DE3616326C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schuh mit einem Schuhoberteil und einer Sohle, die über einen Sohlenkörper verfügt, der wenigstens eine Kammer mit einem Wärmespeicher aufweist, dessen Temperatur unterhalb der Fußtemperatur liegt.

Aus der DE 33 42 276 A1 ist es bekannt, Schuhe mit einem Wärmespeicher in Form einer mit einer heißen Flüssigkeit füllbaren Einlegesohle oder einer Kammer für die Aufnahme eines Feststoffes, der bei einer Oxidation Verbrennungswärme ohne Flamme abgibt, zu versehen. Während beim Einsatz einer heißen Flüssigkeit ein schnelles Erschöpfen der Wärmequelle eintritt, ist es mit einem oxidierbaren Feststoff möglich, auch über einen längeren Zeitraum hinweg, Wärme zu liefern. Sowohl beim Verwenden sich langsam abkühlender Flüssigkeiten als auch beim Einsatz von oxidierbaren Stoffen ist es erforderlich, nach der Wärmeabgabe den jeweils verwendeten Stoff aus dem Schuh zu entnehmen und einen frischen Stoff in den Schuh einzufüllen. Dazu sind Zugangsöffnungen erforderlich, die nicht nur ästhetisch störend sind, sondern auch eine besonders sorgfältige Handhabung erfordern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schuh mit einem Wärme abgebenden Element zu schaffen, der imstande ist, eine Unterkühlung der Füße zu vermeiden, ohne daß der die Wärme speichernde Stoff regelmäßig ersetzt zu werden braucht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wärmespeicher als Latentwärmespeicherblock einen Stoff enthält, der bei einem Phasenübergang zwischen der flüssigen und festen Phase unterhalb der Fußtemperatur Umwandlungswärme abgibt oder aufnimmt.

Da die Gefahr des Auskühlens eines Fußes im wesentlichen bei fehlender oder geringer körperlicher Tätigkeit besteht und bei einer körperlichen Tätigkeit durch die Füße bis zur zehnfachen Wärmemenge eines ruhenden Fußes abgegeben wird, wird der Wärmespeicherblock regelmäßig über die Fußwärme nachgeladen, ohne daß es einer äußeren Wärmequelle mit einem äußeren Stofftransport bedarf.

Der Latentwärmespeicherblock besteht vorzugsweise aus einer Batterie von Speicherkörpern, die Paraffin enthalten. Die Anordnung der Speicherkörper zwischen der Innensohle und der Laufsohle bewirkt, daß der Latentwärmespeicher dazu dient, die Wärmeverluste des Schuhs nach außen zu kompensieren. Die Auswahl des Paraffins ist so getroffen, daß es wenige Grade unterhalb der Fußtemperatur erstarrt. Auf diese Weise begrenzt der Latentwärmespeicher zwischen dem Fuß und der Umgebung durch die kleine Temperaturdifferenz zwischen dem Fuß und dem Wärmespeicher den Wärmeabfluß des Fußes und kompensiert durch seine Entladung die Verluste nach außen. Diese Anordnung hat im umgekehrten Fall, wenn der Fuß mehr Wärme abgibt als nach außen abgeführt wird, den Vorteil, daß eine Überhitzung im Schuh ver­ mieden wird, da der teilentladene Speicher die Wärme wieder aufnimmt. Die Leistungsabgabe eines Fußes schwankt nämlich extrem von etwa 10 mW/cm² beim Sitzen, 20 bis 30 mW/cm² beim Laufen und bis zu 100 mW/cm² beim Treppensteigen.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erör­ tert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schuh oder Stiefel gemäß der Erfindung im Längsschnitt,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer der Fig. 1 entsprechenden Darstellungsweise,

Fig. 3 eine einzelne Kammer im Sohlenkörper mit einem in Gestalt eines Wickels hergestellten Speicherkörper im Schnitt,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Innenseite des Soh­ lenkörpers zur Veranschaulichung der Quer­ schnittsform der Kammern und der Speicher­ körper,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schuhs oder eines Stiefels in einer der Fig. 1 ent­ sprechenden Darstellungsweise und

Fig. 6 eine abgewandelte Ausführungsform in einer der Fig. 5 entsprechenden Darstellungsweise.

In Fig. 1 ist ein Schuhstiefel mit einem Schuhschaft 1, einem Vorderblatt 2 und einer Vorderkappe 3 sowie einem Sohlenkörper 4 dargestellt. Der Sohlenkörper 4 bildet eine Laufsohle 5 und einen Absatz 6. Auf der Oberseite des Sohlenkörpers 4 ist eine Einlegesohle oder Innen­ sohle 7 vorgesehen, durch die die Fußunterseite abge­ stützt wird.

Unterhalb der Einlegesohle 7 ist eine flexible elektri­ sche Widerstandsheizung in Gestalt einer selbstregeln­ den Folienheizung 8 vorgesehen. Die Folienheizung 8 ist über elektrische Leitungen 9, die in Fig. 1 gestrichelt dargestellt sind, mit einer Steckbuchse 10 verbunden, die zum Anschluß an eine Spannungsquelle mit beispiels­ weise 12 Volt dient. In der Steckbuchse 10 ist vorzugs­ weise eine Schmelzsicherung vorgesehen. Die Steckbuchse 10 ist durch eine Verschlußklappe gegen das Eindringen von Schmutz und Wasser gesichert.

Wie man in der Zeichnung erkennt, ist das Innere des Schuhs mit einem Futter 11 ausgekleidet, um Wärmever­ luste nach außen zu vermeiden.

Der Sohlenkörper 4 weist eine in den Fig. 1 und 4 erkennbare Stegstruktur mit einer Vielzahl von Kammern 12 auf. Während im Bereich des Absatzes 6 die Kammern 12 als Hohlkammern ausgebildet sind, die nach oben durch die Innensohle 7 abgeschlossen sind, sind die Kammern 12 im vorderen Bereich des Sohlenkörpers 4 mit einzelnen Speicherkörpern 13 gefüllt, die zusammen einen Latentwärmespeicherblock 14 bilden, der rever­ sibel arbeitet.

Als Latentwärmespeichermaterial wird ein Material verwendet, das einen Erstarrungspunkt und einen Schmelzpunkt im Bereich zwischen 15 und 30°C hat. Das Material ist so ausgewählt, daß sein Erstarrungspunkt wenige Grade unter der individuellen Fußtemperatur des Schuhträgers liegt, die für Männer zwischen 28 und 29°C und für Frauen zwischen 24 und 25°C liegt. Raucher können jeweils um 6 bis 7°C niedrigere Fußtemperaturen haben.

Der Latentwärmespeicherblock 14 dient dazu, die Wärme­ verluste des Schuhes nach außen, insbesondere im Vor­ derfußbereich, zu kompensieren. Als Material für den Wärmespeicherblock können Paraffine verwendet werden, die den oben erörterten Temperaturbereich abdecken. Paraffine haben den Vorteil hoher Energiedichte und physiologischer Unbedenklichkeit. Gut geeignet für Männer mit normalen Fußtemperaturen ist n-Oktadekan C₁₈H₃₈ mit einem Schmelzpunkt, der bei technischen Reinheiten im Bereich von 25 bis 26°C liegt. Für Frauen wird ein tiefer schmelzendes Paraffin, z.B. Heptadekan C₁₇H₃₆ eingesetzt. Die Energiedichte solcher Paraffine liegt in der Gegend von 60 bis 70 Wh/kg.

Die Wahl des Latentwärmematerials mit einer Wärmeab­ gabetemperatur unterhalb der Fußtemperatur verhindert das Auskühlen des Fußes bei geringer körperlicher Tätigkeit.

Die in den Fig. 1 und 4 erkennbare Stegstruktur des Sohlenkörpers 4 weist einen Abstand zwischen den ein­ zelnen Stegen 15 in einem Bereich zwischen 1 und 4 cm auf. Statt der in der Zeichnung dargestellten quadra­ tischen Querschnittsform können die Kammern 12 auch eine andere Form haben. Die Stege 12 haben eine Wand­ stärke, die ausreicht, um den mechanischen Druck des Fußes aufzunehmen. Um eine hohe Wärmekapazität des Latentwärmespeicherblocks 14 zu erhalten, sind die Kammern 12 möglichst groß. Die Stege 15 sind bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel Bestandteil des Sohlenkörpers 4. Bei den in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen bilden die Stege 15 ein separates eingelegtes Bauteil.

Die Kammern 12 zwischen den Stegen 15 sind bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel mit einzelnen Speicherkörpern 13 gefüllt. Die Speicherkörper 13 können beispielsweise in der im Zusammenhang mit Fig. 3 erörterten Art und Weise aufgebaut sein. Wie man in Fig. 1 weiter erkennt, ist die Oberseite der Kammern 12 mit einer dünnen aufvulkanisierten Matte 16 verschlos­ sen. Wenn die Kammern 12 in der weiter unten beschrie­ benen Weise mit einem Vlies und einem Wärmeleitmaterial gefüllt sind, entstehen beim Aufvulkanisieren der Matte 16 einen Vielzahl von einzelnen geschlossenen Kammern 12. Das als Latentwärmespeichermaterial vorgesehene Paraffin kann in flüssiger Form über Nadeln in die Kammern 12 eingebracht werden, die durch die Matte 16 eingestochen werden. Die Einstichstellen in der Matte 16 werden nach einer Reinigung mit einem Lösungsmittel unter Einsatz eines Schicht-Klebstoffes abgedichtet. Anschließend wird die Folienheizung 8 aufgebracht und die Innensohle 7 eingelegt.

Selbstverständlich kann die Stegstruktur oberhalb des Absatzes 6 statt einer Luftfüllung auch eine sonstige Füllung, insbesondere aus einem Polystyrolschaum ent­ halten.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines mit einem Latentwärmespeicher versehenen Schuhs oder Stiefels ist ebenfalls ein Sohlenkörper 4 mit einer Stegstruktur vorgesehen, wie sie auch in den Fig. 1 und 4 zu erkennen ist. Sonstige dem Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 1 entsprechende Teile sind in Fig. 2 mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen.

Wie man in Fig. 2 erkennt, sind die Speicherkörper 13 zwischen einer oberen flexiblen Matte 17 und einer unteren flexiblen Matte 18 eingeschlossen. Als Material für diese Matten 17, 18 sind Kunststoffe, insbesondere NBR-Kautschuke geeignet, da sie flexibel und paraffin­ undurchlässig sind. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die obere Matte 17 lediglich über den vorderen Fußbereich. Entsprechend der in den Fig. 2 und 4 erkennbaren Stegstruktur bildet die untere Matte 18 eine Vielzahl von Aufnahmeräumen, in denen die Speicherkörper 13 Platz haben und die in die Kammern 12 eindrückbar sind. Die Tiefe der Kammern 12 ist dabei so gewählt, daß nach einem vollständigen Eindrücken des in der oben beschriebenen Weise ausge­ bildeten Latentwärmespeicherblocks 24 zwischen der unteren Matte 18 und dem Boden 19 der Kammern 12 je­ weils Luftkammern 20 gebildet sind. Durch diese Luft­ kammern 20 wird eine zusätzliche thermische Isolierung zur Laufsohle 5 erreicht.

Oberhalb der Luftkammern 20 erstreckt sich die untere Matte 18 entlang den Stegen 15 bis zur oberen Matte 17, mit der sie im Bereich der Stirnflächen der Stege 15 fest verbunden ist. Der auf diese Weise gebildete Latentwärmespeicherblock 24 ist äußerst flexibel und leicht in die durch die Kammern 12 gebildeten Zwischen­ räume zwischen den Stegen 15 einsetzbar.

Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist eine Folienheizung 8 vorgesehen, die den Latentwärmespei­ cherblock 24 überdeckt. Eine Innensohle 7 erstreckt sich über den gesamten Sohlenkörper 4.

Fig. 3 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Spei­ cherkörper 13, wie er zur Erstellung des Latentwärme­ speicherblocks 14 für das in Fig. 1 dargestellte Aus­ führungsbeispiel oder des Latentwärmespeicherblocks 24 für das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel verwendet werden kann. Obwohl in Fig. 3 die obere Matte 17 und die untere Matte 18 sowie die Luftkammer 20 zwischen den Stegen 15 dargestellt ist, können diese Teile entsprechend der Darstellung gemäß Fig. 1 abge­ wandelt sein.

Der Speicherkörper 13 gemäß Fig. 3 besteht aus einem zweilagigen Wickel, wobei die erste Lage ein saug­ fähiges Material, insbesondere ein feinporiges Kunst­ stoffvlies 30 ist. Das Kunststoffvlies 30 ist dabei mit Paraffin getränkt oder wird nachträglich mit Paraffin getränkt. Als zweite Lage ist eine Kupferfolie 31 vorgesehen. Die Verwendung des feinporigen Kunststoff­ vlies gestattet es, das Paraffin auch im flüssigen Zustand zu fixieren. Dies hat zur Folge, daß sich keine Bewegung des flüssigen Paraffins ergibt und damit keine konvektiven Wärmetransporte. Außerdem ist die Gefahr des Auslaufens bei einer Beschädigung der dünnen Matte 16, der oberen Matte 17 oder der unteren Matte 18 geringer, die vorzugsweise aus Kautschuk hergestellt sind.

Der Einbau der Kupferfolie 31 dient zur Verbesserung der Wärmeleitung innerhalb des Speicherkörpers 13. Beim Herstellen des Speicherkörpers 13 werden das Kunst­ stoffvlies 30 und die Kupferfolie 31 zu einer Rolle gewickelt, wobei die verwendeten Streifen gleich breit sind, jedoch etwas versetzt gewickelt werden. Die Kupferfolie 31 steht dadurch oben etwas über und wird zur Verbesserung des Wärmeübergangs nach oben in der in Fig. 3 erkennbaren Weise umgebogen. Im untersten Be­ reich ist dann, wie in Fig. 3 ebenfalls erkennbar ist, keine Kupferfolie 31 vorhanden und die Wärmeleitung dort entsprechend niedriger. Die Bereiche unterschied­ licher Wärmeleitung sind wichtig, um das Speicherma­ terial des Speicherkörpers 13 von oben be- und entladen zu können und um die Verluste nach unten zu minimisie­ ren.

Durch die besonders in Fig. 3 erkennbare Segmentierung des Speichermaterials wird eine hohe mechanische Flexi­ bilität erreicht, da der Bereich zwischen zwei Spei­ cherkörpern 13 als Gelenk wirkt. Unter Bezug auf Fig. 4 erkennt man weiterhin, daß bei konstantem Rastermaß verschiedene Schuhgrößen mit Speichermaterial dadurch ausgerüstet werden können, daß Speicherkörper 13 hinzu­ gefügt oder abgetrennt werden. Die in Fig. 3 darge­ stellte Luftkammer 20 zwischen der Sohle und dem Spei­ cherkörper 13 bewirkt neben der Verbesserung der ther­ mischen Isolation, daß Volumenänderungen des Speicher­ materials bei Phasenänderungen aufgefangen werden.

Statt des in Fig. 3 dargestellten Aufbaus eines Spei­ cherkörpers 13 kann der Aufbau auch so gewählt werden, daß zur Erzielung von Zonen unterschiedlicher Wärme­ leitfähigkeit zwei Vliesmaterialien zur Anwendung kommen, wobei im untersten Bereich das übliche schlechtleitende Vlies eingesetzt wird, während für den gutleitenden Teil ein Vlies bestehend aus Kunststoff und Metallfasern verwendet wird. Es ist auch möglich, das Vlies durch andere Wärmeleitzusätze, z.B. Metall­ folien, Drähte, Drahtnetze, Flocken und Pulver in seiner Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen. Eine Verschlech­ terung der Wärmeleitung kann dadurch erreicht werden, daß schlecht wärmeleitende Flocken und Pulver verwendet werden. Außerdem kann durch eine Verdickung der unteren Matte 18 die Wärmeleitfähigkeit beeinflußt werden.

In Fig. 4 erkennt man den rechteckigen bzw. quadra­ tischen Aufbau innerhalb der Stegstruktur mit den Stegen 15 und den Kammern 12, die im Bereich des Ab­ satzes leer sind oder mit Polystyrolschaum ausgefüllt sind und die im vorderen Bereich die Speicherkörper 13 in einer der weiter oben beschriebenen Weise aufneh­ men. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbei­ spiel sind jeweils Wickel aus mit Paraffin getränktem Vlies 30 und Kupferfolie 31 dargestellt. Außerdem ist in Fig. 4 die durch die Folienheizung 8 beheizte Fläche veranschaulicht. Schließlich erkennt man die elektri­ schen Leitungen 9, über die die Folienheizung 8 mit elektrischen Strom versorgt wird.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Sohlenkörper 4 im vorderen Bereich eine verhält­ nismäßig große Ausnehmung 40, während im Bereich des Absatzes die Stegstruktur mit den Stegen 15 vorgesehen ist. Die Ausnehmung 40 ist an ihrem Boden 41 mit einer Filzsohle 42 ausgekleidet. In die so ausgekleidete Ausnehmung 40 ist von oben ein Latentwärmespeicherblock 44 eingesetzt. Der Latentwärmespeicherblock 44 verfügt im Gegensatz zu dem in Fig. 2 dargestellten Aus­ führungsbeispiel nicht über einzeln verpackte Spei­ cherkörper 13, sondern über eine einzige Verpackung aus einer oberen flexiblen Außenhaut 45 und einer unteren flexiblen Außenhaut 46. Zwischen den Außenhäuten 45 und 46 ist ein Stegraster 47 eingelegt, das an seinen Stirnseiten keine feste Verbindung mit den Außenhäuten 45 und 46 hat. Die Hohlräume innerhalb des Stegrasters 47 dienen zur Aufnahme von Speicherkörpern 13, die beispielsweise wie die in Fig. 3 dargestellten Wickel ausgebildet sein können, wobei jedoch statt einer Isolation durch Luftkammern 20 eine Wärmeisolation durch die Filzsohle 42 vorgesehen ist.

Wie man in Fig. 5 erkennt, bildet die untere flexible Außenhaut 46 auch Seitenwände für die am Rand des Latentwärmespeicherblocks 44 liegenden Speicherkörper 13.

In Fig. 6 ist eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 5 dargestellt. Gleiche Bauteile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Innerhalb des Sohlenkörpers 4 ist wie bei der vorbeschriebenen Ausführungsform eine Ausnehmung 40 vorgesehen, in die ein Latentwärmespeicherblock 54 einsetzbar ist. Unter­ halb des Latentwärmespeicherblocks 54 befindet sich die Filzsohle 42, um eine gute thermische Isolierung gegen­ über der Laufsohle 5 zu erreichen.

Der Latentwärmespeicherblock 54 enthält ein Stegraster 47 wie bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbei­ spiel, jedoch sind die nach oben und unten weisenden Ränder des Stegrasters 47 mit der oberen flexiblen Außenhaut 45 bzw. der unteren flexiblen Außenhaut 46 fest verbunden. Die Kammern innerhalb des Stegrasters 47 sind in einer der oben beschriebenen Arten und Weisen mit einzelnen Speicherkörpern 13 gefüllt.

Jede Kammer im Stegraster 47 ist in sich abgeschlossen, da die einzelnen Stege des Stegrasters 47 Wände bilden, die oben und unten auf den Außenhäuten 45, 46 fixiert sind. Die Stege des Stegrasters 47 schließen z. B. durch Kleben oder Vulkanisieren dicht mit den Außenhäuten 45, 46 ab, die dadurch Boden und Decke für die Kammern bilden.

Die obere Außenhaut 45 sollte dünn sein, z. B. 0,5 bis 1 mm, um einen guten Wärmefluß zu ermöglichen. Die untere Außenhaut 46 ist dicker ausgebildet, beispiels­ weise 3 bis 5 mm dick, um einen hohen Wärmewiderstand im untersten Bereich zu erhalten.

Claims (13)

1. Schuh mit einem Schuhoberteil und einer Sohle, die über einen Sohlenkörper verfügt, der wenigstens eine Kammer mit einem Wärmespeicher aufweist, dessen Temperatur unterhalb der Fußtemperatur liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher als Latentwärmespeicherblock (14, 24, 44, 54) einen Stoff enthält, der bei einem Phasenübergang zwischen der flüssigen und festen Phase unterhalb der Fußtemperatur Umwandlungswärme abgibt oder aufnimmt.

2. Schuh nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Latentwärmespeicherblock (14, 24, 44, 54) aus einer Batterie von Speicherkörpern (13) besteht, die Paraffin enthalten.

3. Schuh nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkörper (13) aus Saugkörpern, insbesondere feinporigem Kunststoffvlies (30) bestehen, das mit Paraffin getränkt ist.

4. Schuh nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffvlies (30) zusammen mit einer Metallfolie (31) zu einem Wickelkörper aufgewickelt ist.

5. Schuh nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie eine Kupferfolie (31) ist, die auf einer Seite über das Kunststoffvlies (30) übersteht und auf der zur Laufsohle (5) weisenden Seite gegenüber dem unteren Rand des Wickelkörpers zurückgezogen ist.

6. Schuh nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kunststoffvlies (30) Metalldrähte, ein Metalldrahtnetz, Flocken oder Pulver als Wärmeleitzusätze oder als Wärmeisolierzusätze beigefügt sind.

7. Schuh nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kammern (12) vorgesehen sind, die zwischen einer Stegstruktur des Sohlenkörpers (4) ausgebildet und in einem gleichmäßigen Stegraster (47) angeordnet sind.

8. Schuh nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (12) auf der von der Laufsohle (5) wegweisenden Seite mit einer den Latentwärmespeicherblock (14) überdeckenden Matte (16) verschlossen sind.

9. Schuh nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkörper (13) in einer Umhüllung aus Kautschuk (17, 18, 45, 46) eingeschlossen sind.

10. Schuh nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den umhüllten Speicherkörpern (13) und der unteren Innenseite der Kammern (12) jeweils eine Luftkammer (20) vorgesehen ist.

11. Schuh nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Latentwärmespeicherblock (44, 54) durch eine obere und eine untere Matte (45, 46) begrenzt ist, zwischen denen sich die Speicherkörper (13) und eine Stegstruktur (47) erstrecken.

12. Schuh nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stegstruktur (47) mit den beiden Matten (45, 46) verbunden ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der unteren Matte (46) und der Laufsohle (5) eine Filzsohle (42) vorgesehen ist.