-
Die
Erfindung betrifft ein Heizelement mit Spannungssteuereinheit und ein
zugehöriges Heizverfahren.
-
Zahlreiche
Studien und Medienberichte haben in den letzten Jahren Gesellschaft
und Verbraucher hinsichtlich des Themas elektromagnetische Verträglichkeit
(EMV) elektrischer Geräte sensibilisiert.
-
Aus
Erkenntnissen über gesundheitsschädigende Wirkungen
bestimmter elektromagnetischer Felder auf den menschlichen Organismus
entstand ein Bedarf nach elektrischen Geräten, die keine
gesundheitsschädigenden elektromagnetischen Felder emittieren.
-
Daneben
führten Erkenntnisse über gesundheitsfördernde
Wirkungen bestimmter elektromagnetischer Felder auf den menschlichen
Organismus zur Weiterentwicklung der Magnetfeldtherapie und der zugehörigen
Behandlungsgeräte.
-
Eine
besondere Rolle spielt die elektromagnetische Verträglichkeit
elektrischer Heizelemente, da diese meist in unmittelbarer Nähe
zu Personen und über längere Zeiträume
betrieben werden, wodurch die Personen den die Heizelemente umgebenden
elektromagnetischen Feldern besonders stark ausgesetzt sind.
-
Elektrisch
betriebene Heizelemente werden beispielsweise zur Erwärmung
von Gebäudeinnenräumen, Fahrzeugsitzen, Haushaltsgeräten
und Betten verwendet. Zum Einsatz kommt vor allem das Funktionsprinzip
der Widerstandsheizung, daneben aber auch das der Wärmeinduktion.
-
Unabhängig
vom Funktionsprinzip weist jedes elektrische Heizelement mindestens
einen elektrischen Leiter auf, welcher zur Umwandlung eines elektrischen
Stromes in Wärmeenergie dient. Legt man eine elektrische
Spannung an den elektrischen Leiter an, wird dieser von einem Strom
durchflossen. Dabei entsteht ein den Leiter umgebendes elektromagnetisches
Feld, welches durch die Bewegung elektrischer Ladungsträger,
beispielsweise Elektronen, in dem elektrischen Leiter erzeugt wird
und von der Größe, der Anzahl, der Bewegungsrichtung
und der Geschwindigkeit der Ladungsträger abhängt.
-
Legt
man eine sich periodisch ändernde elektrische Spannung,
beispielsweise eine Netz-Eingangsspannung von 230 V Effektivwert
und 50 Hz Frequenz, an den elektrischen Leiter an, wird dieser von
einem Strom gleicher Frequenz durchflossen. Dabei entsteht ein den
Leiter umgebendes elektromagnetisches Feld, welches sich ebenfalls
mit der Frequenz der elektrischen Spannung ändert.
-
Das
elektromagnetische Feld übt Kräfte auf elektrische
Ladungen aus, welche sich innerhalb des Feldes befinden, wobei diese
Kräfte durch die magnetische Flussdichte B, gemessen in
Tesla (T), charakterisiert werden können.
-
Die
zeitabhängige magnetische Flussdichte B(t) des elektromagnetischen
Feldes an einem Raumpunkt X, Y, Z in der Umgebung eines geraden ohmschen
Leiters, an dem eine zeitlich veränderliche elektrische
Spannung anliegt, hängt von folgenden Parametern ab:
- • Impedanz Z des elektrischen Leiters,
- • Zeitabhängige elektrische Spannung u(t),
- • Abstand r zwischen dem elektrischen Leiter und dem
Raumpunkt X, Y, Z,
- • Magnetische Permeabilität μ des
Raums zwischen dem elektrischen Leiter und dem Raumpunkt X, Y, Z.
-
Befindet
sich ein menschlicher Organismus innerhalb des elektromagnetischen
Feldes, so übt das Feld Kräfte auf in dem menschlichen
Organismus befindliche elektrische Ladungsträger (z. B.
Kalziumionen) aus, wodurch beispielsweise ein Stromfluss innerhalb
des menschlichen Organismus induziert werden kann. Je nach Stärke
und Art des elektromagnetischen Feldes können sowohl gesundheitsfördernde,
als auch gesundheitsschädigende Wirkungen auf den menschlichen
Organismus auftreten.
-
Zu
den gesundheitsschädigenden Wirkungen zählen Beeinträchtigungen
von Reaktionszeit, Aufmerksamkeit und Gedächtnisleistung,
die Förderung degenerativer Prozesse und die Erhöhung
des Krebsrisikos, insbesondere die Erhöhung der Wahrscheinlichkeit
von Leukämie- oder Gehirntumorerkrankungen.
-
Demgegenüber
können elektromagnetische Felder eine Vielfalt gesundheitsfördernder
Wirkungen auf den menschlichen Organismus erzeugen, weshalb sie
zur Behandlung vieler Erkrankungen und zur Gesundheitsvorsorge genutzt
werden.
-
Zu
den gesundheitsfördernden Wirkungen zählen:
- – Aktivierung des Stoffwechsels,
- – Anregung der Durchblutung und Sauerstoffversorgung
von Zellen und Geweben,
- – Veränderung des Kalium-Natrium-Antagonismus
der Zellmembranen,
- – Förderung der körpereigenen Abwehr
und Selbstheilung,
- – Linderung schmerzhafter Verkrampfungen,
- – Beschleunigter Abbau krankhafter Flüssigkeitsansammlungen
und Schwellungen,
- – Schnellere Regeneration der Haut,
- – Harmonisierung des Nervensystems und der Psyche,
- – Positive Beeinflussung bösartiger Tumore.
-
In
erster Linie wendet man elektromagnetische Felder in der Chirurgie,
Rheumatologie und Schmerztherapie an. Spezielle Einsatzgebiete sind die
folgenden Erkrankungen:
- – Tinnitus,
Hörsturz,
- – Erkrankungen der Halswirbelsäule,
- – Neuralgien, Migräne, Sinusitis, Spannungskopfschmerz,
- – Konzentrationsstörungen,
- – Gelenkschmerzen, Arthrose, Arthritis, Osteoporose,
- – Bandscheibenvorfall,
- – Netzhautdurchblutungsstörungen, Glaukom,
- – Vegetative Dystonien, Depressionen, Stress, Schlafstörungen,
- – Reizdarm, Verdauungsstörungen,
- – Blasenentleerungsstörungen, Reizblase,
- – M. Parkinson, Multiple Sklerose,
- – Akne, Psoriasis, Herpes, Furunkel,
- – Phantomschmerzen, prämenstruelles Syndrom, Diabetes,
- – Schilddrüsenerkrankungen,
- – Muskelkater.
-
In
medizinischen Tests wurde festgestellt, dass beispielsweise elektromagnetische
Felder mit periodischem Zeitverlauf, d. h. gleichmäßig
pulsierende Felder, mit niedrigen Frequenzen bis 100 Hz, gesundheitsfördernde
Wirkungen entfalten, speziell bei sinusförmigen oder sägezahnförmigen
zeitlichen Flussdichteverläufen (Wellenformen). Die relevante dosimetrische
Größe in diesem Frequenzbereich ist die Stromdichte,
gemessen in A/m2 (Ampere pro Quadratmeter).
-
Demgegenüber
stehen elektromagnetische Felder mit Frequenzen zwischen 1 MHz und
10 GHz, wie sie beispielsweise im Mobilfunk verwendet werden, aufgrund
zahlreicher Indizien im Verdacht, gesundheitsschädigende
Wirkungen zu verursachen. Die relevante dosimetrische Größe
in diesem Frequenzbereich ist die spezifische Absorptionsrate (SAR)
mit der Einheit W/kg (Watt pro Kilogramm).
-
Elektromagnetische
Felder mit Frequenzen über 10 GHz haben dagegen kaum Einfluss
auf menschliche Organismen. Diese Felder werden wegen ihrer geringen
Eindringtiefe bereits an der Hautoberfläche absorbiert,
wobei nur ein vernachlässigbar kleiner Teil der Feldenergie
in das darunter liegende Körpergewebe eindringt. Die dosimetrische
Grundgröße in diesem Frequenzbereich ist die Leistungsflussdichte
S, gemessen in W/m2 (Watt pro Quadratmeter).
-
Es
wurde beobachtet, dass eine Amplitude der magnetischen Flussdichte
von 0,2 bis 10 mT erforderlich ist, um messbare Erfolge bei der
medizinischen Behandlung einer Person zu erzielen.
-
Im
Folgenden werden zunächst einige Lösungen zur
Abschwächung von elektromagnetischen Feldern, welche elektrische
Heizelemente umgeben, vorgestellt.
-
EP 0334824 A2 offenbart
ein Heizelement für Wasserbetten, wobei mittels einer flachen
schleifenförmigen Gestaltung einer elektrischen Heizleiterbahn
die Flussdichte des elektromagnetischen Feldes, welches das Heizelement
im eingeschalteten Zustand umgibt, verringert wird. Dies wird durch
die hauchdünne aber breite gedruckte Heizleiterbahn erreicht,
sowie dadurch, dass die einzelnen Abschnitte des elektrischen Leiters
so nebeneinander angeordnet sind, dass sich die sie umgebenden elektromagnetischen
Feldanteile gegenseitig teilweise kompensieren.
-
Eine
weitere Lösung besteht in der Ausstattung eines elektrischen
Heizelementes mit einer Abschirmung, beispielsweise in Form einer
Metallfolie, welche ebenfalls die Flussdichte des in die Umgebung
des Heizelementes abgestrahlten elektromagnetischen Feldes verringert.
-
Ein
Nachteil der beschriebenen Lösungen besteht darin, dass
diese keine signifikanten gesundheitsfördernden Wirkungen
auf menschliche Organismen erzeugen.
-
DE 4018748 A1 offenbart
einen Frequenzumformer mit Gleichspannungs-Zwischenkreis, der die Änderung
der Frequenz einer elektrischen Spannung mit periodischem Zeitverlauf
ermöglicht.
-
Daneben
beschreibt
WO 8707786
A1 einen selbstoszillierenden Leistungsumformer zur Begrenzung
der Spannungswellenform auf unipolare periodische Pulse, wobei der
Leistungsumformer die Änderung der Wellenform einer elektrischen
Spannung mit periodischem Zeitverlauf ermöglicht.
-
Weiterhin
offenbart
EP 0451831
B1 einen Wellenformgenerator, welcher eine digitale Schaltung
aufweist und besonders verzerrungsarme Ausgangssignale liefert.
-
Ferner
beschreibt
DE 20203714
U1 ein Schaltnetzteil für medizinische Geräte
zur Erzeugung einer vorgewählten Gleichspannung aus einer
speisenden Wechselspannung.
-
Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein elektrisches Heizelement
für ein Ruhemöbel, beispielsweise in Form eines
Wasserbettes, bereitzustellen, welches in einem eingeschalteten
Zustand von einem elektromagnetischen Feld umgeben ist, das keine
gesundheitsschädigenden Wirkungen auf einen in der Nähe
befindlichen menschlichen Organismus verursacht.
-
Die
Aufgabe wird durch ein Heizelement mit Spannungssteuereinheit, ein
Ruhemöbel und ein zugehöriges Heizverfahren mit
den Merkmalen gemäß den unabhängigen
Patentansprüchen gelöst.
-
Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung wird ein Heizelement bereitgestellt,
welches aufweist eine Spannungs-Steuereinheit zum Umwandeln einer
Netz-Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung, wobei die Ausgangsspannung
eine gegenüber der Netz-Eingangsspannung veränderte Frequenz
oder Wellenform hat, eine mit der Spannungs-Steuereinheit gekoppelte,
mittels der Ausgangsspannung erwärmte Heizung, sowie einen Temperaturregler,
welcher mit der Heizung und der Spannungs-Steuereinheit gekoppelt
ist, zum Regeln einer Temperatur in Abhängigkeit von einer
Ist-Temperatur und einer Soll-Temperatur.
-
Eine
Grundidee der Erfindung besteht darin, dass ein Heizelement bereitgestellt
wird, welches die Frequenz oder Wellenform einer Netz-Eingangsspannung
verändert. Durch die Vorgabe bestimmter Frequenzen und/oder
Wellenformen lassen sich elektromagnetische Felder mit gesundheitsschädigenden
Wirkungen vermeiden.
-
Ein
Vorteil einer Ausführungsform der Erfindung kann darin
gesehen werden, dass ein Heizelement umgebende elektromagnetische
Felder mit gesundheitsschädigenden Wirkungen auch ohne
aufwendige zusätzliche Einrichtungen, wie Abschirmung,
flacher schleifenförmiger Heizleiter oder zeitweise Abschaltung
vermieden werden können.
-
Ein
weiterer Vorteil einer Ausführungsform der Erfindung kann
darin gesehen werden, dass sich durch Vorgabe bestimmter Frequenzen
und Wellenformen elektromagnetische Felder, welche ein Heizelement
umgeben, mit gesundheitsfördernden Wirkungen erzeugen lassen.
Das heißt, Ausführungsformen der Erfindung können
eine Erwärmung mit einer gesundheitsfördernden
Behandlung kombinieren.
-
Somit
ist ein Heizelement geschaffen, welches sich beispielsweise für
den Einsatz in unmittelbarer Nähe von Personen eignet und
durch einen erhöhten Nutzwert auszeichnet.
-
Beispielhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen.
-
In
einer Ausführungsform kann das Heizelement eine Heizleiterbahn
aufweisen, z. B. dann, wenn das Funktionsprinzip einer Widerstandsheizung
Anwendung findet. Dieses Funktionsprinzip beinhaltet die direkte
Abstrahlung von Wärmeenergie durch einen stromdurchflossenen
elektrischen Widerstand (Heizleiter), beispielsweise einen Metalldraht.
-
Das
Heizelement ist beispielsweise aus Kupfer, Kohlenstoff oder Keramik
hergestellt und kann eine Abschirmung aufweisen. Diese Abschirmung
ermöglicht eine Verminderung der Flussdichte des in die
Umgebung des Heizelements abgestrahlten elektromagnetischen Feldes.
-
Die
Abschirmung des Heizelements weist in einer Ausführungsform
der Erfindung Metall auf, beispielsweise Aluminium.
-
Ferner
kann die Abschirmung des Heizelements mit einem Bezugspotential
gekoppelt sein, welches den Schutz von Personen vor elektrischen Schlägen
im Fall eines Kurzschlusses zwischen einem elektrischen Leiter und
der Abschirmung ermöglicht. In einer möglichen
Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei dem Bezugspotential
um eine elektrisch leitfähige Verbindung mit dem Erdboden (Erdung).
-
In
einer Weiterbildung der Erfindung weist die Spannungs-Steuereinheit
einen Frequenzwandler auf. Damit lässt sich eine Ausgangsspannung
mit einer Frequenz erzeugen, welche verschieden von der Frequenz
der Netz-Eingangsspannung ist. Beispielsweise ist der Frequenzwandler
so eingerichtet, dass das elektromagnetische Feld, welches die Heizung
umgibt, gesundheitsfördernde Wirkungen auf einen menschlichen
Organismus verursacht.
-
Gemäß dieser
Weiterbildung der Erfindung wird ein Heizelement bereitgestellt,
welches zusätzlich zur Erwärmung auch als Behandlungsgerät
zur Prophylaxe oder Therapie verschiedener Erkrankungen verwendet
werden kann.
-
In
einer Ausführungsform weist die Spannungs-Steuereinheit
einen Signalgenerator auf. Damit lässt sich eine Ausgangsspannung
erzeugen, deren Frequenz und/oder Wellenform verschieden von der
Frequenz und/oder Wellenform der Netz-Eingangsspannung ist. Beispielsweise
ist der Signalgenerator so eingerichtet, dass das elektromagnetische Feld,
welches die Heizung umgibt, gesundheitsfördernde Wirkungen
auf einen menschlichen Organismus verursacht.
-
Gemäß dieser
Ausführungsform der Erfindung wird ein Heizelement bereitgestellt,
welches zusätzlich zur Erwärmung auch als Behandlungsgerät zur
Prophylaxe oder Therapie verschiedener Erkrankungen verwendet werden
kann.
-
Der
Signalgenerator kann eine analoge elektronische Schaltung aufweisen.
Zusätzlich oder alternativ kann der Signalgenerator auch
eine digitale elektronische Schaltung aufweisen, beispielsweise
in Form eines integrierten Schaltkreises oder in Form diskreter
elektronischer Bauelemente.
-
In
einer Ausführungsform der Erfindung weist die Spannungs-Steuereinheit
ein Gleichspannungs-Leistungsnetzteil auf. Damit lässt
sich, beispielsweise durch Transformieren, Gleichrichten und Glätten
einer Netzspannung, eine Gleichspannung, d. h. eine Spannung, deren
Wert im Wesentlichen konstant bleibt, bereitstellen. Bei Verwendung
dieser Gleichspannung als Ausgangsspannung zur Erwärmung
der Heizung ist es möglich, ein die Heizung umgebendes permanentes
elektromagnetisches Feld mit im Wesentlichen konstanter Flussdichte
zu erzeugen. Der Wert der Gleichspannung kann beispielsweise so
gewählt werden, dass das elektromagnetische Feld gesundheitsfördernde
Wirkungen auf einen menschlichen Organismus verursacht.
-
Der
besondere Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung
besteht darin, dass damit ein besonders einfacher und kostengünstiger
Aufbau einer Spannungs-Steuereinheit, welche als Ausgangsspannung
eine Gleichspannung liefert, möglich ist.
-
Das
beschriebene Gleichspannungs-Leistungsnetzteil kann ein Schaltnetzteil
sein, beispielsweise ein primär getaktetes Schaltnetzteil,
welches sich durch einen besonders hohen Wirkungsgrad auszeichnet.
-
Optional
kann die Spannungs-Steuereinheit auch einen Modulator aufweisen.
Damit ist es beispielsweise möglich, die von einem Gleichspannungs-Leistungsnetzteil
bereitgestellte Gleichspannung so zu modulieren, dass eine pulsförmige
Ausgangspannung zur Erwärmung der Heizung erzeugt wird.
Dadurch wird es möglich, ein die Heizung umgebendes pulsförmiges
elektromagnetisches Feld (mit pulsförmigem Flussdichteverlauf)
erzeugen. Die Frequenz der pulsförmigen Ausgangsspannung
kann beispielsweise so gewählt werden, dass das elektromagnetische
Feld gesundheitsfördernde Wirkungen auf einen menschlichen
Organismus verursacht.
-
Der
besondere Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung
besteht darin, dass damit ein besonders einfacher und kostengünstiger
Aufbau einer Spannungs-Steuereinheit, welche eine pulsförmige Ausgangsspannung
liefert, möglich ist.
-
Allgemein
liegt die Frequenz der Ausgangsspannung, mit welcher die Heizung
erwärmt wird, beispielsweise in einem der folgenden Bereiche:
- • 0 Hz bis 20 Hz;
- • 0,1 Hz bis 100 Hz;
- • 0,1 Hz bis 1 kHz;
- • 1 Hz bis 1 kHz;
- • 10 Hz bis 10 kHz;
- • 10 Hz bis 100 kHz.
-
Damit
besteht ein Sicherheitsabstand zu Frequenzen im Bereich von 1 MHz
bis 10 GHz, welche im Verdacht stehen, gesundheitsschädigende Wirkungen
zu verursachen.
-
Ferner
kann die Ausgangsspannung, mit welcher die Heizung erwärmt
wird, eine der folgenden Wellenformen aufweisen:
- • eine
sinusförmige Wellenform;
- • eine dreieckförmige Wellenform;
- • eine sägezahnförmige Wellenform;
- • eine pulsförmige Wellenform;
- • eine rechteckförmige Wellenform; oder
- • eine unipolare Wellenform.
-
Bei
einer Ausgangsspannung mit unipolarer Wellenform handelt es sich
um eine Ausgangsspannung, deren Polarität stets gleich
bleibt. Alle oben genannten Wellenformen können, z. B.
in Verbindung mit geeigneten Frequenzen, gesundheitsfördernde Wirkungen
auf einen menschlichen Organismus entfalten.
-
Weiterhin
weist das Heizelement in einer Ausführungsform der Erfindung
einen Temperaturfühler auf, welcher beispielsweise mit
einem der folgenden Elemente gekoppelt ist:
- • ein
Thermistor;
- • ein Thermoelement; oder
- • eine Temperaturdiode.
-
Ein
solcher Temperaturfühler erlaubt die einfache und direkte
Umwandlung eines Temperaturwertes in eine einfach zu verarbeitende
elektrische Größe.
-
Ferner
kann der Temperaturregler ein Relais zum Unterbrechen bzw. Durchschalten
der Ausgangsspannung aufweisen, mit welcher die Heizung erwärmt
wird, wobei das Relais zur galvanischen Trennung einer Temperaturregelschaltung
vom Stromversorgungskreis der Heizung dient.
-
In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Heizelement
derart eingerichtet, dass die Frequenz und/oder die Wellenform der
Ausgangsspannung einstellbar ist/sind.
-
Zu
bemerken ist in diesem Zusammenhang, dass die optimale Amplitude,
Frequenz und Wellenform eines elektromagnetischen Feldes, dem ein menschlicher
Organismus zur medizinischen Behandlung ausgesetzt werden sollte,
nicht immer allgemeingültig definierbar sind. Stattdessen
sollten diese Größen unter Berücksichtigung
der individuellen Eigenschaften der zu behandelnden Person und der
jeweiligen Erkrankung gewählt werden. Vorteilhaft ist deshalb,
wenn diese Größen am Behandlungsgerät
einstellbar sind, beispielsweise mittels einer entsprechenden Einstelleinheit.
-
Gemäß dieser
Weiterbildung der Erfindung wird ein Heizelement bereitgestellt,
welches zur Behandlung verschiedener Erkrankungen verwendet werden
kann, wobei eine Anpassung des elektromagnetisches Feldes an die
jeweiligen individuellen Gegebenheiten, beispielsweise an die zu
behandelnde Person, Körperregion und Erkrankung, möglich
ist.
-
Der
Vorteil dieser Weiterbildung der Erfindung besteht z. B. in der
Verbesserung des Behandlungserfolgs durch eine individuell optimierte
Behandlung.
-
Weiterhin
enthält das Heizelement beispielsweise einen Temperatursicherheitsschalter.
Dieser schaltet die Heizung bei Überhitzung aus und bietet somit
zusätzliche Sicherheit für den Fall, dass der Temperaturregler
versagt.
-
Desweiteren
verfügt das Heizelement in einer Ausgestaltung der Erfindung über
eine Anzeige, mittels derer ein Anwender beispielsweise informiert wird,
ob das Heizelement mit einer elektrischen Netz-Eingangsspannung
verbunden ist. Ferner kann die Anzeige den Anwender informieren,
ob sich die Heizung im eingeschalteten Zustand befindet.
-
Die
Anzeige kann ein Display sein, welches für den Anwender
Informationen in einer besonders übersichtlichen Form darstellt.
Derartige Informationen sind neben den oben genannten Informationen beispielsweise
die Uhrzeit, die Betriebsdauer, vorgenommene Einstellungen, die
Ist-Temperatur, die Soll-Temperatur, sowie auftretende Fehlfunktionen. Die
Verwendung eines durch Berührung bedienbaren Displays (Touch-Display)
bietet dem Anwender darüberhinaus die Möglichkeit,
Einstellungen in besonders bequemer Weise über das Display
vorzunehmen, wobei auf entsprechende mechanische Einstellelemente
verzichtet werden kann.
-
Ferner
kann die Heizung des Heizelementes mattenförmig eingerichtet
sein. Die Mattenform ermöglicht eine flexible Handhabung
des Heizelements, insbesondere bei der Erwärmung von Personen
bzw. deren Behandlung mittels Magnettherapie. Beispielsweise kann
eine Person auf dem mattenförmigen Heizelement liegen,
wobei sich dieses auf einem Fußboden oder auf einer Liegestatt
befindet. Dabei ist es auch möglich, dass sich zur Verbesserung
der Bequemlichkeit eine Matratze zwischen dem Fußboden
bzw. der Liegestatt und der Person befindet. Weiterhin kann das
mattenförmige Heizelement eine liegende Person bedecken
und so als eine Art Bettdecke dienen.
-
Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung weist ein Ruhemöbel
ein Heizelement gemäß der Erfindung auf. Ein Ruhemöbel
ist ein Möbelstück, dessen Funktion beispielsweise
darin besteht, eine oder mehrere Personen in sitzender, lümmelnder oder
liegender Haltung auf seiner Oberfläche aufzunehmen.
-
Gemäß dieser
Ausführungsform der Erfindung wird ein beheizbares Ruhemöbel
bereitgestellt, welches im Wesentlichen keine gesundheitsschädigenden
Wirkungen durch elektromagnetische Felder auf eine Person hat, die
das Ruhemöbel benutzt. Darüberhinaus kann das
Ruhemöbel zugleich zur Behandlung verschiedener Erkrankungen
dienen, was seinen Nutzwert steigert.
-
In
einer Weiterbildung der Erfindung kann das Ruhemöbel eine
Matratze aufweisen.
-
Weiterhin
kann das Ruhemöbel ein Wasserbett sein, mit einer Matratze,
welche eine Flüssigkeit enthält. Die Flüssigkeitsfüllhöhe
liegt beispielsweise zwischen 15 und 30 cm. In diesem Fall kann
eine Funktion des Heizelements darin bestehen, die in der Matratze
enthaltene Flüssigkeit auf einen vorgegebenen Temperaturwert
zu erwärmen, bzw. die Temperatur der Flüssigkeit
in etwa konstant auf einem vorgegebenen Temperaturwert zu halten.
-
In
einer möglichen Ausführungsform der Erfindung
befindet sich die Heizung zumindest teilweise unterhalb der Matratze.
Damit ist eine Voraussetzung für eine vertikale Wärmeströmung
von der Heizung über die Matratze bis zu einer Person,
die das Ruhemöbel benutzt, geschaffen. Ein besonderer Vorteil
dieser Anordnung kann darin gesehnen werden, dass sich die Matratze
aufgrund ihrer Wärmeleitfähigkeit über
eine Fläche erwärmt, welche größer
als die Oberfläche der Heizung ist. Dies ermöglicht
die Verwendung einer mattenförmigen Heizung, deren Oberfläche
kleiner ist als die Oberfläche der Matratze.
-
Ein
direkter Kontakt, welcher zwischen der Heizung und der Matratze
bestehen kann, erhöht die von der Heizung auf die Matratze
direkt übertragene Wärmemenge und damit die Effizienz
der Beheizung.
-
Die
Matratze weist in einer Weiterbildung der Erfindung in ihrem Inneren
Stabilisierungselemente auf, welche eine Erhöhung der mechanischen
Stabilität der Matratze bewirken.
-
Bei
einem Heizverfahren gemäß der Erfindung wird eine
Netz-Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung umgewandelt, wobei
die Ausgangsspannung eine gegenüber der Netz-Eingangsspannung
veränderte Frequenz oder Wellenform aufweist, eine Heizung
mittels der Ausgangsspannung erwärmt und eine Temperatur
mittels eines Temperaturreglers, welcher mit der Heizung gekoppelt
ist, in Abhängigkeit von einer Ist-Temperatur und einer Soll-Temperatur
geregelt wird.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher
erläutert.
-
Es
zeigen
-
1 ein
elektrisches Heizelement mit einer mattenförmigen Heizung,
in Benutzung durch eine Person, gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
-
2a ein
Blockschaltbild für ein Steuergerät mit Frequenzwandler
für ein elektrisches Heizelement gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
-
2b ein
Blockschaltbild für ein Steuergerät mit Signalgenerator
für ein elektrisches Heizelement gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
-
2c ein
Blockschaltbild für ein Steuergerät mit Gleichspannungs-Leistungsnetzteil
für ein elektrisches Heizelement gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
-
3 ein
elektrisches Heizelement für ein Wasserbett gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
-
4 ein
Querschnittselement durch ein Wasserbett mit einem elektrischen
Heizelement, in Benutzung durch eine Person, gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Gleiche
oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren
sind, soweit zweckmäßig, mit gleichen Bezugsziffern
versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und
nicht maßstäblich.
-
Im
Weiteren wird bezugnehmend auf 1 ein elektrisches
Heizelement 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben, wobei das Heizelement zugleich als Behandlungssystem für
die Pulsierende Magnetfeldtherapie (PMFT) dient.
-
Das
elektrische Heizelement 10 weist eine mattenförmige
Heizung 11 auf, welche mittels eines elektrischen Verbindungskabels 12 und
eines Steckverbinders 13 mit einem Steuergerät 14 verbunden ist.
-
Das
Steuergerät 14 ist mittels eines elektrischen
Netzkabels 15 mit einer Netzsteckdose 16 gekoppelt.
Auf der Heizung 11 liegt eine Person 17, welche
von der Heizung 11 erwärmt wird. Zugleich befindet
sich die Person 17 in einem elektromagnetischen Feld (nicht
dargestellt), welches die Heizung emittiert. Die Heizung 1 dient
damit zusätzlich zur Erwärmung der Person auch
als Applikator für eine Behandlung im Rahmen einer Pulsierenden
Magnetfeldtherapie (PMFT).
-
Das
Steuergerät 14 erzeugt aus einer elektrischen
Netz-Eingangsspannung eine pulsierende elektrische Ausgangsspannung,
welche über den Steckverbinder 13 und das Verbindungskabel 12 zu der
Heizung 11 übertragen wird. Die Ausgangsspannung
verursacht einen Stromfluss in einem Heizleiter (nicht dargestellt),
der innerhalb der Heizung 11 angeordnet ist. Dabei ändert
sich der Stromfluss in dem Heizleiter mit der Frequenz der Ausgangsspannung.
-
Als
Folge des elektrischen Widerstandes des Heizleiters wird ein Teil
der Energie des Stromflusses in Wärmeenergie umgesetzt.
Ferner entsteht ein elektromagnetisches Feld um die Heizung 11,
wobei sich die magnetische Flussdichte des Feldes mit der Frequenz
der Ausgangsspannung ändert und der Zeitverlauf der Flussdichte
annähernd die Wellenform der Ausgangsspannung annimmt.
-
Die
Netz-Eingangsspannung ist beispielsweise sinusförmig, mit
einer Frequenz von etwa 50 Hz und einem Effektivwert von etwa 230
V. In einer alternativen Ausführungsform kann die sinusförmige Netz-Eingangsspannung
auch eine Frequenz von etwa 60 Hz und einen Effektivwert von etwa
120 V haben. Daneben sind andere Frequenz- und Effektivwerte möglich,
soweit sich diese zur Erzeugung therapeutisch wirksamer elektromagnetischer
Felder um die Heizung 11 eignen.
-
Die
Frequenz der Ausgangsspannung und damit der elektromagnetischen
Flussdichte lässt sich manuell, z. B. mittels eines Einstellelements,
in einem Bereich zwischen 0,1 und 100 Hz variieren. In anderen Ausführungsformen
der Erfindung sind auch abweichende Frequenzbereiche möglich,
wobei die maximal einstellbare Frequenz beispielsweise deutlich
kleiner als 1 MHz ist, z. B. um den Faktor 10, so dass ein ausreichender
Sicherheitsabstand zu Frequenzen besteht, die bei elektromagnetischen
Feldern im Verdacht stehen, gesundheitsschädliche Wirkungen
zu verursachen. Ferner ist für die Ausgangsspannung eine
der Wellenformen Sinus, Rechteck, Dreieck und Sägezahn,
oder eine andere Wellenform manuell einstellbar. Die Geometrie zumindest
einer der einstellbaren Wellenformen ist so gestaltet, dass das
elektromagnetische Feld in der Umgebung der Heizung 11 einen
Effektivwert der magnetischen Flussdichte zwischen 0,2 und 10 mT erreicht,
wodurch das Feld therapeutisch wirksam werden kann.
-
Zur
Einstellung von Frequenz und Wellenform weist das Steuergerät 14 eine
Reihe Einstellelemente auf. In einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung verfügt das Steuergerät 14 über
ein Touch-Display, welches die besonders bequeme Einstellung von
Frequenz und Wellenform durch Berühren durch einen Anwender
erlaubt.
-
Die
Heizung 11 weist in ihrem Inneren einen kupfernen Heizleiter
auf, der von einer Polsterung umgeben ist, welche wiederum von einer
Kunststoffhülle umgeben ist. Alternativ zu dem kupfernen
Heizleiter kann die Heizung auch einen Heizleiter aus einem anderen
Metall, aus Kohlenstoff oder aus Keramik haben.
-
Der
Steckverbinder 13 ermöglicht das einfache mechanische
Trennen des Steuergerätes 14 von der Heizung 11,
z. B. zu Transportzwecken.
-
Im
Weiteren wird bezugnehmend auf 2a ein
elektrisches Steuergerät mit Frequenzwandler für ein
Heizelementgemäß einer Ausführungsform
der Erfindung beschrieben, welches beispielsweise für die
Pulsierende Magnetfeldtherapie (PMFT) geeignet ist.
-
Ein
Steuergerät 20 weist einen Frequenzwandler 21 auf,
welcher mit einer sinusförmigen elektrischen Netz-Eingangsspannung
mit einem Effektivwert von 230 V und einer Frequenz von 50 Hz versorgt
wird. Der Frequenzwandler 21 wandelt die Netz-Eingangsspannung
in eine Ausgangsspannung mit einer Frequenz von etwa 10 Hz um. Die
Ausgangsspannung kann jedoch auch eine andere Frequenz aufweisen,
welche beispielsweise im Bereich von 0 Hz bis 20 Hz, im Bereich
von 0,1 Hz bis 100 Hz, im Bereich von 0,1 Hz bis 1 kHz, im Bereich
von 1 Hz bis 1 kHz, im Bereich von 10 Hz bis 10 kHz oder im Bereich
von 10 Hz bis 100 kHz liegt.
-
Ausgangsseitig
ist der Frequenzwandler elektrisch mit einem Relais 23 gekoppelt,
welches Teil eines Temperaturreglers 24 ist. Das Relais 23 verfügt über
einen Schalter 25 zum Durchschalten/Trennen der Ausgangsspannung
zu einer/von einer Anschlussbuchse 26, an welche eine Heizung (nicht
dargestellt) bzw. ein Verbindungskabel (nicht dargestellt) zu einer
Heizung angeschlossen werden kann.
-
Parallel
zu dem Frequenzwandler 21 wird auch ein Netzteil 22 mit
der Netz-Eingangsspannung versorgt. Das Netzteil 22 ist
mit dem Temperaturregler 24 elektrisch gekoppelt und versorgt
diesen mit einer Gleichspannung von 24 V. Der Temperaturregler 24 verfügt über
eine elektronische Temperaturregelschaltung 29, die das
Relais 23 steuert und mit einem Temperaturfühler 27 und
einem Einstellelement 28 elektrisch verbunden ist.
-
Mittels
eines Einstellelements 28 kann ein Benutzer manuell einen
Soll-Temperaturwert einstellen, welchem ein maximaler Temperaturwert
und ein minimaler Temperaturwert zugeordnet sind. Überschreitet
ein vom Temperaturfühler 27 gemessener IST-Temperaturwert
den maximalen Temperaturwert, dann trennt der Schalter 25 des
Relais 23 die elektrische Verbindung zwischen dem Frequenzwandler 21 und
der Anschlussbuchse 26. Dagegen stellt der Schalter 25 eine
elektrische Verbindung zwischen dem Frequenzwandler 21 und
der Anschlussbuchse 26 her, wenn ein von dem Temperaturfühler 27 gemessener
Temperaturwert den minimalen Temperaturwert unterschreitet.
-
Im
Weiteren wird bezugnehmend auf 2b ein
elektrisches Steuergerät mit Signalgenerator für ein
Heizelement gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung beschrieben, welches beispielsweise für die
Pulsierende Magnetfeldtherapie geeignet ist.
-
Im
Unterschied zu dem in 2a beschriebenen Steuergerät 20 weist
das hier beschriebene Steuergerät 200 anstatt 210 anstelle
eines Frequenzwandlers 21 einen Signalgenerator 211 auf. Der
Signalgenerator 211 wandelt die Netz-Eingangsspannung in
eine Ausgangsspannung mit einer einstellbaren Frequenz und einer
einstellbaren Wellenform um. Ein erstes Einstellelement 212 dient
zum manuellen Einstellen der Frequenz, während ein zweites
Einstellelement 213 zum manuellen Einstellen einer Wellenform
dient.
-
Das
zweite Einstellelement 213 ermöglicht beispielsweise
eine Einstellung von einer oder mehreren der folgenden Ausgangsspannungen:
eine sinusförmige Ausgangsspannung, eine dreieckförmige Ausgangsspannung,
eine sägezahnförmige Ausgangsspannung, eine pulsförmige
Ausgangsspannung, eine rechteckförmige Ausgangsspannung
oder eine unipolare Ausgangsspannung.
-
Ferner
weist das Steuergerät 20 eine Anzeige 214 in
Form einer Signallampe auf, welche signalisiert, ob der Schalter 25 (und
damit eine möglicherweise an der Anschlussbuchse 26 angeschlossene Heizung)
eingeschaltet ist.
-
Im
Weiteren wird bezugnehmend auf 2c ein
elektrisches Steuergerät mit Gleichspannungs-Leistungsnetzteil
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
beschrieben.
-
Im
Unterschied zu dem in 2a beschriebenen Steuergerät 20 weist
das hier beschriebene Steuergerät 220 anstelle
eines Frequenzwandlers 21 ein Gleichspannungs-Leistungsnetzteil 221 und
einen Modulator 222 auf.
-
Das
Gleichspannungs-Leistungsnetzteil 221 wandelt die Netz-Eingangsspannung
in eine Gleichspannung um. Der Modulator 222 wandelt diese Gleichspannung
in eine pulsförmige Ausgangsspannung um.
-
In
einer anderen Ausführungsform kann der Modulator die von
dem Gleichspannungs-Leistungsnetzteil bereitgestellte Gleichspannung
in eine andere Ausgangsspannung umwandeln, beispielsweise durch
Amplitudenmodulation, Frequenzmodulation, Phasenmodulation oder
Pulsweitenmodulation, oder durch eine Kombination der genannten
Modulationsarten.
-
In
der in 2c dargestellten Ausführungsform
der Erfindung dient ein Einstellelement 223 zum manuellen
Einstellen der Frequenz der pulsförmigen Ausgangsspannung.
-
In
einer anderen Ausführungsform können anstelle
des beschriebenen Einstellelementes oder zusätzlich zu
dem beschriebenen Einstellelement weitere Einstellelemente vorgesehen
sein, beispielsweise zum Einstellen einer Pulsbreite, eines Tastverhältnisses,
einer Phasenverschiebung, einer Amplitude oder einer Kombination
der vorgenannten Größen.
-
Weiterhin
weist die in 2c beschriebene Spannungs-Steuereinheit
einen parallel zu dem Modulator 222 an das Gleichspannungsnetzteil 221 angeschlossenen
Spannungsregler 224 auf, welcher die von dem Gleichspannungsnetzteil 221 bereitgestellte
Gleichspannung in eine Gleichspannung von 24 V zur Versorgung des
Temperaturreglers 24 umwandelt.
-
Im
Weiteren wird bezugnehmend auf 3 ein elektrisches
Heizelement 30 für ein Wasserbett beschrieben,
mittels dem die in der Wassermatratze enthaltene Flüssigkeit
erwärmt wird. Darüberhinaus emittiert das Heizelement 30 keine
gesundheitsschädlichen elektromagnetischen Felder. Zusätzlich kann
das Wasserbett auch als Behandlungssystem für die Pulsierende
Magnetfeldtherapie dienen.
-
Das
elektrische Heizelement 30 weist eine mattenförmige
Heizung 31 auf, welche mittels eines Steckverbinders 33 und
eines elektrischen Verbindungskabels 34 mit einem Steuergerät 35 verbunden ist.
Gemäß dieser Ausführungsform hat die
Heizung eine Länge von etwa 1 m, eine Breite von etwa 0,4
m und ist etwa 3 mm dick.
-
Die
Heizung 31 weist in ihrem Inneren einen elektrischen Heizleiter 311 aus
Kupfer auf, welcher so angeordnet ist, dass die Teile des elektromagnetischen
Feldes, welche einzelnen Abschnitte des Heizleiters zugeordnet sind,
sich nicht oder nur geringfügig gegenseitig abschwächen.
Weiterhin weist die Heizung in Ihrem Inneren einen mit dem Heizleiter verbundenen
Sicherheitstemperaturschalter 312 auf, welcher in der Lage
ist, bei Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur den
Heizleiter 311 und damit auch den Stromfluss durch den
Heizleiter 311 zu unterbrechen. Auf diese Weise wird eine Überhitzung der
Heizung 31 verhindert, für den Fall, dass eine Temperaturregelung
versagt. Die Heizung 31 besitzt ferner eine wasserdichte äußere
Umhüllung aus Kunststoff und eine elektrische Anschlussbuchse (nicht
sichtbar).
-
Weiterhin
weist das Heizelement 30 ein Steuergerät 35 auf,
welches mittels eines elektrischen Netzkabels 38 mit einem
Netzstecker 39 gekoppelt ist. Das Steuergerät 35 verfügt über
ein zweites Verbindungskabel 36 mit einem zweiten Steckverbinder 37 zum
Anschluss einer zweiten Heizung (nicht dargestellt) an das Steuergerät 35.
Ferner können in das Steuergerät 35 Elemente
aus den oben beschriebenen 2a, 2b und 2c integriert sein.
-
Das
Steuergerät 35 weist ein Grafikdisplay 351,
ein Einstellelement für eine Frequenz 352, ein Einstellelement für
eine Wellenform 353, ein Einstellelement für eine
Soll-Temperatur 354 und einen Hauptschalter 355 auf.
-
Im
Weiteren wird bezugnehmend auf 4 ein Querschnittselement
durch ein Wasserbett und eine Person beschrieben, wobei das Wasserbett
ein elektrisches Heizelement (beispielsweise ein elektrisches Heizelement 10,
welches im Zusammenhang mit 1 beschrieben
worden ist) aufweist und als Behandlungssystem für die
Pulsierende Magnetfeldtherapie verwendbar ist.
-
Auf
einem Bettgestell 41 liegt eine Wassermatratze 42,
auf welcher sich eine liegende Person 43 befindet. Ein
zugehöriges Heizelement weist eine mattenförmigen
Heizung 44, ein Verbindungskabel 45, ein Steuergerät 46 und
weitere Komponenten (nicht dargestellt) auf.
-
Die
Heizung 44 liegt zwischen dem Bettgestell 41 und
der Wassermatratze 42, wobei ein direkter Kontakt zwischen
der Heizung und der Wassermatratze besteht. Die Heizung ist über
das Verbindungskabel 45 mit dem Steuergerät 46 verbunden. Das
Steuergerät ist außerdem über ein Netzkabel (nicht
dargestellt) mit einem Stromversorgungsnetz verbunden. Ein Teil
der von der Heizung 44 ausgehenden Wärmemenge 48 erwärmt
zunächst die Flüssigkeit in der Wassermatratze 42,
wird dann zu der Person 43 weitergeleitet und schließlich
von der Person 43 absorbiert. Ebenso durchdringt ein Teil
des von der Heizung 44 abgestrahlten elektromagnetischen
Feldes 47 die Wassermatratze 42 und wird von der
Person 43 absorbiert.
-
In
einer Ausführungsform der Erfindung weist die Heizung 44 zusätzlich
eine metallische Abschirmung (nicht dargestellt) auf, welche einen
innerhalb der Heizung befindlichen Heizleiter (nicht dargestellt)
teilweise umhüllt, wobei die Abschirmung galvanisch von
dem Heizleiter 311 getrennt ist.
-
Beispielsweise
ist die Abschirmung so gestaltet, dass die magnetische Flussdichte
des elektromagnetischen Felds, welchem die Person 43 ausgesetzt
ist, in einem therapeutisch wirksamen Bereich liegt, beispielsweise
im Bereich zwischen 0,2 und 10 mT.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0334824
A2 [0021]
- - DE 4018748 A1 [0024]
- - WO 8707786 A1 [0025]
- - EP 0451831 B1 [0026]
- - DE 20203714 U1 [0027]