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Die
Erfindung betrifft eine körpergetragene, aktive
Belüftungsvorrichtung.
Die Erfindung betrifft die Lösung
des Problems der Wärmeentwicklung
unter der am Körper
getragenen Kleidung. Die Wärmeentwicklung
und damit verbundene Schweißbildung sind
insbesondere in solchen Situationen problematisch, bei denen die
Kleidung aus Gefährdungsgründen nicht
abgelegt werden kann. Dies ist beispielsweise bei Schutzanzügen im militärischen
Bereich oder Bekleidungen für
den zivilen Rettungseinsatz der Fall. Der bei dieser Kleidung beispielsweise
wegen der Körperanstrengung
auftretende Hitzstau und die extreme Schweißbildung unter der Kleidung
können
so wegen der Beeinträchtigung
der physiologischen Leistung des Trägers nicht nur den Einsatz
gefährden,
sondern im Extremfall zum Tod des Trägers führen. Die derzeit bekannte
Bekleidung versucht das Problem der Kühlung einerseits durch hochentwickelte
Textilien, wie atmungsaktive Membranen usw., andererseits durch
gezielt angebrachte, mit Filtern versehene Öffnungen in der Kleidung zu
lösen. Diese
passiven Prinzipien erweisen sich in der praktischen Anwendung und
insbesondere unter extremen Temperaturbedingungen als unzureichend,
da Sie lediglich auf einer Konvektionsströmung, beispielsweise aufgrund
eines Temperatur- oder Wasserdampfkonzentrationsgefälles, beruhen.
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Zur
Verbesserung schlägt
beispielsweise die
US 5 564 124 eine
aktive Belüftung
einer Kleidung mit einem batteriebetriebenen Lüfter vor. Da die Energieversorgung
somit nur begrenzt zur Verfügung steht,
sind damit dem jeweiligen Einsatz zeitliche Grenzen gesetzt. Zudem
ist eine derartige Vorrichtung empfindlich und der Einsatz im Militärbereich wegen
der Geräuschentwicklung
problematisch. Aus der
US 5 515
543 ist ferner eine Bekleidung mit Belüftungskanalisation und damit
verbundener händisch
zu bedienender Pumpe bekannt. Dies weist den Nachteil auf, dass
dabei die Belüftung
nur auf Betätigung
erfolgt und dabei die Bewegungsfreiheit eingeschränkt ist.
Ferner wird u.a. in der
WO 2005/110299
A2 eine durch eine Brennstoffzelle betriebene Kühlvorrichtung
beschrieben. Diese Vorrichtung ist vergleichsweise aufwendig, schwer
und bedarf einer aufwendigen Steuerelektronik, was die Vorrichtung
für den
Outdoor-Einsatz und insbesondere den militärischen Einsatz ungeeignet
macht.
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Aus
der
US 6 982 497 B2 ist
eine Vorrichtung bekannt, bei der die Pendelbewegung einer am Rucksack
elastisch aufgehängten
Last dazu verwendet wird, u.a. mittels Kolbenbewegung eine Luftströmung zu
erzeugen, die neben der Stromerzeugung zur Kühlung eingesetzt wird. Die
Vorrichtung weist den Nachteil auf, dass die Pendelbewegung durch eine
vergleichsweise aufwendige Mechanik erreicht werden muss. Die Pendelbewegung
muss, um bei einsetzender Resonanz die Fortbewegung nicht zu stören, aufwändig gedämpft werden.
Da die Schwingung im Wesentlichen auf einen Freiheitsgrad eingeschränkt ist,
ist die Luftströmungserzeugung
nicht bei allen Fortbewegungsarten, beispielsweise nicht beim Kriechen,
nicht bei sitzender Bewegung und nicht beim Klettern gegeben. Zudem
sorgt die schwingende Aufhängung
der Last an den Umkehrpunkten der Schwingungsbewegung für eine vergleichsweise hohe
Belastung beim Tragen, welches den Tragekomfort beeinträchtigt.
Durch den vergleichsweise komplexen Aufbau ist der Rucksack störanfällig, bei Nässe gefährdet und
nur in geringem Maße
Outdoor-tauglich. Das System erfordert ferner eine genaue Abstimmung
auf die zu tragende Last. Handelt es sich bei der Last um ein schwingungsfähiges Gebilde,
beispielsweise eine teilgefüllte
Trinkflasche, läuft
die Schwingung chaotisch ab und beeinträchtigt die Luftströmungserzeugung.
Die schwingende Aufhängung
eignet sich zudem nicht für
empfindliche Lasten oder für
solche Lasten, die möglichst
wenig bezüglich
des Körpers
zu verschieben sind, wie es beispielsweise bei ballistischen Schutzplatten
der Fall ist. Zudem nimmt die Ausrüstung vergleichsweise viel
Platz ein und somit besteht nur eine eingeschränkte Möglichkeit, weitere Lasten auf
dem Rücken
zu tragen.
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Vor
dem Hintergrund der zuvor beschriebenen Nachteile des Standes der
Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aktive Belüftungsvorrichtung
zur An ordnung am Körper
eines Benutzers bereitzustellen, die zuverlässiger, kompakter und universeller
verwendbar ist, bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Vorrichtung
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße, aktive
Belüftungsvorrichtung
zur Anordnung am Körper
eines Benutzers umfasst ein erstes Befestigungsmittel, das an einem
am Körper
getragenen Kleidungsstück
oder Ausrüstungsgegenstand,
beispielsweise an einem Traggestell eines Rucksacks oder einem Traggestell für ballistische
Schutzplatten angebracht ist und ein zweites Befestigungsmittel,
das am Körper
angebracht oder abgestützt
ist, beispielsweise mittels eines Gurtes. Es sind ferner Mittel
zur Erzeugung einer Luftströmung,
die auf den Körper
oder von diesem weg gerichtet ist, vorgesehen. Im einfachsten Fall
ist eine Austrittsöffnung
mit Düse
für die
Luftströmung vorgesehen,
der auf die nackte Haut des Benutzers gerichtet ist. Dazu kann beispielsweise
die Kleidung im Bereich der Düse
mit einem Netzgewebe versehen sein.
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Die
erfindungsgemäße Belüftungsvorrichtung
zeichnet sich dadurch aus, dass eine bewegungsbedingte, d.h durch
eine Bewegung verursachte, Abstandsänderung zwischen dem ersten
und zweiten Befestigungsmittel die Mittel zur Erzeugung einer Luftströmung mechanisch
antreibt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
nutzt somit die unterschiedlichen Bewegungsabläufe, die aufgrund von Gewichtsunterschieden
und unterschiedlichem Trägheitsverhalten
zwischen dem am Körper
getragenen Kleidungsstück
oder Ausrüstungsgegenstand
und dem entsprechenden Körperabschnitt
vorliegen und zu einer relativen Annäherung bzw. Entfernung der entsprechenden
Abschnitte führen.
Einer händischen oder
elektrischen Betätigung
der Luftströmungserzeugungsmittel
bedarf es somit nicht. Damit kann vergleichsweise einfach und bei
Bewegung nahezu kontinuierlich die Luftströmung erzeugt werden. Da ein
Hitzestau unter einer Kleidung im Wesentlichen ein Problem ist,
dass sich bei Bewegung des Trägers einstellt,
bedarf es zudem keiner Belüftung
durch die Vorrichtung in Bewegungspausen. Vielmehr ist die in Bewegungspausen
vorliegende Inaktivität
und damit nicht vorhandene Geräuschsentwicklung
der Vorrichtung insbesondere beim militärischen Einsatz oder bei der
Jagd von Vorteil. Zudem ist keine aufwendige, störungsanfällige Pendelschwingmechanik
erforderlich. Zudem können
sämtli che
Schwingungsfreiheitsgrade des Kleidungsstücks bzw. des Ausrüstungsgegenstands
genutzt werden, da es erfindungsgemäß lediglich auf eine Abstandsänderung
zwischen den Befestigungspunkten ankommt. Dadurch kann die Vorrichtung
bei kleinster Abstandsänderung
auf effektive Weise für
eine Belüftung
sorgen, was insbesondere bei empfindlichen, am Ausrüstungsgegenstand
angebrachten Lasten von Vorteil ist. Da es in allen Fortbewegungsarten
des Benutzers im Allgemeinen zu einer relativen Bewegung des Kleidungsstücks bzw.
des Ausrüstungsgegenstands
gegenüber
dem Körper
kommt, ist die Vorrichtung auch beim Kriechen, sitzender Bewegung,
Klettern und Robben verwendbar. Die bei der Luftströmung erzeugte
Leistung hängt
u.a. von dem Gewicht des Kleidungsstücks bzw. des Ausrüstungsgegenstandes
und dessen Bewegungsfreiheit sowie von der Anbringung der Vorrichtung
ab. Dies kann vom Fachmann mithilfe weniger Versuche entsprechend
ermittelt und gewählt
werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Mittel
zur Erzeugung einer Luftströmung
so ausgelegt, dass die Luftströmung
nach dem Luftpumpen-Prinzip erzeugt wird. Die Mittel umfassen einen
Zylinder und einen darin beweglichen Kolben. Der Kolben schließt zur Zylinderinnenwandung
mit einer Dichtung ab. An einer Seite ist der Kolben mit einer Kolbenstange
verbunden, die aus dem Zylinder hinausgeführt ist. Zum Ein- und Austritt
von Luft in den Zylinder ist eine Öffnung für die Ansaugung und den Ausstoß von Luft
aus dem Zylinder vorgesehen. Alternativ können getrennte Ansaug- und Ausstoßöffnungen
vorgesehen sein. Die Abstandsänderung
bewirkt über
die Kolbenstange eine Verschiebung des Kolbens. Je nach Anordnung
einer Austrittsöffnung
bzw. der Bewegungsrichtung des Kolbens wird dabei Luft aus dem Zylinder
verdrängt bzw.
Luft angesaugt. Um nur lediglich eine der beiden Möglichkeiten
zuzulassen und um somit für
einen besonders umfangreichen Luftaustausch zu sorgen, ist in einer
Ausführungsform
ein Rückschlagventil
und eine von der Austrittsöffnung
räumlich
getrennte Ansaugöffnung
vorgesehen, um dafür
zu sorgen, dass außerhalb
der Kleidung im Bereich des Zylinders Außenluft angesaugt wird.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Zylinder
eine Austrittsöffnung auf,
die eine gegenüber
dem Zylinderquerschnitt verringerte Querschnittsfläche für die Luftströmung aufweist.
Gegebenenfalls weist eine mit der Austrittsöffnung verbundene Kanalisierung
auch einen gegenüber
dem Zylinderquerschnitt verringer ten Querschnitt auf. Durch diese
Querschnittsverringerung im Austrittsbereich wird für einen
Austritt der Luft mit einer vergleichsweise hohen Strömungsgeschwindigkeit (Venturi-Effekt)
gesorgt, so dass Strömungsverluste, beispielsweise
aufgrund von Reibung, auf dem Weg der Luft zum Körper des Benutzers kompensiert
werden können
und zudem die am Körper
des Benutzers vorbeiströmende
Luft für
einen Kühlungseffekt
sorgt.
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Durch
das Luftpumpenprinzip kann eine vergleichsweise wartungsarme, leise
und kompakte Vorrichtung realisiert werden, die zudem besonders
outdoor-tauglich ist. Zudem sorgt das Luftpumpenprinzip bei einem
vergleichsweise schweren Kleidungsstück bzw. Ausrüstungsgegenstand
durch die Reibung des Kolbens, den Strömungswiderstand und durch die
auf der Komprimierbarkeit der Luft im Zylinder beruhende Dämpfungswirkung,
für eine
Verbesserung des Tragekomforts hinsichtlich des Kleidungsstücks bzw.
des Ausrüstungsgegenstandes. Diese
Dämpfungswirkung
kann u.a. durch das Durchlassvermögen (den Durchmesser) der Lufteintritts-
bzw. Austrittsöffnung
voreingestellt werden.
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Es
hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Kolbenstange mit
den ersten Befestigungsmitteln zu verbinden und den mit dem Kolben
zusammenwirkenden Zylinder mit den zweiten Befestigungsmitteln zu
verbinden. Dadurch kann der die Strömung erzeugende Zylinder nahezu
in unmittelbarer Körpernähe angebracht
werden und seine relative Position gegenüber dem Körper bleibt nahezu konstant,
wodurch die Belüftung
aufgrund der geringen Strömungsverluste
durch den vergleichsweise kurzen und gleich bleibenden Abstand besonders
effektiv ausfallen kann. Eine Kanalisierung der Luftströmung, sofern überhaupt
erforderlich, kann vergleichsweise kurz ausfallen und benötigt keine
flexible Anpassung bezüglich
des sich ändernden
Abstands zwischen Zylinder und Körper.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Ausrüstungsgegenstand
ein Traggestell und/oder ein Rucksack. Es hat sich gezeigt, dass
die erfindungsgemäße Belüftungsvorrichtung auf
besonders effektive Weise mit einem Traggestell oder einem Rucksack
zusammenwirkt. Das üblicherweise
bei Rucksäcken
oder Traggestellen verwendete Tragesystem, das durch über die
Schultern geführte
Trageriemen realisiert ist, eignet sich in besonderem Maße zur Kombination
mit der erfindungs gemäßen Vorrichtung,
da dadurch eine besonders hohe relative Verschiebung und damit Abstandsänderung verwirklicht
werden kann, insbesondere wenn der Rucksack bzw. das Traggestell
mit hohem oder zusätzlichem
Gewicht belastet ist.
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Eine
weitere, vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass ballistische
Schutzplatten am Traggestell angebracht sind. Es hat sich gezeigt,
dass die vergleichsweise schweren Platten aufgrund ihres hohen Trägheitsmoments
sehr leicht sich relativ zum Körper
bewegen. In Kombination mit dem sehr hohen Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere
bei der Verwendung des Luft-Pumpen-Prinzips reichen kleinste Abstandsänderungen aus,
um auf effektive Weise für
eine Belüftung
zu sorgen. Dies bedeutet, dass die Bewegung der ballistischen Schutzplatten
einerseits auf ein Maß beschränkt werden
kann, um den Schutz des Trägers nicht
zu gefährden,
gleichzeitig aber immer noch diese Bewegung ausreicht, um effektiv
die Luftströmung zu
erzeugen.
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Bei
einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform umfassen die Mittel
zur Erzeugung einer Luftströmung
ein einstellbares Drosselventil. Dadurch kann vorteilhaft die Stärke der
Luftströmung
reguliert werden. Gleichzeitig kann damit die zuvor beschriebene
Dämpfungswirkung
eingestellt werden.
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Die
Mittel zur Erzeugung einer Luftströmung sind vorteilhaft mit wenigstens
einem in die Kleidung integrierten Luftströmungskanal verbunden, um die Luftströmung auf
den Körper
zu richten. Dadurch wird besonders effektiv eine Kühlung erreicht.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
werden mehrere Luftkanäle
durch ein in die Kleidung integriertes Abstandsgewirk bereitgestellt.
Dadurch kann u.a. aufgrund des geringen Strömungswiderstands eine besonders
effektive großflächige Verteilung
der Luftströmung
bereitgestellt werden.
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Die
zweiten Befestigungsmittel sind vorzugsweise im Bereich der Hüfte und/oder
der Wirbelsäule des
Körpers
angebracht oder abgestützt.
Es hat sich gezeigt, dass in Kombination mit einem stark belasteten
Traggestell oder Rucksack eine derartige Anbringung den Tragekomfort
erheblich verbessert, da aufgrund der Dämpfungswir kung und damit Abstützung über diesen
Bereich die Belastung im Bereich der über die Schultern geführten Trageriemen
erheblich minimiert ist.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind ferner Mittel zur Erzeugung
eines elektrischen Stroms aus der Abstandsänderung vorgesehen. Beispielsweise
bewirkt die bewegte Kolbenstange einen Induktionsstrom, der beispielsweise
zur Speisung elektrischer Komponenten oder zum Laden eines Akkumulators
verwendet wird. Alternativ kann der Luftstrom einen Turbinengenerator
antreiben.
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Bei
der erfindungsgemäßen, aktiven
Belüftungsvorrichtung
umfasst vorteilhaft wenigstens eines der Befestigungsmittel eine
verschwenkbare Lagerung, bevorzugt eine Achsgelenklagerung, bevorzugter
eine Kugelgelenklagerung mittels Kugel und Pfanne. Durch diese Verschwenkbarkeit
wird die relative Bewegung zwischen Kleidungsstück bzw. Ausrüstungsgegenstand
nicht eingeschränkt
und jegliche relative Entfernung bzw. Annäherung kann effektiv zur Luftströmungserzeugung
genutzt werden.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist ferner vorgesehen, in die Luftströmung einen Filter, beispielsweise
einen Aktivkohlefilter oder einen Filter zur Ausfilterung chemischer
und/oder biologischer Kampfstoffe, einzusetzen, damit dieser den
Filter zur Reinigung von Kontamination durchströmt. Bevorzugt ist der Filter
im Luftansaugbereich der Luftströmungserzeugungsrichtung
angeordnet, um eine Kontamination der Vorrichtung zu verhindern.
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Weitere
Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
den Ansprüchen
und der nachfolgenden Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen aktiven
Belüftungsvorrichtung
bei der Anordnung am Körper
dargestellt ist, ohne jedoch die Erfindung auf die gezeigte Ausführungsform
einzuschränken.
Es zeigen:
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1 in
Seitenansicht die erfindungsgemäße Belüftungsvorrichtung,
die von einem Benutzer am Körper 1 getragen
wird;
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2 eine
Detailvergrößerung der
Vorrichtung aus 1.
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3 eine
Vorderansicht der erfindungsgemäßen am Köper 1 des
Benutzers getragenen Belüftungsvorrichtung
aus 1 und 2 mit einer Detailvergrößerung.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße, aktive Belüftungsvorrichtung,
die am Körper 1 eines
Benutzers getragen wird. Der Benutzer trägt auf seinem Rücken einen
Rucksack 10a der über
ein Traggestell 10b und ein aus Anschaulichkeitsgründen nicht
dargestelltes Gurtsystem an der Schulter des Benutzers aufgehängt ist.
Am Traggestell 1 ob ist ein den Rucksack bildender Lastaufnahmebereich 10a und
ballistische Platten vorgesehen. Die erfindungsgemäße Belüftungsvorrichtung
weist ein erstes Befestigungsmittel 2, beispielsweise ein
Kugelgelenk, auf, mit dem es am Traggestell 10b des Rucksacks
verbunden ist. Die Vorrichtung weist ferner einen Kolben 4b auf,
der hin- und herverschiebbar in einem Zylinder 5a angeordnet
ist. Der Zylinder 5a ist seinerseits über ein Kugelgelenk 3a und
den Beckengurt 3b, die die zweiten Befestigungsmittel darstellen,
am Körper 1 im
Bereich der Hüfte
abgestützt.
Die beim Gehen, Laufen, Klettern und Kriechen hervorgerufene Bewegung
des Traggestells 10b, in der 1 durch
den Doppelpfeil angedeutet, sorgt für eine nahezu fortlaufende
und aufgrund des fortlaufenden Bewegungsablaufs für eine periodische
Abstandsänderung
zwischen dem ersten Befestigungsmittel 2 und zweiten Befestigungsmittel 3a, 3b.
Es wird nochmals darauf hingewiesen, dass obwohl hier die Bewegungsrichtung durch
den Doppelpfeil als linear bzw. eindimensional angedeutet ist, kommt
es erfindungsgemäß für die Luftströmungserzeugung
nur auf eine Abstandsänderung
zwischen dem ersten und zweiten Befestigungsmittel 2, 3a, 3b an,
wodurch der Wirkungsgrad bei der Lufterzeugung besonders hoch ist.
Diese Abstandsänderung
wird über
die feste oder lediglich wenig flexible Kolbenstange 4a auf
den Kolben 4b übertragen,
der im Teilzylindervolumen 5b, wie in der Detailansicht
der 2 besser zu erkennen ist, je nach Bewegungsrichtung
des Kolbens 4b Luft verdrängt oder ansaugt. In Abhängigkeit
des eingestellten Durchlassvermögens
der in den Luftströmungskanal 6a mündenden Öffnung,
kommt es bei der Abstandsverminderung zu einem Überdruck und einer Verdrängung der
im Teilzylindervolumen 5b befindlichen Luft und bei der
Abstandsverminderung zu einem Unterdruck und einem Ansaugen von
Luft in das Teilzylindervolumen über
den Filter 9. Der Überdruck
bzw. der Unterdruck sorgt für
eine Dämpfung
und somit kann beispielsweise der Komfort beim Tragen des Rucksacks 10a verbessert
werden, da das Pendeln des Rucksacks ins besondere im Resonanzbereich abgedämpft wird.
Die Luftverdrängung
sorgt für
eine Luftströmung
die über
den über
den Rücken
geführten
Luftkanalabschnitt 6a und weiter den das in die Kleidung
integrierten Abstandsgewirk, welches schematisch durch den Abstand 6b angedeutet
ist, auf die Haut des Körpers 1 gerichtet.
Bei einer Verkleinerung des Abstands zwischen erstem und zweitem
Befestigungsmittel kommt es zu einer Verdrängung der Luft im Teilzylindervolumen 5b,
was zu einer Luftströmung
in Form eines auf den Körper
gerichteten Luftausstoßes über den
Luftströmungskanal 6a und
das Abstandsgewirk 6b führt.
Bei einer Vergrößerung des Abstandes
sorgt das Rückschlagventil 8 in
dem Luftströmungskanal 6a dafür, dass
die Luft nicht über
diesen Kanal 6a und aus der Kleidung angesaugt wird. Es
ist ferner ein einstellbares Drosselventil 7 vorgesehen,
mit dem das Durchlassvermögen
der in den Luftströmungskanal 6a mündenden
Austrittsöffnung regulierbar
ist, um die Dämpfung
je nach Bedarf einstellen zu können.
Die in den Luftströmungskanal 6a mündende Austrittsöffnung und
dieser Kanal 6a weisen einen gegenüber dem Zylinderquerschnitt
verkleinerten Querschnitt auf, um bei Austritt der Luftströmung daraus
für eine
vergleichsweise hohe Strömungsgeschwindigkeit
zu sorgen. 3 zeigt eine Vorderansicht des
Körpers
mit zwei erfindungsgemäßen Belüftungsvorrichtungen,
die sich jeweils an der Hüfte
des Körpers 1 des
Benutzers abstützen.
Durch diese doppelte Auslegung wird eine besonders effektive Belüftung erreicht.
An dem Tragegestell 10b ist ferner eine ballistische Platte 11 zum
Schutz des Köpers 1 angebracht,
die aufgrund ihrer Massenträgheit auch
zur Luftströmungserzeugung
beiträgt.
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- 1
- Körper des
Benutzers
- 2
- erstes
Befestigungsmittel
- 3a
- Beckengurt
(Hüftgurt)
des zweiten Befestigungsmittels
- 3b
- Kugelgelenklagerung
des zweiten Befestigungsmittels
- 4a
- Kolbenstange
- 4b
- Kolben
- 5a
- Zylinder
- 5b
- Teilzylindervolumen
- 6a
- Luftströmungskanal
im Rückenbereich
- 6b
- Fortsetzung
des Luftströmungskanal 6a im Brustbereich
- 7
- Drosselventil
- 8
- Rückschlagventil
- 9
- Filter
- 10a
- Lastaufnahmebereich
des Rucksacks
- 10b
- Traggestell
- 11
- ballistische
Platte