НАКОЛЕННИК, АДАПТИРУЕМЫЙ К ТРЕБОВАНИЯМ ПОТРЕБИТЕЛЯ, И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАКОЛЕННИКА
KNEE PAD ADAPTABLE TO THE NEEDS OF THE CONSUMER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE KNEE PAD

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в общем относится к средствам защиты коленей, а точнее к наколенникам, адаптируемым к требованиям потребителя, и к способу изготовления наколенников.
Уровень техники
Производители предлагают рынку разнообразные наколенники, которые предназначены для различных видов деятельности, например, для спорта и экстремального спорта, для танцев и акробатики, для работы и для армейских целей. Кроме того, все указанные наколенники содержат средства регулировки для более конкретных задач, например, в настоящее время каждый наколенник должен не только выполнять роль защиты, но также должен быть удобным, эластичным, легким, пропускающим воздух; использование наколенника и мытье должно быть простым, он должен быть стильным, качественным, недорогим и т.д. Одним словом, запросы и пожелания потребителей и профессионалов только растут, поэтому производители вынуждены постоянно развивать свои изделия и внедрять новшества.
Основная функция наколенников - защита коленей от различных травм, которые обычно возникают по причине ударов, трения, давления и других воздействий во время физической деятельности. Принимая во внимание тот факт, что защита - это не единственная требуемая функция наколенников, изготовители вынуждены придумывать способ, как сочетать защиту с другими необходимыми функциями. Одна из таких попыток заключается в использовании разных материалов, которые могли бы обеспечить максимум функций, включая защиту, удобство, эластичность, приятный и современный дизайн, качество и доступность.
Основной элемент наколенника - это подушка или, другими словами, амортизирующая подкладка, на которую ложится коленная чашка, и которая играет основную роль при защите колена от травм. Подушка может быть выполнена из различных материалов, например, пенополиуретана, пенополиэтилена, вспененного этилвинилацетата, вспененного нейлона, вспененного неопрена, вспененного поливинилхлорида, экструдированного пенополистирола, резины, пластика, геля, углеволокна и других материалов.
Другое отличие наколенников - это тип подушки; некоторые из них имеют подушку типа раковины или чашки, которая обычно выполнена из пластика, резины, геля, углеволокна или иного долговечного материала высокой плотности, который может обеспечивать постоянную защиту. Внутренняя часть таких раковин обычно покрыта более мягким и эластичным материалом, чтобы лучше соответствовать форме коленной чашки, и таким образом обеспечивать большее удобство. Некоторые наколенники содержат подушку, выполненную из мягкого, но долговечного защитного материала, например, пеноматериала - пенополиуретана, пенополиэтилена, вспененного этилвинилацетата, пенополивинилхлорида, экструдированного вспененного полистирола, вспененного нейлона и вспененного неопрена. Многие наколенники содержат подушку шестиугольной геометрии, которая выполнена из множества отдельных шестиугольных сегментов, и вследствие этого обеспечивает лучшее соответствие форме колена и, таким образом, комфорт и эластичность. Такие наколенники шестиугольной геометрии обычно выполняют из какого-либо пеноматериала, который способен поглощать различные ударные нагрузки. Наколенники шестиугольной геометрии часто называют наколенниками с подушкой сотовой конструкции в силу из сходства с сотами. Некоторые наколенники оснащены подушкам пузырчатого типа, которые также выполнены из пеноматериала для защиты коленей от различных воздействий.
Наколенники могут быть поделены на категории согласно их узкофункциональному применению, например, наколенники для занятий спортом, наколенники для занятий танцами, рабочие наколенники, армейские наколенники, и др. Указанные наколенники отличаются друг от друга функциональностью и уровнем защиты. Например, наколенники для занятий спортом и танцами более удобные и эластичные, но рабочие и армейские наколенники более толстые, плотные и более долговечные.
Рабочие наколенники, особенно для профессиональных занятий, могут не быть столь эластичными, но они должны быть исключительно долговечными и удобными, поскольку при таких работах как настилка ковров, укладка бетонной смеси, облицовка плиткой, настилка полов, садоводство и строительство рабочие вынуждены длительное время проводить на коленях, поэтому подушка должна быть насколько возможно удобной, снижая тем самым давление на колени и тем самым уменьшая боль в коленях и усталость. Рабочие наколенники для профессионалов главным образом используются для предотвращения профессиональных травм коленей. Существует множество рабочих наколенников, например, наколенники с твердой чашкой, криволинейной мягкой чашкой, плоской чашкой, наколенники для стояния на коленях, наколенники на роликах, коленные вкладыши, при этом все они сконструированы для определенных и конкретных задач.
Армейские или, другими словами, тактические наколенники обычно являются частью армейского обмундирования, и их изготовляют из исключительно долговечного и плотного пуленепробиваемого материала, который обеспечивает пуленепробиваемость и таким образом безопасность почти в любой ситуации. Такие наколенники предназначены не только для защиты от пуль и других опасных ударов, но также для защиты коленей от синяков и царапин, вызванных переползанием или припаданием к земле во время военных и других тренировочных упражнений.
В патенте США 7018351 раскрыта ортопедическая опора, в которой используется литая подушка и жесткая чашка. Внутренняя структура литая и содержит ячейки различных размеров определенной геометрической формы, причем форма и толщина должны обеспечивать для пользователя различные уровни локального комфорта. Подушка выполнена из термопластичного эластомера (ТРЕ, Thermo Plastic Elastomer), который пружинит и сопротивляется остаточным деформациям. Материал ТРЕ получен литьем под давлением, чтобы получить мелкие элементы формы, такие как ячейки заданной геометрической формы. Между жесткими ячейками в подушке может быть внедрен мягкий пеноматериал. Как вариант, вместо мягкого пеноматериала может быть использован гель. Однако требуемый уровень амортизации обеспечивается использованием множества ячеек разной формы, столбиков и разнообразных выступов. В качестве альтернативы использованию ячеек разной формы и выступов, между жесткими стенками ячеек может быть внедрен более мягкий пеноматериал. В типичном случае, из того же самого материала, что и подушка выполняют накладку, которая герметично соединяет ТРЕ-подушку с чашкой, и также частично покрывает чашку. Другой вариант заключается в использовании геля вместо мягкого пеноматериала или литой ТРЕ-подушки.
Хотя на рынке предлагается множество конструкций наколенников, однако их не так легко адаптировать к задачам потребителя; наколенники обычно требуют сложных и дорогостоящих литьевых форм и процессов для своего изготовления, чтобы их адаптировать к конкретным задачам применения.
Раскрытие сущности изобретения
Следовательно, задача настоящего изобретения заключается в создании наколенника, который не обладает недостатками, присущими наколенникам существующих конструкций.
Другая задача изобретения заключается в создании наколенника, который можно легко адаптировать к требованиям потребителя.
Еще одна задача изобретения заключается в создании наколенника, который обладает простой конструкцией и экономически выгоден при изготовлении.
Другая задача изобретения заключается в создании наколенника, которым легко и удобно пользоваться.
Еще одна задача изобретения заключается в создании наколенника, который может быть сформирован так, чтобы обеспечить требуемый уровень мягкости или жесткости в зависимости от области применения.
Другая задача изобретения заключается в создании литого наколенника, в котором может быть применено повторное литье по гелевому вкладышу, который интегрируется с пеноматериалом чашки или формы, и тем самым упрощается процесс литья и предотвращается смещение гелевого вкладыша со временем.
И еще одна задача изобретения заключается в создании литого наколенника, который содержит мягкое тканевое подкладочное полотно, которое может быть интегрировано с пеноматериалом чашки или формы, для упрощения изготовления и предотвращения отделения тканевого полотна от пеноматериала чашки или формы после продолжительного использования наколенника.
r
eff
eff
r
Чтобы решить вышеупомянутые задачи, а также другие задачи, которые станут понятными для специалистов, наколенник, адаптируемый к требованиям потребителя, в соответствии с настоящим изобретением содержит основное тело из сжимаемого материала, имеющее переднюю или наружную поверхность А и заднюю поверхность, отлитую по форме колена. Передняя поверхность выполнена со множеством отстоящих друг от друга впадин в пределах предварительно заданной области, покрывающей защищаемое колено. Каждая впадина определяет инкрементную (суммируемую) площадь, а в совокупности указанные впадины в пределах предварительно заданной области определяют площадь A. Эффективная площадь A передней поверхности, которая не охватывает впадины, приблизительно равна A=А-A. Заднюю или внутреннюю поверхность покрывает тканевое полотно, что будет более подробно рассмотрено ниже. Внутри основного тела, в непосредственной близости к тканевому полотну, предусмотрена гелевая подушка.
Основное тело наколенника сформировано литьем под давлением вместе с удерживаемыми на своих местах во время процесса литья гелевым слоем и тканевым полотном, так что тканевое полотно и гелевая подушка оказываются сформованными как единое целое с отлитым основным телом. Поскольку сила, необходимая для деформации твердого тела, прямо пропорциональна эффективной площади поверхности, которая деформируется при сжатии, по меньшей мере в линейной области материала, которая подчиняется закону Гука, путем выборочного изменения эффективной площади поверхности в предварительно заданной области можно изменять гибкость материала при сжатии, и, следовательно, делать материал более жестким или мягким.
Способ формирования наколенника в соответствии с изобретением содержит этапы, на которых обеспечивают литьевую форму, выполненную с возможностью придания внутренней поверхности конфигурации, которая является ответной множеству впадин в пределах предварительно заданной области для защиты наколенника, причем плотность расположения и размеры получаемых впадин определяют зону воздействия для сжатия. Удерживают гелевый вкладыш внутри литьевой формы, и покрывают литьевую форму форму тканевым полотном или слоем, так чтобы оно находилось в непосредственной близости к удерживаемому гелевому вкладышу. Затем в литьевую форму впрыскивают пену пока последняя не заполнит литьевую форму, обволакивая гелевый вкладыш и входя в контакт с тканевым полотном, так чтобы пена связала гелевый вкладыш и тканевое полотно. За счет выбора совокупных инкрементных площадей результирующих впадин на передней поверхности готового основного тела наколенника при отделении впадин, можно получить наколенники нормальной или средней жесткости, наколенники, которые мягче или жестче для пеноматериалов одинаковой или подобной плотности.
Краткое описание чертежей
Вышеупомянутые, а также иные аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения будут более понятными из последующего описания, взятого вместе с прилагаемыми чертежами, среди которых:
фиг. 1 в аксонометрии изображает наколенник, соответствующий настоящему изобретению;
фиг. 2 в аксонометрии и сзади изображает наколенник, представленный на фиг. 1;
фиг. 3 представляет фронтальную проекцию наколенника, изображенного на фиг. 1 и 2;
фиг. 4 аналогична фиг. 1, но изображает видоизмененное множество впадин, у которых другие размеры и другие промежутки между впадинами по сравнению с впадинами на фиг. 1;
фиг. 5 в поперечном разрезе изображает литьевую форму, используемую для формирования наколенника с фиг. 1 и 2;
фиг. 6 аналогична фиг. 5, но изображает заднее или внутреннее тканевое полотно, которое удерживается на краях литьевой формы, и гелевую подушку или гелевый вкладыш, который удерживается в непосредственной близости за тканевым полотном;
фиг. 7 аналогична фиг. 5 и 6, но изображает наколенник после впрыска пеноматериала, когда пеноматериал входит в контакт и/или обволакивает гелевый вкладыш и тканевое полотно, и тем самым связывает наколенник с тканевым полотном и гелевым вкладышем.
Осуществление изобретения
Среди фигур, на которых идентичные или подобные друг другу части обозначены одинаковыми ссылочными обозначениями, на фиг. 1 изображен наколенник, соответствующий настоящему изобретению, и в целом обозначен ссылочным номером 10.
В своей окончательной отлитой форме основное тело 40 наколенника 10 определяет наружную или переднюю поверхность 12, у которой имеется верхний край 14, нижний край 16 и боковые края 18. Передняя или наружная поверхность 12 определяет область, которая закрывает и защищает колено. Однако, хотя показано, что передняя поверхность 12 проходит между нижним и верхним выступами 20, 22, эффективная передняя поверхность может быть модифицирована, чтобы расположить ее ближе к середине коленной чашки не считая выступов 20, 22.
r
eff
eff
r.
eff
r
Передняя или наружная поверхность 12 сформирована с множеством впадин 24 в эффективной области передней или наружной поверхности. Таким образом, если общая площадь передней или наружной поверхности 12 равна А, а совокупная площадь, представленная множеством впадин 24, равна A, то эффективная площадь A поверхности равна A=А-AПонятно, что эффективная площадь A поверхности уменьшается, когда увеличивается совокупная площадь A впадин 24.
На фиг. 4 изображено другое множество впадин, в котором размер впадин 24' меньше размера впадин на фиг. 1, и промежутки между впадинами в данном множестве также меньше. Использование множества впадин с фиг. 4 даст более жесткий наколенник. Поэтому, должно быть понятным, что, выбирая размер и форму впадин, а также промежутки между впадинами, можно получить наколенник для нормального использования, более мягкий наколенник или более жесткий наколенник при использовании одного и того же или подобного пеноматериала в зависимости от применения или использования, на которые наколенник рассчитан. Также может быть возможным использование одинаковых литьевых форм, только модифицированных за счет вкладыша, чтоб отразить размер, форму и промежутки между впадинами среди множества впадин.
Конкретная форма поперечного сечения впадин 24 не является критичной, и могут быть использованы круглые, квадратные, шестиугольные и треугольные и т.п.формы поперечного сечения. Совокупную площадь впадин 24 можно изменять, изменяя не только форму и размеры впадин, но и промежутки между впадинами.
Наколенник может быть выполнен без впадин 24. Для наколенника было бы полезно встраиваемое или цельное прикрепление гелевого вкладыша 32 и тканевого полотна 36 к отлитому из пеноматериала основному телу 40, что оказывало бы сопротивление отделению гелевого вкладыша или тканевого полотна от основного тела при длительном использовании.
Боковины 18 проходят с каждой боковой стороны наколенника, и обеспечивают колену боковую защиту, а также обеспечивают жесткость основному телу законченного наколенника. Верхний и нижний выступ 20, 22 также помогают придать конструкции жесткость, при этом указанные выступы находятся вне области защиты наколенника, жесткость и мягкость которой можно корректировать или модифицировать. Боковины 18 также содержат проушины 26, используемые для крепления ремешка, предназначенного для фиксации наколенника на ноге пользователя. Могут быть использованы любые стандартные ремешки, включая эластичные ремешки.
На фиг. 5-7 изображен способ изготовления наколенника, соответствующего настоящему изобретению. Литьевая форма 28 содержит внутреннюю поверхность 28а, которая по форме соответствует наружной передней поверхности 12 наколенника. В верхней части литьевой формы 28, и к каждой стороне внутренней поверхности 28а примыкают опорные или несущие поверхности 28b. Литьевая форма содержит впускной канал 30 для ввода пеноматериала для формирования наколенника 10.
На фиг. 6 гелевая подушка 32 поддерживается над поверхностью 28а посредством несущего элемента 34. Тканевое полотно, образующее слой 36, проходит поперек поверхности 28а и поддерживается опорными или несущими поверхностями 28b. Тканевый слой 36 соответствует требуемой форме, которая в общем соответствует форме и размеру подлежащего защите колена. Несущий элемент 34 выбран так, чтобы расположить гелевую подушку 32 в непосредственной близости к тканевому полотну.
На фиг. 7 показана подача через канал или проход 30 пены 38, которая заполняет весь объем между поверхностью 28 литьевой формы и тканевым полотном 36, там самым полностью обволакивая гелевую подушку 32 и вступая в контакт с внутренней поверхностью тканевого полотна 36. Когда пена 38 усаживается, она сцепляется как с гелевым вкладышем или гелевой подушкой 32, так и с тканевым полотном 36. Это сцепление очень сильное, и оказывает сопротивление отделению тканевого полотна 36 от основного тела 40. В большинстве случаев это сцепление сильнее, чем сцепление между тканевым полотном 36 и наносимым адгезивом. Также, благодаря сильному сцеплению между основным телом и гелевой подушкой или гелевым вкладышем 32, обеспечивается то, что гелевая подушка не смещается ни в начале эксплуатации, ни в ходе длительного использования. Это отличает данный наколенник от большинства наколенников, в которых используется гелевый вкладыш, который помещают в гнездо на поверхности после того, как будет отлито основное тело 40 - в этом заключается самая распространенная жалоба на наколенники существующих конструкций.
Все вышеизложенное следует рассматривать, как лишь иллюстрацию принципов изобретения. Специалистам в данной области должна быть понятна возможность внесения в изобретение дополнительных модификаций и изменений. Изобретение не ограничено конкретно показанной и описанной конструкцией наколенника и работой конструкции, и соответственно допустимо обращаться ко всем подходящим модификациям и эквивалентам, которые попадают в рамки объема настоящего изобретения.