Disposição construtiva para sistema de amortecimento

  • Número do pedido da patente:
  • PI 0902264-3 A2
  • Data do depósito:
  • 17/06/2009
  • Data da publicação:
  • 01/03/2011
Inventores:
  • Classificação:
  • A43B 7/32
    Cal?ados com dispositivos higi?nicos ou sanit?rios; / Cal?ados com dispositivos para amortecer choques;
    ;
    A43B 13/18
    Solas; Unidades de sola e salto; / caracterizadas por sua estrutura; / Solas flex?veis;
    ;

DISPOSIÇÃO CONSTRUTIVA PARA SISTEMA DE AMORTECIMENTO A presente patente de invenção descreve uma estrutura para amortecimento e armazenamento de energia, desenvolvida baseada nos princípios da biomimética, ciência que estuda as estruturas biológicas e suas funções, procurando aprender com a natureza e utilizando esse conhecimento em diferentes domínios. A estrutura desenvolvida utiliza as características estruturais de folhas de plantas e temuma capacidade diferenciada de distribuir esforços e absorver impactos. Trata-se de um sistema de amortecimento que pode ser utilizado para quaisquer aplicações que necessitem de amortecimento, preferencialmente para uma estrutura de amortecimento para solados de calçados.

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Documento

PI0902264-3

“DISPOSIÇÃO CONSTRUTIVA PARA SISTEMA DE AMORTECIMENTO”

A presente patente de invenção descreve uma estrutura para amortecimento e armazenamento de energia, desenvolvida baseada nos princípios da biomimética, ciência que estuda as estruturas biológicas e suas funções, procurando aprender com a natureza e utilizando esse conhecimento em diferentes domínios. A estrutura desenvolvida utiliza as características estruturais de folhas de plantas e tem uma capacidade diferenciada de distribuir esforços e absorver impactos. Trata-se de um sistema de amortecimento que pode ser utilizado para quaisquer aplicações que necessitem de amortecimento, preferencialmente para uma estrutura de amortecimento para solados de calçados.

A biomimética é uma área da ciência que tem por objetivo o estudo das estruturas biológicas e das suas funções, procurando aprender com a natureza (e não sobre ela) e utilizar esse conhecimento em diferentes domínios da ciência. A designação desta recente e promissora área de estudo científico provém da combinação das palavras gregas bíos, que significa vida e mímesis que significa imitação. Dito de modo simples, a biomimética é a imitação da vida.

Em outras palavras, a biomimética observa a natureza e procura estimular novas idéias para produzir sistemas sintéticos similares aos encontrados nos sistemas biológicos. Este estudo permite desenvolver ou aperfeiçoar novas soluções de engenharia, sendo que os biomimeticistas encontram na natureza um modelo perfeito de inspiração e de imitação. Esta imitação baseia-se na idéia de que não faz grande sentido procurar e testar novas soluções para um problema quando se conhece a forma como a natureza desenvolveu e otimizou uma solução para esse mesmo problema, ao longo de milhões e milhões de anos de tentativa e erro.

Na natureza existem vários milhões de espécies das quais menos de dois milhões estão catalogadas até agora. Isto representa uma gigantesca base de dados de soluções inspiradas em sistemas biológicos para a resolução de problemas de engenharia e de outros campos da tecnologia. A biomimética pode ser considerada uma forma de transferência de tecnologia diretamente do "laboratório" da mãe natureza para a base de dados do conhecimento humano.

Na crescente lista de modelos biomiméticos desenvolvidos atualmente, alguns podem ser citados como destaque, como o Velcro, que foi desenvolvido a partir de 1941 pelo engenheiro George de Mestral a partir da observação de sementes de grama dotadas de espinhos e ganchos que se prendiam nos pelos de seu cão. As superfícies de baixo atrito, inspiradas na forma como a pele dos peixes reage ao contato com a água, tecnologia aplicada ao traje de natação. A mesma tecnologia tem sido aplicada também em cascos de navios, submarinos e mesmo aviões.

As Turbinas "WhalePower" são outro exemplo. Inspirada na forma das nadadeiras da baleia jubarte, as lâminas nervuradas desse tipo de turbina eólica produzem 32% menos atrito e 8% de deslocamento de ar que as lâminas lisas convencionais. Tem-se também o carro biônico, desenvolvido pela Mercedes-Benz a partir da forma do peixe caixa, esse carro atinge um coeficiente de aerodinâmica de 0,19 e consome 20% menos combustível que um veículo convencional de potência equivalente.

Com a finalidade de explorar o potencial para desenvolvimento de novas tecnologias utilizando os princípios da biomimética, foi proposto o desenvolvimento de um novo sistema de amortecimento para solados de calçados, visando minimizar os impactos nas articulações do corpo humano durante o movimento de caminhada ou corrida.

O uso de calçados não apropriados para uma atividade física, mesmo que moderada ou de baixo impacto, pode trazer problemas para a saúde do usuário, relacionados, principalmente, às articulações, aos ossos e à coluna vertebral. Os principais sintomas da utilização de um calçado não adequado incluem dores nos pés, talalgia, dores nas articulações dos pés e dos joelhos, dores ao longo da coluna vertebral, instabilidade articular que ocasiona repetidas entorses e luxações das articulações do tornozelo e do joelho.

O uso prolongado de calçados não apropriados pode levar a deformidades ósseas como os joanetes, podem levar a formação de calosidades nos dedos e nas plantas dos pés e o esforço adicional sobre as articulações pode instaurar um processo inflamatório nos tendões, conhecido como tendinite, ou na fascia dos pés, conhecido como fascite plantar. Segundo especialistas, o fator mais importante na escolha de um

calçado é que ele seja confortável e ergonômico.

Por isso é importante a utilização de calçados dotados de tecnologias que minimizam os impactos da caminhada ou corrida sobre o corpo. Atualmente existem no mercado diversos tipos de sistemas de amortecimento para calçados, cada um buscando melhorias quanto ao amortecimento, ergonomia, facilidade de fabricação, estabilidade e estética.

Como exemplo, temos o pedido de modelo de utilidade MU8800686-7, intitulado “Disposição introduzida em solado com amortecimento magnético para calçados esportivos e similares”, apresenta uma disposição introduzida em solado com amortecimento magnético para calçados que possui múltiplas câmaras onde as faces superiores e inferiores são cobertas por elementos magnéticos do tipo ima. A face inferior dos imas posicionados na face superior da câmara possuem a mesma polaridade com relação a face superior dos imas previstos na face inferior da câmara, o que faz com que estes sejam repelidos, efetivando uma força de repulsão no espaço dentro da câmara. Desta maneira é estabelecido um amortecedor magnético.

O pedido de patente PI 0800552-4, intitulado “Sistema de amortecimento para solados de calçados”, apresenta um sistema de amortecimento para calçados desenvolvido baseando-se nos princípios geométricos e físicos de uma estrutura flexível em forma de arcos para ser aplicada em solados de calçados, que produz o efeito de distribuição de esforços e amortecimento.

O pedido de patente PI0305659-7, intitulado “Sistema amortecedor ajustável para solado de calçados”, trata de um sistema amortecedor ajustável constituído por um disco formado por duas metades diagonais de densidades diferentes, disposto em um alojamento na região do calcanhar do solado, disco esse passível de girar em tomo de seu eixo no interior do alojamento, com a finalidade de posicioná-lo de acordo com o tipo de pisada do usuário.

O pedido de patente PI0405029-0, intitulado “Sistema de absorção progressiva de impacto aplicado em solado de calçado”, apresenta um sistema que compreende um conjunto de elementos vazados de diâmetros e seções de formatos variados os quais são distribuídos de modo ordenado e paralelo entre si configurando uma estrutura com memória de retomo à posição original que mantém os elementos

vazados cheios de ar.

O pedido de patente PI0404293-0, intitulado “Sistema de amortecimento aplicado a calçados”, apresenta um sistema de amortecimento composto por colunas de sustentação independentes, inseridos na porção de sola ou salto do solado, as quais distribuem o impacto do peso durante a marcha.

O pedido de patente PI0501566-9, intitulado “Sistema de amortecimento aparente em tênis colado e processo aperfeiçoado de montagem de tênis colado com amortecimento aparente”, refere-se a um sistema de amortecimento tipo bolha de ar e de uma peça estabilizadora antitorção, colado sobre o solado do calçado.

O pedido de patente PI0201021-6, intitulado “Sistema de amortecimento aparente em tênis vulcanizado e processo aperfeiçoado de montagem de tênis vulcanizado com amortecimento aparente”, refere-se a um sistema de amortecimento que apresenta orifícios com formatos e distribuições diversas, a fim de ser obtida performance variada e compatível de acordo com o tipo de uso do calçado.

O pedido de patente arquivado PI9711851-6, intitulado “Disposição construtiva introduzida em dispositivo com molas aeradas de absorção de impacto e reentrada de energia para tênis”, apresenta um mecanismo com molas, moldado na forma de um calcanhar, que é encapsulado em um material do tipo poliuretano com isolamento do ar e hermeticamente selado, que reterá certo volume de gás pressurizado, inserido na câmara interna desse mecanismo e fixado dentro da entressola do calçado, para prover o amortecimento.

O pedido de modelo de utilidade deferido MU8102346-4, intitulado “Disposição introduzida em material para solado”, refere-se a uma disposição cuja face externa é totalmente ocupada por cavidades justapostas, afastadas por finas paredes ortogonais que atuam como agarradeiras, formando um desenho similar a uma colméia.

O pedido de modelo de utilidade MU8301421-7, intitulado “Dispositivo amortecedor para calçados”, refere-se a um dispositivo constituído de uma peça composta por elemento de espuma, esponja ou similar, que é colocado entre duas laminas de material plástico cujas bordas periféricas são seladas por sistema de termossoldagem ou ultra-som após a introdução de uma pequena quantidade de ar, resultando numa peça plana almofadada, macia e flexível que é embutida no solado do

calçado.

Com o objetivo de desenvolver um novo sistema de amortecimento, utilizando os princípios da biomimética, foi desenvolvida uma nova estrutura de amortecimento para solados de calçados, visando minimizar os impactos nas articulações durante o movimento de caminhada ou corrida, buscando melhorias em relação ao sistema de amortecimento, ergonomia, facilidade de fabricação, estabilidade e estética. Este sistema de amortecimento compreende uma estrutura baseada na ramificação das fibras de folhas de plantas.

As figuras abaixo relacionadas ilustram de forma não limitativa a estrutura de amortecimento, objeto da presente patente, nos quais:

A figura 01 mostra a disposição construtiva da estrutura de amortecimento, em vista frontal.

A figura 02 mostra uma vista em perspectiva para o solado de calçado com estrutura de amortecimento inteiriça.

A figura 03 mostra uma vista em perspectiva para o solado de calçado com estrutura de amortecimento vazada.

Esta estrutura de amortecimento (figura 1) compreende duas superfícies externas (1) e uma superfície central (2) conectadas por aletas (3) inclinadas. Trata-se de um sistema de amortecimento que pode ser usado tanto para solados de calçados, como para outras aplicações que necessitem de amortecimento.

A deformação elástica da estrutura ocorre quando as superfícies externas (1) são submetidas a esforços que promove o deslocamento horizontal da superfície central (2), a mudança do ângulo (a) de inclinação das aletas (3) e o deslocamento vertical das superfícies externas (1). Devido a resultante desses deslocamentos, ocorre a redistribuição dos esforços, por conseguinte, causando o efeito de amortecimento.

As aletas (3) são responsáveis por transferir o deslocamento vertical das superfícies externas (1) para um deslocamento horizontal da superfície central (2). Esta característica confere a estrutura um efeito de armazenamento de energia semelhante ao efeito mola, ou seja, a energia de impacto é armazenada pela estrutura e devolvida de forma antagonista causando um aproveitamento do esforço mecânico. No caso da aplicação para solado de calçados, esta energia é reaproveitada na passada durante a fase de impulso.

A estrutura pode ou não compreender a superfície central (2). A principal finalidade da superfície central (2) é proporcionar uma homogeneização da variação do ângulo (a) das aletas e conseqüentemente dos esforços. A ausência da superfície central (2) resulta em um deslocamento aleatório das aletas (3) que provoca uma distribuição irregular dos esforços aplicados nas superfícies externas (1), efeitos indesejáveis para um sistema de amortecimento.

A redistribuição dos esforços e a rigidez da estrutura estão relacionadas com o ângulo (a) de inclinação das aletas (3) e as propriedades mecânicas dos materiais utilizados na sua produção.

O grau de amortecimento da estrutura possui relação com o ângulo (a) de inclinação das aletas. Este ângulo interefere diretamente na rigidez da estrutura, assim quanto menor este ângulo, menor será o grau de rigidez da estrutura e conseqüentemente, maior será o grau de amortecimento da estrutura. Em contra partida, aumentando-se o ângulo de inclinação o grau de amortecimento irá diminuir.

A cavidade (4) pode ser preenchida opcionalmente com a finalidade de modificar a constante de amortecimento da estrutura. Ela pode ser preenchida por elastômeros de diferente coeficiente de elasticidade, ou qualquer elemento que proporcione o controle do deslocamento horizontal da superfície central (2), como uma mola, uma bolsa de ar, sem restrições. Instalando-se tal elemento na cavidade (4) é possível obter diferentes graus de amortecimento melhorando o nível de qualidade de resposta e do conforto integral do solado às situações reais exigidas pela distribuição do peso do corpo, amplitude de impacto e tipo de solo.

O solado pode ou não apresentar simetria longitudinal. A ausência da simetria representa a diferença de amortecimento do lado externo (5) com o interno (6), com isso auxiliando o movimento de passada do usuário. A variação da simetria da estrutura inteiriça é realizada pela variação da espessura das aletas (3) ao longo do amortecedor (figura 2), diminuindo ou aumentando a espessura no sentido do lado externo (5) para o lado interno (6).

A parte interna da estrutura pode ou não ser vazada, a fim de distribuir o amortecimento para as laterais e, com isso, diminuindo a concentração de força na região central do calcanhar. Para a estrutura vazada, a variação da simetria também pode ser realizada pelo deslocamento do rasgo para uma das extremidades, ou seja, um 5 dos lados apresentando espessura maior que a outra. A figura 3 ilustra um exemplo do lado externo (7) apresentando uma espessura maior que o lado interno (8), podendo também ser invertida esta variação.

REIVINDICAÇÕES

1.    “DISPOSIÇÃO CONSTRUTIVA PARA SISTEMA DE AMORTECIMENTO”, caracterizado por compreender duas superfícies externas (1) conectadas por aletas (3) inclinadas, formando um ângulo (a) entre as partes.

2.    “DISPOSIÇÃO    CONSTRUTIVA    PARA    SISTEMA    DE

AMORTECIMENTO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender uma superfície central (2).

3.    “DISPOSIÇÃO    CONSTRUTIVA    PARA    SISTEMA    DE

AMORTECIMENTO”,    de    acordo    com    as    reivindicações    1    e    2,

caracterizado por compreender uma cavidade (4).

4.    “DISPOSIÇÃO    CONSTRUTIVA    PARA    SISTEMA    DE

AMORTECIMENTO”,    de    acordo    com    as    reivindicações    1    a    3,

caracterizado pela superfície central (2) proporcionar uma homogeneização da variação do ângulo (a) das aletas e conseqüentemente dos esforços submetidos.

5.    “DISPOSIÇÃO    CONSTRUTIVA    PARA    SISTEMA    DE

AMORTECIMENTO”,    de    acordo    com    as    reivindicações    1    a    3,

caracterizado pelo ângulo (a) de inclinação das aletas definir o grau de amortecimento e de rigidez da estrutura.

6.    “DISPOSIÇÃO    CONSTRUTIVA    PARA    SISTEMA    DE