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Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung, insbesondere für Bekleidungsstücke z. B. Schischuhe, mit einer Spannungsquelle und einem an diese anschaltbaren Heizelement sowie vorzugsweise einer Temperaturregeleinrichtung. In der US-PS Nr. 3, 293, 405 ist eine elektrische Heiz- einrichtung beschrieben, bei der Widerstandsleitungen bekannter Art zur Wärmeerzeugung verwen- det werden, wobei ein mechanischer Überhitzungsschutz vorgeschaltet ist. Diese Konstruktion be- dingt allerdings einen geringen Wirkungsgrad.
Eine ähnliche Heizeinrichtung ist der US-PS Nr. 298, 299 zu entnehmen, wobei zur Temperatur- regelung der Heizwiderstände drei in Serie geschaltete Bi-Metallthermostate dienen. Naturgemäss ergibt sich hieraus eine äusserst schlechte Regelbarkeit.
Aus der DE-PS Nr. 386830 ist eine Temperaturregelung bekannt, die einer Widerstandsheizung, bestehend aus Heizdrähten, vorgeschaltet ist. Hier findet ein Stufenschalter zur Temperaturanpas- sung Verwendung, der aber lediglich eine grobe mechanische Temperaturanpassung ermöglicht.
Bei diesen bekannten Systemen ergeben sich somit viele Nachteile. In erster Linie sei erwähnt, dass solche Systeme einen relativ geringen Wirkungsgrad erzielen, was wieder einen hohen Stromverbrauch zur Folge hat, und dies wirkt sich wieder nachteilig auf die Laufzeit aus. Die Umsetzung erfolgt unzureichend, da Widerstandsheizungen sehr verlustreich arbeiten. Zu dem kommt hinzu, dass die Regelung nur in eingeschränktem Ausmass erfolgen kann und dabei selbst mit Energieverlust arbeitet.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine elektrische Heizvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher mit geringstem Energieverbrauch über lange Zeiträume eine gute Heizleistung erzielt werden kann. Hiezu ist die erfindungsgemässe elektrische Heizeinrichtung der eingangs angegebenen Art insbesondere für Bekleidungsstücke, z. B. Schischuhe, mit einer Spannungsquelle und einem an diese anschaltbaren Heizelement, sowie vorzugsweise einer Temperaturregeleinrichtung versehen und dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement aus einem Halbleiter besteht, der mit einer Wärmeverteilerplatte verbunden ist und im an die Spannungsquelle angeschalteten Zustand letztere mehr oder weniger kurzschliesst.
In diesem Fall wird ein Halbleiter, z. B. ein Leistungstransistor, so an eine Spannungsquelle angeschlossen, dass er diese je nach der Höhe des ihm zugeführten Steuerstromes mehr oder weniger kurzschliesst.
Diese Bestandteile haben den Vorteil, Heizelement und Regelung in einem Gehäuse bzw. einem Verbund darzustellen, was eine höhere Wärmeausbeute zulässt. Thyristoren und Triac's wären im selben Anwendungsbereich im Wechselstrom anzuwenden. Die dabei auftretende Verlustwärme basiert auf einer fast restlosen Umsetzung von elektrischer Energie in Wärmeenergie, da die zur Steuerung des Halbleiters aufgewandte Steuerleitung ebenfalls als Verlustwärme auftritt und zur Gesamterwärmung beiträgt. Dies ist ein wesentlicher Vorteil und Unterschied zu den bisherigen elektrischen Heizsystemen.
Verwendet man die erfindungsgemässe Heizvorrichtung z. B. als Schuhheizung (Schischuh, Sportschuh) so kann man durch eine anatomisch richtig ausgebildete Wärmeverteilerplatte die Heizleistung in denjenigen Bereichen verstärkt ausnutzen, in welchen eine unmittelbare Abstrahlung durch das Material der Schale nicht zu befürchten ist. Es kann somit mit geringem Energieaufwand selektiv die Heizleistung auf diejenigen Bereiche konzentriert werden, in welchen sie einen deutlichen Einfluss auf die Verbesserung des Komforts zeigt. Vorzugsweise werden Halbleiter und Wärmeverteilerplatte dabei in eine Einlegesohle eingebaut, wobei bei geringem Energieverbrauch ein Maximum an Wirkung erzielt wird. Medizinischen Studien zufolge ist der Wärmebedarf des menschlichen Körpers im Zehen-und Ballenbereich am grössten.
Aus diesem Grund empfiehlt es sich weiters die elektrische Heizung vorzugsweise in diesem Bereich anzubringen. Dadurch kommt die Heizleistung in den mittleren Bereichen der Wärmeverteilerplatte noch stärker als Strahlungswärme zur Geltung als am Rand, wodurch gleichfalls der Energieverbrauch bei grösstmöglichem Heizeffekt verringert wird.
Um die Wärmeabgabe des Systems aber den unterschiedlichen Betriebszuständen anpassen zu
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ist es möglich, die jeweils erforderliche Wärmemenge so zu erbringen, dass sie den Erfordernissen am besten entspricht. Daraus ergibt sich eine besonders lange Laufzeit bei gleicher Kapazität der Energiequelle, da es nie zu einer Überwärmung kommen kann.
Um aber eine deutlich fühl- und messbare Wirkung auch in beheizten Räumen zu erzielen, kann ein weiteres Bauelement in Form eines Elektrolytkondensators in der Regelschaltung dem Spannungsteilerwiderstand parallelgeschaltet werden. Dies ist sinnvoll, da in beheizten Räumen bzw. bei erwärmter Einlegesohle die automatische Regelung verständlicherweise keine Aufheizung des Halbleiterelements bewirkt. Diese Startelektronik ruft eine kurzzeitig fühl- und messbare Erwärmung der Einlegesohle hervor.
Im Falle einer beheizbaren Einlegesohle kann diese so ausgebildet sein, dass sie Kontakte für die elektrische Verbindung mit im Schuh angeordneten, insbesondere elektrisch aufladbaren Akkumulatoren aufweist, wodurch ein einfacher Austausch von Einlegesohlen entsprechend den spezifischen Bedürfnissen des Trägers erfolgen kann. Die an der Sohle angebrachten Kontakte müssen lediglich so angeordnet sein, dass sie mit den entsprechenden Gegenkontakten für die Stromzufuhr im Inneren des Schuhs leitfähig in Berührung kommen.
Werden die Kontakte z. B. durch Einsteigen in einen Schischuh geschlossen, wird das System eingeschaltet. Jetzt wird die Einlegesohle kurzzeitig verstärkt geheizt. Danach passt sich die Temperatur des Heizsystems den vom Temperaturfühler abgetasteten Wärmewerten, welche sich aus der Temperatur des Fusses und des Schuhinnenraumes zusammensetzen, an. Tritt eine Abkühlung auf Grund äusserer Einflüsse ein, so regelt das System die Wärmezufuhr so lange nach, bis der Wärmebedarf wieder gedeckt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend an hand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In diesen zeigen Fig. 1 ein Schaltbild einer elektrischen Heizeinrichtung und Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine Einlegesohle mit einer solchen Heizeinrichtung.
Fig. 1 zeigt eine Schaltung einer elektrischen Heizeinrichtung, bei der ein als Halbleiter vorgesehener Leistungstransistor mit seinen Kollektor-Emitteranschlüssen parallel zu einer nicht gezeigten Spannungsquelle geschaltet ist.
Sein Basisanschluss ist über die Emitter-Kollektorstrecke eines Regeltransistors --2-- mit einem Pol der Spannungsquelle verbunden, und die Basiselektrode dieses Regeltransistors--2-- ist über einen Spannungsteilerwiderstand --9-- mit dem Emitter des Leistungstransistors--1--
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und ist somit mit dem zweiten Pol der Spannungsquelle verbunden. Parallel zum Spannungsteilerwiderstand ist zusätzlich ein Elektrolytkondensator --8-- geschaltet.
Aus Fig. 2 ergibt sich der mehrschichtige Aufbau einer Einlegesohle --7-- samt Heizelement.
In der Einlegesohle --7-- befinden sich die Wärmeverteilerplatte --4-- und die oben erwähnten Schaltungselemente--1, 3,2, 8 und 9-- ; ferner sind Kontakte (Kontaktflächen) --6-- an der Unterseite der Einlegesohle --7-- - aus thermisch isolierendem und wärmereflektierendem Material vorgesehen. An der Oberseite befindet sich eine Abdeckung (Überzug) --5--, vorzugsweise aus Filz oder Textil.
In der Nähe der Wärmeverteilerplatte --4-- befindet sich der Temperaturfühler --3--, da sich der abgetastete Wärmewert aus Fusstemperatur und Schuhtemperatur zusammensetzt.
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R 14) zur Versorgung mit elektrischer Energie können in einfacher Weise in einem dafür vorgesehenen Raum im Absatz, Rist oder in der Heckklappe des Schuhs (nicht dargestellt) untergebracht werden.
Im übrigen sei erwähnt, dass in Fig. 2 die einzelnen elektrischen Verbindungen zwischen den verschiedenen Schaltungselementen (s. auch Fig. l) der besseren Übersichtlichkeit wegen weggelassen worden sind.
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The invention relates to an electric heating device, in particular for clothing such. B. ski boots, with a voltage source and a switchable to this heating element and preferably a temperature control device. US Pat. No. 3, 293, 405 describes an electrical heating device in which resistance lines of a known type are used for heat generation, with mechanical overheating protection being connected upstream. However, this construction requires a low level of efficiency.
A similar heating device can be found in US Pat. No. 298, 299, three bi-metal thermostats connected in series being used to control the temperature of the heating resistors. This naturally results in extremely poor controllability.
A temperature control is known from DE-PS No. 386830, which is connected upstream of a resistance heater consisting of heating wires. Here, a tap changer for temperature adjustment is used, which, however, only enables a rough mechanical temperature adjustment.
There are many disadvantages with these known systems. First of all, it should be mentioned that such systems achieve a relatively low efficiency, which in turn leads to high power consumption, and this again has a disadvantageous effect on the runtime. The implementation is inadequate because resistance heaters are very lossy. In addition, the regulation can only be carried out to a limited extent and works with energy loss itself.
The invention now aims to provide an electric heating device of the type mentioned in the introduction, in which a good heating performance can be achieved over a long period of time with the lowest energy consumption. For this purpose, the inventive electrical heating device of the type specified in particular for items of clothing, for. B. ski boots, with a voltage source and a switchable to this heating element, and preferably a temperature control device and characterized in that the heating element consists of a semiconductor which is connected to a heat distribution plate and in the state connected to the voltage source the latter more or less short-circuits.
In this case a semiconductor, e.g. B. a power transistor, connected to a voltage source such that it more or less short-circuits it depending on the amount of control current supplied to it.
These components have the advantage of depicting the heating element and control in one housing or composite, which allows a higher heat yield. Thyristors and triac's would be used in the same area of application in alternating current. The heat loss that occurs is based on an almost complete conversion of electrical energy into thermal energy, since the control line used to control the semiconductor also occurs as heat loss and contributes to the overall heating. This is a major advantage and different from the previous electrical heating systems.
If you use the heating device according to the invention z. B. as a shoe heater (ski shoe, sports shoe) you can use the heat output in an anatomically correctly designed heat distribution plate in those areas in which a direct radiation through the material of the shell is not to be feared. The heating power can thus be selectively concentrated in those areas in which it has a significant influence on the improvement of comfort with little energy expenditure. Semiconductors and heat distribution plates are preferably installed in an insole, with maximum efficiency being achieved with low energy consumption. According to medical studies, the heat requirement of the human body is greatest in the toe and ball area.
For this reason, it is also recommended to install the electric heater preferably in this area. As a result, the heat output in the central areas of the heat distribution plate is more effective than radiant heat than at the edge, which also reduces energy consumption with the greatest possible heating effect.
To adapt the heat dissipation of the system to the different operating conditions
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it is possible to provide the required amount of heat so that it best meets the requirements. This results in a particularly long runtime with the same capacity of the energy source, since overheating can never occur.
However, in order to achieve a clearly perceptible and measurable effect even in heated rooms, a further component in the form of an electrolytic capacitor can be connected in parallel with the voltage divider resistor in the control circuit. This makes sense, since in heated rooms or when the insole is heated, the automatic control understandably does not heat up the semiconductor element. This starter electronics causes the insole to heat up and be felt for a short time.
In the case of a heatable insole, it can be designed such that it has contacts for the electrical connection with accumulators arranged in the shoe, in particular electrically rechargeable batteries, whereby insoles can be easily replaced in accordance with the specific needs of the wearer. The contacts attached to the sole need only be arranged in such a way that they come into conductive contact with the corresponding counter-contacts for the power supply inside the shoe.
Are the contacts z. B. closed by getting into a ski boot, the system is switched on. Now the insole is briefly heated. The temperature of the heating system then adapts to the temperature values sensed by the temperature sensor, which are made up of the temperature of the foot and the interior of the shoe. If cooling occurs due to external influences, the system adjusts the heat supply until the heat requirement is covered again.
The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments schematically illustrated in the drawings. 1 shows a circuit diagram of an electric heating device and FIG. 2 shows a schematic longitudinal section through an insole with such a heating device.
1 shows a circuit of an electrical heating device in which a power transistor provided as a semiconductor is connected with its collector-emitter connections in parallel to a voltage source (not shown).
Its base connection is connected via the emitter-collector path of a control transistor --2-- to a pole of the voltage source, and the base electrode of this control transistor - 2-- is connected to the emitter of the power transistor - 1--- via a voltage divider resistor. -
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and is thus connected to the second pole of the voltage source. An electrolytic capacitor --8-- is also connected in parallel with the voltage divider resistor.
Fig. 2 shows the multi-layer structure of an insole --7-- together with the heating element.
In the insole --7-- are the heat distribution plate --4-- and the circuit elements mentioned above - 1, 3,2, 8 and 9--; contacts (contact surfaces) --6-- on the underside of the insole --7-- - made of thermally insulating and heat-reflecting material are also provided. On the top there is a cover (cover) --5--, preferably made of felt or textile.
The temperature sensor --3-- is located near the heat distribution plate --4--, since the sensed heat value is made up of the foot temperature and the shoe temperature.
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R 14) for supplying electrical energy can be accommodated in a simple manner in a space provided in the heel, instep or in the tailgate of the shoe (not shown).
It should also be mentioned that the individual electrical connections between the various circuit elements (see also FIG. 1) have been omitted in FIG. 2 for the sake of clarity.