DE102006047439B9

DE102006047439B9 - Vorrichtung zum Kühlen einer Stelle einer Körperoberfläche

Info

Publication number: DE102006047439B9
Application number: DE200610047439
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Grauer; Oliver Dr. Lang
Original assignee: Cool Mountain Collection AG
Current assignee: Cool Mountain Collection AG
Priority date: 2006-10-06
Filing date: 2006-10-06
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2026-10-07
Also published as: EP2068790A1; WO2008043464A1; DE102006047439B4; DE102006047439A1

Abstract

Vorrichtung zum Kühlen einer Stelle einer Körperoberfläche, mit
einem an dem Körper anzubringenden Tragteil (16),
einem an dem Tragteil (16) angeordneten elektrothermischen Wandler (24) zum Kühlen eines in Anlage an die zu temperierenden Stelle der Körperoberfläche bringbaren Oberflächenbereiches (26) und
einer an dem Tragteil (16) angeordneten Stromversorgungseinrichtung (22, 32) zur Stromversorgung des elektrothermischen Wandlers (24),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Tragteil (16) ein in Anlage an die Körperoberfläche bringbares Piezoelement zum Erfassen von Druckschwankungen enthält, so dass die Pulsfrequenz einer die Vorrichtung tragenden Person erfassbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen einer Stelle einer Körperoberfläche.
Eine Eigenart des menschlichen Bewusstseins, aber auch des Bewusstseins höher entwickelter Tiere, liegt darin, dass eine vorbestimmte Temperierung vorbestimmter Stellen der Körperoberflächen zu einem Wohlbefinden führt. Beispielsweise führt eine Kühlung der Innenseite des Handgelenks etwa an der Stelle, an der die Pulsader zur Messung des Pulses getastet werden kann, bei sehr warmer Witterung zu einer Steigerung des Wohlbefindens. Viele Arten von Schmerzen können durch Temperierung vorbestimmter Stellen, an denen Nervenbahnen verlaufen oder Temperatursensoren angeordnet sind, gelindert werden.
Der Oberbegriff des Anspruchs 1 geht von einer Vorrichtung aus, wie sie in der US 5,970,718 A beschrieben ist. Diese Vorrichtung enthält ein Gehäuse, in dem ein auf Grundlage des Peltier-Effektes arbeitender elektrothermischer Wandler, eine oder mehrere Batterien und ein Zeitschalter enthalten sind. Das Gehäuse kann beispielsweise an einem Armband angebracht sein und derart am Handgelenk befestigt werden, dass ein von dem elektrothermischen Wandler gekühlter Oberflächenbereich unmittelbar an der Innenseite des Handgelenks anliegt, der auf diese Weise im Bedarfsfall gekühlt werden kann. Zur Energieversorgung enthält das Armband Batterien und/oder Solarzellen, die aus Sonnenlicht elektrische Energie erzeugen.
In der WO 2005/010444 A1 und der US 5,970,718 A sind ebenfalls mit Batterien arbeitende Vorrichtungen zum Temperieren einer Stelle einer Körperoberfläche beschrieben, wobei gemäß der WO 2005/010444 A1 flexible Batterien benutzt werden können, die direkt auf Papier, Kunststoff oder anderes flexibles Material aufgedruckt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung derart weiter zu entwickeln, Ihr Nutzen für eine sie tragende Person verbessert ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann nicht nur ein Oberflächenbereich einer die Vorrichtung tragende Person gekühlt werden, was an heißen Tagen und/oder beim Ausüben von Sport das Wohlbefinden steigert und den Kreislauf stabilisiert, sondern kann zusätzlich der Puls überwacht werden, so dass kritische Zustände rechtzeitig erkannt werden.
Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gerichtet.
Dabei wird mit den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 4 eine besonders gute Handhabbarkeit der Vorrichtung erzielt.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 5 wird die Umweltverträglichkeit der Vorrichtung verbessert.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 6 wird die vom photoelektrischen Wandler bereitgestellte Leistung besonders effizient für den elektrothermischen Wandler genutzt.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 7 ist es möglich, den elektrothermischen Wandler unmittelbar vom photoelektrischen Wandler aus mit Leistung zu versorgen, ohne dass der Energiespeicher in Funktion tritt, was für den Wirkungsgrad vorteilhaft ist.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 8 wird sowohl der Komfort für eine der erfindungsgemäßen Vorrichtung tragende Person verbessert als auch der Energieverbrauch der erfindungsgemäßen Vorrichtung herabgesetzt.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 9 wird ein guter Wärmeübergang von dem elektrothermischen Wandler zu der zu kühlenden Stelle der Körperoberfläche erzielt.
Gemäß dem Anspruch 10 wird als elektrothermischer Wandler vorteilhafterweise wenigstens ein Peltier-Element verwendet.
Der Anspruch 11 kennzeichnet eine besonders Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit der zusätzlich der Blutdruck messbar ist, so dass Grenzen der Belastbarkeit einer die erfindungsgemäßen Vorrichtung tragenden Person rechtzeitig erkennbar sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
In den Figuren stellen dar:
1 eine Aufsicht auf die Außenseite eines erfindungsgemäßen Armbandes,
2 eine Aufsicht auf die Innenseite eines erfindungsgemäßen Armbandes,
3 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Armband,
4 einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Armband in der Ebene IV-IV der 1,
5 ein Blockschaltbild einer in dem erfindungsgemäßen Armband enthaltenen Schaltung und
6 eine Aufsicht auf eine abgeänderte Ausführungsform eines Armbandes.
Gemäß den Figuren ist ein vorzugsweise insgesamt doppelwandig ausgebildetes Armband 10 an seinen Endbereichen mit aufeinander abgestimmten Klettverschlussbereichen 12 und 14 versehen. Das Armband 10 enthält einen Grundkörper bzw. ein Tragteil 16 aus gewirktem, gewebtem oder sonstwie hergestelltem Material und hat vorteilhafterweise eine obere Lage 18 und eine untere Lage 20. Die obere Lage 18 bildet bei am Arm angebrachtem Armband die Außenseite des Armbandes. Die untere Lage 20 bildet die Innenseite.
In dem Armband ist ein fotoelektrischer Wandler in Form mehrerer Solarzellen 22 angeordnet, die in sich flexibel sind oder über flexible Verbindungselemente verbunden sind, so dass die Biegbarkeit des Armbandes 10 nur wenig eingeschränkt ist. Im Bereich der Solarzellen 22 ist die obere Lage 18 ausgespart, so dass die lichtempfindlichen Oberflächen der Solarzellen nach außen hin freiliegen.
Weiter ist zwischen den beiden Lagen 18 und 20 des Armbandes ein elektrothermischer Wandler, beispielsweise ein Peltierelement 24, angeordnet, dessen eine Seite mit einem Metallelement 26 thermisch gut leitend verbunden ist, das zur Unterseite des Armbandes 10 freiliegt.
Alternativ kann das Metallelement 26 unmittelbar durch eine Seite des Peltierelements 24 gebildet sein. Das Metallelement 26 kann eine thermisch gut leitende Metallplatte, beispielsweise aus Cu oder Al, sein, die mit ebener oder zur Oberflächenvergrößerung konturierter Oberfläche ausgebildet ist. Das Metallelement kann auch als Drahtgeflecht ausgebildet sein. Wichtig ist, dass eine gute Wärmeleitung zur Hautoberfläche erzielt wird und nur wenig Wärme seitlich in das Armband selbst abgeleitet wird. Die Oberseite des Peltierelements 24 ist thermisch leitend mit einer Metallplatte 28 versehen, mit der ein wellblechartiger oder zur Oberflächenvergrößerung verrippter Wärmetauscher 30 verbunden, beispielsweise verlötet, ist, der zur Außenseite des Armbandes 10 hin freiliegt. Weiter ist in dem Armband ein Energiespeicher 32, beispielsweise eine aufladbare Batterie oder ein Superkondensator, und ein Schaltbaustein 34 aufgenommen, in dem die in 5 dargestellte Schaltung realisiert ist. Gemäß 5 sind die Solarzellen 22, die parallel oder in Reihe geschaltet sein können, über eine Anpassschaltung 36 mit dem Energiespeicher 32 verbunden. Der Energiespeicher 32 ist über eine Anpassschaltung 38 mit dem Peltierelement 24 verbunden. In der Anpassschaltung 38 ist die dem Peltierelement 24 zugeführte Leistung einstellbar. Weiter ist zwischen der Anpassschaltung 38 und dem Peltierelement 24 ein Schalter 40 vorgesehen.
Aufbau und Funktion der Anpassschaltungen, mit denen der Wirkungsgrad der Energieübertragung von den Solarzellen auf den Energiespeicher 32 bzw. das Peltierelement 24 verbessert wird, sind an sich bekannt und werden daher nicht erläutert. In bestimmten Betriebszuständen, beispielsweise bei weitgehend vollem Energiespeicher 32, kann es zweckmäßig sein, das Peltierelement 24 unter Umgehung des Energiespeichers 32 mit Strom zu versorgen. Dazu ist eine Leitung 42 vorgesehen, die einen Ausgang der Anpassschaltung 36 direkt mit der Anpassschaltung 38 verbindet.
Der Schalter 40 kann von außerhalb des Armbandes 10 aus betätigt werden und ist in 1 gestrichelt angedeutet.
Die Herstellung des Armbandes ist wie folgt:
Zunächst wird ein beispielsweise einlagiges Textilband mit der Länge des fertigen Armbandes 10 und mit einer Breite geringfügig mehr als doppelt so groß wie die Breite des fertigen Arm bandes 10 bereitgestellt und mit Ausschnitten versehen, die der Größe und späteren Lage der Solarzellen 22, des Wärmetauschers 30 und des Metallelements 26 entsprechen. An dem Textilband werden dann die Klettverschlussbereiche 12 und 14 beispielsweise durch Verkleben oder Vernähen befestigt. Weiter werden die Solarzellen 22 und das mit dem Wärmetauscher 30 und dem Metallelement 26 versehene Peltierelement 24 sowie der Schalter 40, der Energiespeicher 32 und der Schaltbaustein 34 angebracht, indem diese beispielsweise mit dem Textilband verklebt werden. Anschließend erfolgt die Verdrahtung zwischen den einzelnen Bauteilen. Dann wird das Textilband längs zusammengefaltet, wobei eine Faltlinie 44 entsteht. Das von der Faltlinie 44 abgewandte Ende der oberen Lage 18 wird umgeschlagen und mit dem Endbereich der unteren Lage 20 verbunden, beispielsweise durch Verkleben, Vernähen usw. Zur Stabilisierung des Armbandes können dessen Ränder insgesamt vernäht oder mit Randfassungen versehen werden. Die für die Solarzellen 22, den Wärmetauscher 30 und das Metallelement 26 vorgesehenen Aussparungen sind an ihren Rändern vorteilhafterweise mit den jeweiligen Bauelementen verklebt und können zusätzlich eingefasst sein.
Die Funktion des Armbandes 10 ist wie folgt:
Das Armband wird unmittelbar neben dem Handgelenk um den Arm gelegt derart, dass das Metallelement 26 sich über der Pulsader an der Stelle befindet, an der normalerweise der Puls getastet wird. Eine Kühlung dieser Stelle bei heißer Umgebung bzw. sich wegen hoher Umgebungstemperaturen unwohl fühlender Person führt zu einer erheblichen Steigerung des Wohlbefindens und zu einer Stabilisierung des Kreislaufes.
Das Armband wird in dieser Position durch Schließen des Klettverschlusses 12, 14 fixiert. Die Solarzellen 22 weisen dann von der Oberseite des Arms aus nach oben und können Umgebungslicht aufnehmen. Der Schalter 40 wird betätigt, so dass das Peltierelement 24 mit der Energieversorgungsschaltung verbunden ist. Die Polung ist derart, dass die dem Metallelement 26 zugewandte Seite des Peltierelements sich abkühlt und die gegenüberliegende Seite sich erwärmt. Die Wärme wird über den Wärmetauscher 30 nach außen abgeführt, so dass die Temperatur des Metallelements 26 absinkt und die Innenseite des Arms der das Armband tragenden Person im Bereich der Pulsfühlstelle gekühlt wird.
Die Kühlleistung kann gegebenenfalls durch Verstellen der Anpassschaltung 38, wofür ein weiterer Durchlass im Armband vorgesehen sein kann, verändert werden.
Wenn die auf die Solarzellen 22 auftreffende Lichtmenge nicht ausreicht, um das Peltierelement mit einer für eine Kühlung ausreichenden Leistung zu versorgen, übernimmt diese Aufgabe die Batterie 32 bzw. der Energiespeicher, der nachgeladen wird, sobald auf die Solarzellen Licht auftrifft, auch wenn der Schalter 40 geöffnet ist.
Das als Beispiel für die Erfindung beschriebene Armband kann in vielfältiger Weise abgeändert werden. Das Tragteil 16 kann teilweise oder vollständig aus Leder sein; es kann als Metallgliederband gegebenenfalls nur mit zwei, je an einem Ende über ein Gelenk und je am anderen Ende über einen Verschluss verbundenen Gliedern ausgebildet sein. Diese Glieder können eine Eigensteifigkeit aufweisen, so dass die Solarzellen vor einer Verformung geschützt sind. Über den Solarzellen kann zu deren Schutz eine lichtdurchlässige Folie angeordnet sein. Das Peltierelement kann aus mehreren Elementen zusammengesetzt sein, deren Oberseiten unmittelbar mit dem Wärmetauscher 30 verbunden sind. Die Unterseite des Peltierelements kann unmittelbar die gekühlte Oberfläche bilden, die in Berührung mit der Körperhaut kommt.
Der im beschriebenen Beispiel als Band ausgebildete Tragteil kann auch als beispielsweise über einen Arm oder ein Bein streifbarer Schlauch ausgebildet sein oder als Mütze usw. Anstelle des Klettverschlusses können andere Verschlusselemente eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich zur Anwendung für unterschiedlichste Zwecke. Sie kann auch bei Tieren eingesetzt werden.
Der Schalter 40 kann in die Klettverschlussbereiche 12 und 14 integriert sein, so dass beim Schließen des Armbandes automatisch das Peltierelement in Betrieb gesetzt wird. Anstelle des Peltierelements können andere elektrothermische Wandler eingesetzt werden. Es kann eine Polumschaltung vorgesehen sein, sodass das Peltierelement bei Beaufschlagung mit elektrischer Energie sich an seiner Unterseite erwärmt, wodurch für Wärme empfängliche Bereiche der Körperoberfläche gewärmt werden können.
Die in 5 dargestellte Schaltung kann in vielfältiger Weise abgeändert werden, wie bei Schaltungen zur Energieversorgung mittels Solarzellen oder bei Schaltungen zur Ansteuerung von Peltierelementen allgemein bekannt.
Die Solarzellen bzw. der fotoelektrische Wandler muss nicht zwingend vorgesehen sein. Die Energieversorgung kann auch ausschließlich durch einen Energiespeicher in Form von einer vorzugsweise wiederaufladbaren Batterie erfolgen, die zum Aufladen über einen in das Armband integrierten Anschluss zugänglich ist oder insgesamt durch eine beispielsweise mit einem Klettverschluss verschlossene Öffnung hindurch zugänglich und auswechselbar ist.
Wenn das erfindungemäße Gerät nur zum Erwärmen verwendet werden soll, kann das Peltierelement durch ein einfaches, mit einem Heizwandler versehenes Bauteil ersetzt werden, das sich bei Stromfluss infolge seines ohmschen Widerstandes erwärmt.
Ein erfindungsgemäßes Gerät kann mit weiteren Bauelementen ergänzt werden, beispielsweise einer Uhr, einer Temperaturanzeige zur Anzeige der Temperatur des Metallelements bzw. der temperierten Fläche und/oder der Umgebung, einer Schaltung zum Einstellen und konstant Halten der Temperatur oder der Temperaturdifferenz, einer Intervallschaltung usw.
6 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Armbandes 10, die gegenüber der der 1 in ihrem Funktionsumfang erweitert ist. Denen der 1 funktional entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen belegt.
Das Armband 10 der 6 enthält ein von außen sichtbares digitales Anzeigeelement 46, beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige, und eine integrierte Schaltung 48 auf einem gestrichelt dargestelltem Träger, der in dem Armband enthalten ist und von dem zwei Bedienknöpfe 50 und 52 vorstehen, die von außerhalb des Armbandes betätigbar sind. Mit dem Bedienknopf 50 können beispielsweise unterschiedliche Betriebsmodes geschalten werden. Mit dem Knopf 52 können Werte eingestellt werden, die im Anzeigeelement 46 sichtbar sind.
Beispielsweise kann ein Intervallmode geschaltet werden, bei dem die jeweilige Aufheizzeit des Peltierelements 24 und die zwischen zwei Aufheizzeiten liegende Unterbrechungszeit einge stellt werden kann. Mit Hilfe einer solchen Intervallschaltung kann die Wirkung des dann als Kühlband funktionierenden Bandes individuell auf den jeweiligen Träger abgestimmt und gegebenenfalls verbessert werden.
In einem anderen Mode kann die Kühlleistung des Peltierelements eingestellt werden. In einem weiteren Mode kann die Temperatur der Metallplatte 28, die zur noch besseren Wirksamkeit durch ein Metallgeflecht, beispielsweise aus Kupfer oder durch eine vernoppte oder verrippte Platte gebildet sein kann, abgelesen werden. In das wärmeübertragende Metallelement 26 kann ein Piezoelement integriert sein, so dass in einem weiteren Betriebsmode im Anzeigeelement 46 die Pulsfrequenz angezeigt werden kann.
In einer abgeänderten Ausführungsform kann in das Armband 10 ein mittels einer Mikropumpe aufblasbarer Schlauch integriert werden, sodass der Blutdruck gemessen werden kann. In einem weiteren Mode kann das Anzeigeelement 46 zum Anzeigen der Uhrzeit, des Datums usw. verwendet werden, wozu ein in der integrierten Schaltung 48 enthaltener Taktgeber benutzt wird. In weiteren Modes kann beispielsweise die Kühlleistung eingestellt werden oder eine Solltemperatur vorgegeben werden, die beim Kühlen erreicht wird, usw. Durch die physiologischen Messungen, wie Puls und/oder Blutdruck kann die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestimmt werden.

10: Armband
12: Klettverschlussbereich
14: Klettverschlussbereich
16: Tragteil
18: obere Lage
20: untere Lage
22: Solarzellen
24: Peltierelement
26: Metallelement
28: Metallplatte
30: Wärmetauscher
32: Energiespeicher
34: Schaltbaustein
36: Anpassschaltung
38: Anpassschaltung
40: Schalter
42: Leitung
44: Faltlinie
46: Anzeigeelement
48: integrierte Schaltung
50: Bedienknopf
52: Bedienknopf

Claims

Vorrichtung zum Kühlen einer Stelle einer Körperoberfläche, mit einem an dem Körper anzubringenden Tragteil (16), einem an dem Tragteil (16) angeordneten elektrothermischen Wandler (24) zum Kühlen eines in Anlage an die zu temperierenden Stelle der Körperoberfläche bringbaren Oberflächenbereiches (26) und einer an dem Tragteil (16) angeordneten Stromversorgungseinrichtung (22, 32) zur Stromversorgung des elektrothermischen Wandlers (24), dadurch gekennzeichnet, dass das Tragteil (16) ein in Anlage an die Körperoberfläche bringbares Piezoelement zum Erfassen von Druckschwankungen enthält, so dass die Pulsfrequenz einer die Vorrichtung tragenden Person erfassbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Tragteil (16) ein Band ist, das um das handseitige Ende eines Arms derart legbar ist, dass der temperierte Oberflächenbereich des Bandes über der Pulsader angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement in den gekühlten Oberflächenbereich (26) integriert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, enthaltend eine integrierte Schaltung (48), ein Anzeigeelement (46) und ein Bedienelement (50) zum Aktivieren verschiedener Betriebsmodi.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungseinrichtung (22, 32) einen in dem Tragteil (16) aufgenommenen photoelektrischen Wandler, dessen lichtempfindliche Fläche an der von dem temperierten Oberflächenbereich (26) abgewandten Seite des Tragteils (16) freiliegt, und einen von dem photoelektrischen Wandler aufladbaren elektrischen Energiespeicher enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der photoelektrische Wandler mit dem Energiespeicher über eine Anpassschaltung (36) verbunden ist und der Energiespeicher mit dem elektrothermischen Wandler (24) über eine weitere Anpassschaltung (38) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der elektrothermische Wandler (24) unter Umgehung des elektrischen Energiespeichers mit dem photoelektrischen Wandler verbindbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Intervallschaltung, mittels der der Oberflächenbereich (26) während vorbestimmter Zeitdauern temperierbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der gekühlte Oberflächenbereich (26) durch ein Metallelement gebildet ist, das in thermisch leitender Verbindung mit dem elektrothermischen Wandler (24) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der elektrothermische Wandler (24) ein Peltierelement enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Mikropumpe und einen mittels der Mikropumpe aufblasbaren Schlauch, so dass der Blutdruck einer die Vorrichtung tragenden Person erfassbar ist.