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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Heizkissenvorrichtung.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand einer Sitzheizung für ein Kirchengestühl beschrieben wird,
ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern
betrifft allgemein Heizkissenvorrichtungen.
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Kirchenschiffe
von Kirchen der letzten Jahrhunderte, aber auch moderner Bauart,
lassen sich nur unter sehr hohem Energieaufwand auf für Menschen
angenehme Temperaturen von oberhalb von 15°C aufheizen. Da die Kirchen
nur für
eine begrenzte Anzahl an Stunden pro Woche genutzt werden, wird
aus ökologischer
Sicht darauf verzichtet, die Kirche permanent zu beheizen. In vielen
Kirchenräumlichkeiten
sind Heizstrahler unterhalb der Sitzflächen des Kirchengestühls und
zum Teil an den Wänden des
Kirchenschiffs angebracht. Diese Heizstrahler werden nur während der
Liturgie eingeschaltet, um Besucher der liturgischen Veranstaltung
zu wärmen. Diese
Wärmestrahler
sind jedoch sehr ineffizient, weil sie entweder durch die Sitzfläche von
dem Besucher isoliert sind und im Wesentlichen nur dessen Füße erwärmen oder über einen
sehr großen
Raumwinkel abstrahlen, wenn sie an der Wand angebracht sind.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Heizung bereitzustellen,
welche in einem lokal begrenzten Bereich Wärme abgibt, wenn in diesem
Bereich jemand oder etwas geheizt werden soll.
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Die
vorliegende Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Heizkissenvorrichtung mit
den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst.
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Die
Heizkissenvorrichtung weist mindestens eine flächige Heizmatteneinrichtung
auf. Eine erste Schicht ist auf einer oberen Oberfläche der
Heizmatteneinrichtung aufgebracht und trennt wärmeisolierend eine an der Oberseite
der ersten Schicht befindliche Sitzfläche von der Heizmatteneinrichtung,
wenn die erste Schicht in unbelastetem Zustand ist. Die erste Schicht
ist kompressibel eingerichtet, so dass eine Belastung, welche auf
einen Bereich der Sitzfläche
einwirkt, einen Abstand des Bereichs der Sitzfläche zu der Heizmatteneinrichtung
verringert und somit der belastete Bereich der Sitzfläche nicht
wärmeisolierend
von der Heizmatteneinrichtung getrennt ist. Eine zweiten Schicht
ist auf einer unteren Oberfläche der
Heizmatteneinrichtung aufgebracht und trennt wärmeisolierend eine an der Unterseite
der zweiten Schicht befindliche Auflagefläche von der Heizmatteneinrichtung,
wobei die zweite Schicht durch die Belastung nicht wesentlich komprimierbar
ist.
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Nicht
wesentlich komprimiert bedeutet, dass die Dicke der Schicht nur
um wenige, maximal zwanzig Prozent durch die Belastung verringerbar
bzw. komprimierbar ist. Die Belastung bezeichne eine mechanische
Kraft oder einen Druck, welcher auf die Sitzfläche und damit die erste Schicht
wirkt.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass ein auf
der Sitzfläche
ruhendes Objekt dazu führt,
dass vorwiegend die erste Schicht zusammengedrückt wird. Mit aufgrund der
abnehmenden Dicke sinkt der Wärmewiderstand
der ersten Schicht und der Wärmestrom
von der Heizmatteneinrichtung zu der zu wärmenden Sitzfläche steigt
an. wird das Objekt von der zu wärmenden
Sitzfläche entfernt,
nimmt die erste Schicht aufgrund seiner elastischen Eigenschaft
wieder die ursprüngliche
Dicke an und isoliert die Heizmatteneinrichtung von der Umgebung.
Die zweite Schicht wird aufgrund ihrer geringen Kompressibilität durch
das Objekt im Wesentlichen nicht komprimiert, behält seine
Dicke und damit auch seine wärmeisolierende
Eigenschaft bei.
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In
den Unteransprüchen
finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der
im Anspruch 1 angegebenen Heizkissenvorrichtung.
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Eine
Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass die Belastung durch
ein auf der Sitzfläche
ruhendes oder sich ein an die Sitzfläche anlehnendes Objekt ausgeübt wird.
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Eine
Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass die Stromregelungseinrichtung
in der zweiten Schicht angeordnet ist, so dass die Stromregelungseinrichtung
nicht durch die erste Schicht und die Heizmatteneinrichtung hindurch
taktil erfassbar ist.
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Gemäß einer
Weiterbildung weist die Vorrichtung ein oder mehreren Wärmesensoren
auf, welche in und/oder an der Heizmatteneinrichtung angeordnet
sind, und mit einer Stromregelungseinrichtung verbunden sind, welche
zum Regeln einer Temperatur der Heizmatte auf eine Soll-Temperatur
basierend auf Signalen des und/oder der Wärmesensoren und mittels der
steuerbaren Stromversorgungseinrichtung eingerichtet ist.
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Gemäß einer
Weiterbildung weist die Stromregelungseinrichtung einen bistabilen
wärmeempfindlichen
Schalter auf, welcher eine Stromzufuhr oberhalb einer vorgegebenen
Temperatur unterbricht und unterhalb der vorgegebenen Temperatur
leitend geschaltet ist.
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Eine
Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass eine Sicherheitseinrichtung
vorgesehen ist, welche die Stromversorgung deaktiviert, wenn eine
kritische Temperatur in der Heizmatteneinrichtung überschritten
wird.
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Eine
Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass eine oberste Oberfläche der
Heizkissenvorrichtung durch eine Hülle umgeben ist. Dabei kann
die Hülle
eine Textilie aufweisen und/oder entfernbar angebracht sein.
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Eine
Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass die erste Schicht
Fliess oder ein anderes Polyester und/oder die zweite Schicht Polyetherschaumstoff
und/oder die Heizmatteneinrichtung einen Filzträger, einen Schaumstoff und
Heizelemente aufweist.
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Eine
Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass die Heizmatteneinrichtung
ein Stromversorgungskabel aufweist, welches seitlich aus der Heizkissenvorrichtung
herausgeführt
angeordnet ist.
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Eine
Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass ein Kanal in der zweiten
Schicht vorgesehen ist, in welchem mindestens eines der Stromversorgungskabel
führbar
ist, so dass die Stromversorgungskabel nicht durch die erste Schicht
und die Heizmatteneinrichtung hindurch taktil erfassbar sind. Somit
wird eine sitzende Person nicht durch die Führung der Kabel gestört.
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Eine
Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass mehrere Heizmatteneinrichtungen
vorgesehen sind und die Stromversorgungskabel aller Heizmatteneinrichtungen
gebündelt
seitlich aus der Heizkissenvorrichtung herausgeführt angeordnet sind.
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Eine
Weiterbildung sieht vor, dass zwischen der ersten und zweiten Schicht
mehrere Heizmatteneinrichtungen nebeneinander angeordnet sind.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sowie vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Figuren
der Zeichnungen schematisch dargestellt und in der Beschreibung
näher erläutert.
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In
den Figuren zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Querschnittsansicht der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, welche durch ein Objekt belastet wird;
und
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3 eine
Aufsicht auf die in 1 dargestellte Ausführungsform;
und
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4 ein
Längsschnitt
der in 1 dargestellten Ausführungsform; und
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5 eine
weitere Querschnittsansicht der Ausführungsform.
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In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Komponenten.
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In 1 ist
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Eine Heizmatteneinrichtung 11 ist
zwischen einer ersten Schicht 12 und einer zweiten Schicht 10 angeordnet.
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Die
erste Schicht 12 ist vorzugsweise aus einem Polstermaterial,
welches elastisch ist und ein geringes Elastizitätsmodul aufweist. Oberhalb
einer der Heizmatteneinrichtung 11 abgewandten Oberfläche der
ersten Schicht 10 befindet sich die Sitzfläche 100.
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Die
zweite Schicht 10 weist ein hohes Elastizitätsmodul
und damit eine große
Steifigkeit auf. Gering und hoch seien hierbei wie folgt zu verstehen. Eine
typische Kraft oder Belastung, welche auf die Sitzfläche einwirkt
wirkt, drückt
die erste Schicht 12 zusammen, die zweite Schicht 10 jedoch
nur in geringem Umfang. Eine Auflagefläche 101 der Heizkissenvorrichtung 1 befindet
sich unterhalb einer Unterseite der zweiten Schicht 10 und
damit abgewandt von der Heizmatteneinrichtung 11.
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Die
erste Schicht 12 und die zweite Schicht 10 weisen
beide Materialien mit einer geringen spezifischen Wärmeleitfähigkeit
auf. Aufgrund der großen
Dicke der Schichten 10, 12 und der geringen spezifischen
Wärmeleitfähigkeit
wird somit die Heizmatteneinrichtung 11 von der Umgebung
isoliert, insbesondere von den großen Flächen der Auflagefläche 101 und
der Sitzfläche 100.
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Mit
Bezug zu 2 wird beschrieben, wie eine
lokal begrenzte Beheizung eines Objekts O erfolgt. Das schematisch
dargestellte Objekt B kann z.B. ein Mensch sein, welcher auf der
Oberfläche 100 der
Heizkissenvorrichtung 1 steht, sitzt oder liegt und somit
durch seine Gewichtskraft auf das Heizelement 1 einwirkt
oder sich an die Heizkissenvorrichtung 1 anlehnt, wenn
die Heizkissenvorrichtung z.B. an einer Rückenlehne an einer Sitzgelegenheit
befestigt ist. Andere Objekte sind z.B. Tiere oder kälteempfindliche
Waren.
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Exemplarisch
für die
oben genannten Fälle wird
nachfolgend mit Bezug auf die 2 eine auf der
Heizkissenvorrichtung 1 sitzenden Person beschrieben. Wie
erwähnt,
weist die zweite Schicht 10 ein großes Elastizitätsmodul
auf, und daher wird dessen Dicke nicht durch die Gewichtskraft der
Person B reduziert. Typischerweise verringert sich die Dicke der
zweiten Schicht 10 erst bei einem Druck von sieben bis
acht Kilopascal auf 60 % der unbelasteten Dicke. Dies hat zur Folge,
dass die wärmeisolierende Eigenschaft
der Schicht 10 aufrechterhalten bleibt, auch wenn eine
Person B auf dem Heizelement 1 sitzt, da die Person in
etwa nur einen Druck von vier Kilopascal auf die Sitzfläche ausübt.
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Die
erste Schicht 12 weist im unbelasteten Zustand die erste
Dicke D auf. Durch die sitzende Person wird die Schicht 12 in
dem Bereich, wo die Person B sitzt, aufgrund des geringen Elastizitätsmoduls
der Schicht 12 auf die zweite Dicke d zusammengedrückt. Die
zweite Dicke d weist nur einen Bruchteil der ersten Dicke D auf,
höchstens
die Hälfte der
ersten Dicke D. Dies reduziert die isolierende Wirkung der Schicht 12 in
dem zusammengedrückten
Bereich. In einfacher Näherung
kann angenommen werden, dass die wärmeisolierende Wirkung proportional
zu der Dicke der Schicht 12 ist, da die Wärmeleitfähigkeit
im Wesentlichen unabhängig
von der Kompression des Materials der Schicht 12 ist. Auf diese
Weise wird die sitzende Person B von der Heizmatteneinrichtung 11 gewärmt. Die
Bereiche, auf denen keine Person sitzt, werden nicht zusammengedrückt und
isolieren aufgrund ihrer größeren Dicke weiterhin
die Heizmatteneinrichtung 11 von der Umgebung. Steht die
Person B auf, dehnt sich die Schicht 12 in dem zuvor zusammengedrückten Bereich
wieder auf die erste Dicke D aus. Damit wird die Heizmatte 11 auch
in diesem Bereich wieder von der Umgebung isoliert.
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Somit
ermöglicht
diese Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, lokal begrenzt ein Objekt, also in dem
oben erläuterten
Fall die sitzende Person B, zu wärmen
und in anderen Bereichen durch eine Isolierung der Heizmatteneinrichtung 11 Energie
einzusparen.
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Im
Folgenden werden weitere Ausgestaltungen der zuvor beschriebenen
Ausführungsform
beschrieben, welche auch in vielfältiger Form abgewandelt werden
können.
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3 zeigt
eine Aufsicht auf die Ausführungsform
zu 1 entlang der in 1 eingezeichneten
Schnittfläche
A-A. Auf der zweiten Schicht 10 können eine oder mehrere Heizmatteneinrichtungen 11 angeordnet
sein. Die Heizmatteneinrichtungen 11 können z.B. aufgeklebt werden.
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4 zeigt
einen Längsschnitt
entlang der vertikalen Fläche
B-B, in 1 angegeben. Hierbei ist zu
erkennen, dass mehrere Heizmatteneinrichtungen 11 nebeneinander
zwischen der ersten und zweiten Schicht 12, 10 angeordnet
werden können.
Dabei können
Zwischenräume 20 zwischen
den einzelnen Heizmatteneinrichtungen 11 auftreten. Unterhalb
der Heizmatten ist vorteilhafterweise ein schmaler Kanal 15 angeordnet.
Der Kanal 15 ist in einer weiteren Schnittansicht, entlang
der Linie C-C in 5 dargestellt. Der schmale Kanal 15 ist
unter anderem geeignet, die Zuleitungen 17 zu den einzelnen
Heizmatteneinrichtungen 11 aufzunehmen. Die einzelnen Zuleitungen 17 können innerhalb
des Kanals gebündelt oder
zu einer einzigen Zuleitung verbunden werden. Vorteilhafterweise
werden die Zuleitungen 17 seitlich durch eine Kabelöffnung 19 aus
der Heizkissenvorrichtung heraus herausgeführt, um sie mit einem Netzanschluss
oder anders gearteten Primärquelle zu
verbinden.
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Die
Heizmatteneinrichtung 11 weist vorzugsweise ein oder mehrere
Heizelemente 11a auf, welche in einem nicht brennbaren
Material, z.B. einem Filzträger 11b,
eingebettet sind. Die Heizelemente 11a sind mit einer Stromregelungseinrichtung 15 verbunden.
Durch Regelung des Stromdurchflusses lässt sich die Temperatur der
Heizmatteneinrichtung 11 einstellen. Vorzugsweise sind
ein oder mehrere Temperatursensoren in der Heizmatteneinrichtung 11 angeordnet.
Signale dieser Temperatursenso ren werden der dann rückkoppelnden
Stromregelungseinrichtung 15 zugeführt, welche den Strom so nachregelt,
dass sich eine konstante Temperatur der Heizmatteneinrichtung 11 einstellt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform
sieht eine bistabile Stromregelungseinrichtung 15 vor,
z.B. mittels von Bimetallschaltern, welche den Strom ansprechend
auf die aktuelle Temperatur ab- bzw. anschalten, wenn die Solltemperatur
unter- bzw. überschritten
wird.
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Eine
Sicherheitseinrichtung überprüft die Temperatur
der Heizmatte und schaltet bei Überschreiten
einer kritischen Temperatur die Stromzufuhr zu den Heizelementen 11b ab.
Dies verhindert einen möglichen
Brand aufgrund einer nicht abgeschalteten und/oder einer defekten
Heizmatteneinrichtung 11. Die Sicherheitseinrichtung kann
sich einerseits eines Temperatursensors bedienen und/oder mittels
eines passiven Bauteils, wie z.B. einem Bimetallschalter, bei Überschreiten
der kritischen Temperatur ein Trennen von der Stromversorgung ermöglichen.
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Vorteilhafterweise
wird die Stromregelungseinrichtung 15 und falls vorhanden
weitere Elektronik in der zweiten Schicht 10 eingebettet.
Die kann zum Beispiel in dem zuvor genannten Kanal 15 erfolgen. Somit
bemerkt eine sitzende Person B nicht einen unter ihr befindliche
Zuleitungsführung
bzw. Stromregelungseinrichtung 15.
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Die
erste Schicht 12 kann durch ein Polstermaterial oder ein
watteartiges Material gebildet werden, wie z.B. einem Fliess oder
Polyester. Die zweite Schicht 10 wird aus einem sehr steifen
Material gebildet und kann z.B. Polyetherschaumstoff aufweisen. Vorzugsweise
ist die Dicke der zweiten Schicht 10 deutlich größer, und
weist mindestens das Zweifache der Dicke der ersten Schicht 12 auf.
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Das
erste Heizelement 1 kann eine Textilie 14 aufweisen,
welche die erste und zweite Schicht 12, 10 sowie
die Heizmatteneinrichtung 11 umschließt. Vorzugsweise ist diese
Textilie 14 entfern- und/oder waschbar. Z.B. kann an der
Textilie 14 ein Reißverschluss 16 angebracht
werden, mit welchem sich die Textilie 14 öffnen lässt.
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Eine
weitere Ausführungsform
sieht vor, eine Schutzhülle 13 um
die erste und zweite Schicht 10, 12 und die Heizmatte 11 anzuordnen,
welche nicht entfernbar ist. Die Textilie 14 wird dann über die Schutzhülle 13 gezogen.
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- d
- zweite
Dicke
- D
- erste
Dicke
- O
- Objekt
- 1
- Heizkissenvorrichtung
- 10
- zweiten
Schicht
- 11
- Heizmatteneinrichtung
- 11a
- Heizelement
- 11b
- Filzträger
- 12
- erste
Schicht
- 13
- Schutzhülle
- 14
- Textilie
- 15
- Stromregelungseinrichtung
- 16
- Reißverschluss
- 17
- Anschlusskabel
- 19
- Kabelöffnung
- 100
- Sitzfläche
- 101
- Auflagefläche