurchlass magnetisiert sein sollten (zumindest mittels der
Elektromagneten 7).
Figur 8 zeigt ein kugelförmiges Verschlussstück 4, in das eine Ausnehmung 8 eingebracht ist. Das Verschlussstück ist magnetisch, wobei die Pole durch den Strich in der Mitte der Kugel skizziert sind, und kann sich somit in einem Magnetfeld drehen. Durch eine solche Drehung kann die Seite mit der Ausnehmung 8 durch ein Fluid geführt und die Ausnehmung 8 mit Fluid gefüllt werden, und danach zu einem
Fluidauslass geführt werden, wo sich die Ausnehmung 8 entleeren kann. Auf diese Weise ist ein gesteuerter Zu- bzw. Abfluss einer genau definierten Fluidmenge möglich, der durch die Drehzahl gesteuert werden kann.
Ebenso ist es möglich die langgezogene Ausnehmung 8 durch Drehung so zu positionieren, dass ein Fluidfluss durch die langgezogene Ausnehmung 8 an einem Dichtelement vorbei in einen Auslass erfolgen kann. Auf diese Weise wäre eine Schaltung von Ventilen nicht durch Verschiebung, wie in den Figuren 4 bis 6
dargestellt, sondern durch eine Drehung möglich.
In Figur 9 ist eine Sohle umfassend drei Kammern A, B und C dargestellt, deren Fluidfluss untereinander über eine Ventileinheit 10 gesteuert wird. Diese Ventileinheit 10 wiederum wird durch eine Steuereinheit 11 gesteuert, welche ihre Energie von einer Energiequelle 12 (z.B. einer Batterie oder einem Akku) bezieht. In der Zeichnung ist auch ein optionaler Sensor 13 angedeutet, z.B. ein Drucksensor, der bei einem vorbestimmten Druck, der dem Auftreten eines Benutzers auf den Boden entspricht, die Steuereinheit 11 anschaltet. Zur Beeinflussung der Steuereinheit, die im Grunde eine feste Programmierung aufweisen kann, ist hier eine optionale Kommunikation nach außen skizziert. Eine Kommunikationseinheit in der Sohle 14 (zumindest ein Empfänger für eine monodirektionale Kommunikation oder zusammen mit einem Sender für eine bidirektionale Kommunikation) verändert nach dem Empfang von Steuersignalen die Steuerung der Steuereinheit 11. Die Steuersignale können mittels einer Kommunikationseinheit des Benutzers 15 die Vorrichtung erreichen, womit eine direkte manuelle Steuerung möglich ist. Die Steuerung kann aber auch mittels eines Remotezugriffs 16 erfolgen, z.B. wenn der Schuh ausgezogen ist, um ihn neu zu programmieren und damit exakt an den Benutzer anzupassen. Dieser Remotezugriff kann manuell erfolgen oder durch eine Software automatisch. Es wäre aber auch denkbar, dass die Sohle von einer leistungsstarken Recheneinheit und deren
Programmierung 17 gesteuert wird. Dies könnte z.B. vorteilhaft sein, wenn die Sohle mit vielen Sensoren ausgestattet ist, deren Signale für eine optimale Einstellung genutzt werden. Eine in die Sohle integrierte Recheneinheit könnte möglicherweise zu leistungsschwach sein, so dass eine leistungsstärkere, externe Einheit verwendet wird.
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.
Bezugszeichen:
1 Ventil 10 Ventileinheit
2 Schaltventil 11 Steuereinheit
3 Magnet 12 Energiequelle
4 Verschlussstück 13 Sensor
5 Begrenzung 14 Kommunikationseinheit in der Sohle
6 Dichtelement 15 Kommunikationseinheit des Benutzers
7 Elektromagnet 16 Remotezugriff
8 Ausnehmung 17 Programmierung
9 Mitteldurchlass

Claims

Ansprüche
1. 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 Fluidkanalen 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, wobei
die Vorrichtung Ventile umfassend mindestens zwei über einen Fluidkanal miteinander verbundene Fluiddurchlässe aufweist, wobei in dem Fluidkanal ein Verschlussstück beweglich angeordnet ist, so dass es bei geeigneter Positionierung mindestens einen der Durchlässe abdichten kann, wobei die Wandungen der Fluiddurchlässe ein magnetisches oder zumindest ferromagnetisches Material enthalten 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, wobei das Ventil so ausgestaltet ist, dass mindestens eine der Wandungen der Durchlässe und/oder das Verschlussstück magnetisch oder magnetisierbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkanäle und/oder die Kammerummantelungen Ventile umfassen, welche einen Fluidfluss nur in der einen Richtung zulassen und in der Rückrichtung unterbinden und/oder eine Sperrfunktion aufweisen und/oder den Fluidfluss zwischen mindestens zwei möglichen Ausflüssen schalten, wobei mindestens eines dieser Ventile bevorzugt regel- und/oder steuerbar ist, dass es einen Modus aufweist, in dem ein Rückfluss möglich ist oder sich die Flussrichtung monostabil oder bistabil umkehren lässt, wobei bevorzugt die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, die Ventile in den Fluidkanälen und/oder
Durchflussregler in den Kammerummantelungen oder den Fluidkanälen zu steuern.
3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens einen Drucksensor umfasst, insbesondere in den Kammern und/oder in Fluidkanälen, wobei die Drucksensoren insbesondere der Steuereinheit Daten über den Innendruck mindestens einer der Kammer rückmeiden, oder dass die Vorrichtung Schrittzähler umfasst,
Füllstandssensoren umfasst und/oder Strömungssensoren umfasst.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuereinheit mit elektrischer Energie versorgt wird, und die Vorrichtung einen elektrischen oder elektrochemischen Energiespeicher umfasst, wobei die Vorrichtung bevorzugt zusätzlich eine Ladeeinheit zum Aufladen des Energiespeichers, insbesondere eine Induktionsspule oder einen Kabelanschluss aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, dass die Ventile so ausgestaltet sind, dass sie sich magnetisch und/oder elektrisch so steuern lassen, dass auch ein Fluidfluss in Gegenrichtung möglich ist oder eine monostabile oder bistabile Umschaltung erfolgt, wobei
Schaltventile bevorzugt sind, 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.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, dass sie eine Einheit aufweist, mittels derer eine Schaltung direkt durch den Benutzer oder eine übergeordnete Kontrollelektronik durchgeführt werden kann, wobei dazu Funkeinheiten, die zur Kommunikation über Bluetooth, Wifi oder Mobilfunknetz bevorzugt sind, oder Schalter bevorzugt sind, die direkt in der Sohle, im Schuh oder in der Kompresse enthalten sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausschließlich oder in Kombination mit elektrischer Energie ihre Energie aus einem zeitlich schwankenden Druck in mindestens einer der Kammern bezieht, der durch äußere Einflüsse erfolgt, oder über das mechanische Spannen von Elementen durch die Gehbewegung oder einen Aufziehvorgang, wobei 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.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, dass das Ventil so ausgestaltet ist, dass mindestens eine der Wandungen der Durchlässe mittels eines Elektromagneten oder eines beweglichen Permanentmagneten magnetisierbar ist, wobei insbesondere die Wandung mindestens eines Durchlasses des Ventils einen Elektromagneten aufweist, der so angeordnet ist, dass durch eine Magnetisierung der Wandung eine Verschiebung des magnetischen oder ferromagnetischen Verschlussstücks bewirkt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass alle Elektromagnete, die zu einem Umschaltungsvorgang benötigt werden, so gestaltet sind, dass die Schaltenergie im Bereich geringer als 0,5 Joule, vorzugsweise < 0,1 Joule ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorrichtung zum Schalten einen Kondensator umfasst, insbesondere mit einer Kapazität von mehr als 0,5 mF, der auf eine vorbestimmte Schaltspannung aufgeladen wird, und einen Schalter, mittels dessen der Kondensator über den betreffenden Elektromagneten entladen wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil parallel zu dessen Fluidkanal mindestens eine benachbarte Röhre umfasst, in der ein
Permanentmagnet verschiebbar angeordnet ist, so dass dessen Magnetkraft bei einer Verschiebung des Permanentmagneten eine Verschiebung des magnetischen oder ferromagnetischen Verschlussstücks bewirkt, wobei diese Röhre bevorzugt ebenfalls als Fluidkanal ausgebildet und mit mindestens einer Kammer verbunden ist, so dass ein Fluidfluss durch diesen Fuidkanal eine Verschiebung des Permanentmagneten bewirkt.
12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass an der Wandung mindestens eines der Fluiddurchflüsse des Ventils an der dem Verschlussstück zugewandten Seite oder am Verschlusselement ein Dichtungsstück angeordnet ist, welches dazu ausgestaltet ist, bei einem Druck des Verschlussstücks auf das Dichtungsstück den betreffenden Durchlass fluiddicht abzudichten, wobei die Dicke des Dichtungsstücks bevorzugt zwischen 0,1 mm und 1 cm liegt.
13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, dass die Wandung des Fluidkanals eines Ventils einen weiteren Durchlass oder einen weiteren Fluidkanal mit einem weiteren Durchlass aufweist, insbesondere genau in der Mitte zwischen den oben genannten zwei Durchlässen, so dass sich bevorzugt ein T-förmiger Körper ergibt, wobei sich bei einer Hin- und Herbewegung des Verschlussstücks zu einem der beiden oben genannten
Durchlässen wechselnd ein Durchfluss von dem dritten Durchlass durch einen der beiden anderen Durchlässe ergibt.
14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verschlussstück des Ventils eine Form hat, die eine eindeutige längste Raumabmessung aufweist und bevorzugt hanteiförmig, quaderförmig, zylinderförmig oder ellipsoidförmig ist, oder dass das Ventil ein permanentmagnetisches, kugelförmiges Verschlussstück aufweist oder ein
zylindrisches Verschlussstück, dessen Zylinderachse orthogonal zur Flussrichtung des Ventils angeordnet ist, aufweist, wobei sich das Verschlussstück in einem äußeren Magnetfeld im Ventilkörper drehen kann, wobei in das Verschlussstück mindestens eine Ausnehmung, insbesondere eine langgezogene Ausnehmung, eingebracht ist, 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.
15. Verfahren zur Durchführung mit einer Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüchen, umfassend die Schritte:
a) Einstellen der Ventile dermaßen, dass Fluid von mindestens einer der Kammern in mindestens eine der übrigen Kammern strömen kann, b) Warten auf ein Ereignis aus der Gruppe Druckveränderung, Steuerbefehl, Zeitpunkt, dass ein vorbestimter Ort erreicht wurde und dass eine bestimmte Strecke
zurückgelegt wurde,
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).
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