DE102009024675A1

DE102009024675A1 - Temperiermatratze

Info

Publication number: DE102009024675A1
Application number: DE200910024675
Authority: DE
Inventors: Rita Nuessler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2010-12-16

Abstract

Temperiermatratze zur Kühlung oder Erwärmung einer darauf liegenden Person, bestehend aus einem dauerhaft elastischen, etwa plattenförmigen Grundkörper, in den wenigstens ein Hohlraum eingebracht ist, der von einer Temperierflüssigkeit durchströmt ist, die außerhalb des Grundkörpers durch eine Kühlung oder eine Heizung auf die erforderliche Temperatur gebracht wird und von einer Pumpe durch den Hohlraum bewegt wird, wobei jeder Hohlraum als wenigstens ein längliches Rohr geformt ist, das in seinem Verlauf innerhalb des Grundkörpers Krümmungen und/oder Verzweigungen aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Temperiermatratze zur Kühlung oder Erwärmung einer darauf liegenden Person, bestehend aus einem dauerhaft elastischen, etwa plattenförmigen Grundkörper, in den wenigstens ein Hohlraum eingebracht ist, der von einer Temperierflüssigkeit durchströmt ist, die außerhalb des Grundkörpers durch eine Kühlung oder eine Heizung auf die erforderliche Temperatur gebracht wird und von einer Pumpe durch den Hohlraum bewegt wird.
Beim nächtlichen Schlaf liegen die meisten Menschen auf einer Matratze, die in aller Regel ein etwa plattenförmiger Körper ist, der dauerhaft elastisch ist, um sich an die Körperform der darauf schlafenden Person anpassen zu können. Auf aktuellem Stand der Technik sind dafür plattenförmige, aufgeschäumte Kunststoffe sehr häufig. Der Grundkörper einer Matratze besteht häufig aus verschiedenen Schichten, die z. B. einer verbesserten Belüftung dienen oder sich unter der Erwärmung der darauf liegenden Person noch weiter verformen, um den Körper einen noch geringeren Widerstand zu bieten.
In der Regel wird die Temperatur um die Matratze herum durch die Temperatur des jeweiligen Schlafraumes bestimmt, ist also von dessen Heizung oder Kühlung abhängig. Diese Heizung oder Kühlung wird jedoch erst über die Umgebungsluft und durch eine eventuelle Abdeckung des Liegenden hindurch wirksam.
Deshalb sind auf aktuellem Stand der Technik Vorschläge bekannt, die Matratze selbst zur Kühlung oder zur Erwärmung zu nutzen. So nennt z. B. die DE 10 2005 043 846 eine luftdurchlässige Matratze, in die temperierte Luft eingeblasen wird, die zur Kühlung des Liegenden genutzt werden kann. Nachteile dieser Anordnung sind, dass Luft nur relativ wenig Wärme speichern kann, sodass eine relativ große Luftmenge durch die Matratze gedrückt werden muss. Dabei können unerwünschte Fremdkörper, insbesondere Hausstaub und die Ausscheidungen von Milben mitgerissen werden, auf die immer mehr Menschen allergisch reagieren. Ferner ist jede schnellere Luftströmung mit einem oft als unangenehm empfundenen Geräusch verbunden.
An Stelle von Luft nutzt das Gebrauchsmuster DE 20 2007 010 747 ein Fluid als Kühl- oder Heizmittel. Dieses Fluid wird durch Hohlräume in der Matratze gedrückt und soll sie dadurch erwärmen. Dabei sind die Hohlräume entweder große Kammern, die mit einer relativ großen Flüssigkeitsmenge befüllt sind. Alternativ schlägt die Erfindung vor, dass zwei übereinander liegende Folien an ihren Rändern miteinander verschweißt sind und sich dazwischen eine relativ dünne Flüssigkeitsschicht ausbildet.
Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass sich die zugeführte, temperierte Flüssigkeit in den Hohlräumen nach physikalischen Regeln verteilt, was dem tatsächlichen Bedarf häufig genau zuwider läuft: Für Menschen ist der Kühlbedarf bzw. der Wärmebedarf im Bereich des Rumpfes stets am größten, da sich dort hinter jeder Flächeneinheit der Haut relativ am meisten Körpermasse befindet. Diese relativ große Körpermasse sorgt jedoch auch dafür, dass die darunter befindlichen Flüssigkeitskammern komprimiert werden, sodass sich dort vergleichsweise geringe Flüssigkeitsmengen hindurch bewegen. Die gewünschte Temperierungswirkung wird also nicht in den Körperregionen am stärksten sein, wo sie am dringendsten erforderlich ist, nämlich im Bereich des Rumpfes, sondern im Bereich der Gliedmaßen und des Kopfes, wo sie in der Regel eher weniger erwünscht ist.
Auf diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine flüssigkeitsgekühlte oder -beheizte Matratze zu entwickeln, die bei einfachem Aufbau und geringen Betriebskosten eine bestimmte Verteilung der abgegebenen oder aufgenommenen Energiemenge über die Oberfläche der Matratze hinweg ermöglicht.
Als Lösung präsentiert die Erfindung, dass jeder Hohlraum als wenigstens ein längliches Rohr geformt ist, das in seinem Verlauf innerhalb des Grundkörpers Krümmungen und/oder Verzweigungen aufweist.
Das entscheidende Merkmal der Erfindung ist, dass an Stelle eines Hohlraumes mit einer nicht vorhersagbaren und nicht steuerbaren Verteilung der Kühlflüssigkeit ein Rohr als Hohlraum gewählt wird, denn darin ist die Verteilung der Temperatur eindeutig vorhersagbar. Sie hängt unter anderem von der Temperaturdifferenz zwischen der Temperierungsflüssigkeit und der Umgebung, der Strömungsgeschwindigkeit, dem Rohrquerschnitt, der Oberflächenbeschaffenheit, der Innenwand des Rohres und der Viskosität der Temperierungsflüssigkeit ab. Alle diese Parameter sind entweder vor der Dimensionierung der Matratze bekannt oder wirken sich während der Benutzung mit einem vorhersagbaren Verhalten aus, hängen aber nicht von der jeweiligen Position des Schlafenden oder von der jeweiligen Gewichtsverteilung in seinem Körper ab.
Im einfachsten Fall wird das Rohr bei der Herstellung der Matratze in deren Grundkörper eingeformt. Wenn z. B. die Matratze in einer Form aus Kunststoff aufgeschäumt wird, so kann in diese Form ein zylindrischer Körper in Wellenlinien, entsprechend der gewünschten Temperaturverteilung, eingelegt werden oder auf Distanzelementen gelagert werden, sodass er von dem aufschäumenden Kunststoff umschlossen wird und der Kunststoff um den zylindrischen Köper herum ein flüssigkeitsdichtes Rohr bildet. Nach dem Erhärten des Schaums wird der flexible zylindrische Körper heraus gezogen und es bleibt die Form eines Rohres zurück.
Falls die Länge des Rohres so groß ist, dass kein einwandfreies Herausziehen des Formkörpers mehr möglich ist oder trotz eines Gleitmittels auf dem Formkörper die beim Herausziehen auftretenden Zugkräfte so hoch sind, dass sie den umgebenden Schaumstoff der Matratze beschädigen, kann alternativ ein flexibler Schlauch in die Form eingelegt werden und vom Kunststoff umschäumt werden. Dieser Schlauch verbleibt in der Matratze und stellt die Dichtigkeit gegen die Temperierungsflüssigkeit sicher. Auf aktuellem Stand der Technik sind zahlreiche Materialien bekannt, die über die Lebensdauer der Matratze hinweg sowohl eine ausreichende Flexibilität als auch eine ausreichende Dichtigkeit erwarten lassen.
Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, dass die Anordnung des Rohres im Grundkörper der Matratze dem gewünschten Temperaturprofil auf deren Oberfläche entspricht. So wird z. B. meist für den Rumpf eine besonders intensive Temperierung gewünscht, d. h. im Sommer eine stärkere Kühlung und im Winter eine stärkere Heizwirkung als für Kopf und Gliedmaßen.
Es ist jedoch auch möglich, für andere Nutzergewohnheiten angepasste Temperaturprofile zu realisieren. So ist es z. B. möglich, die Beine stärker zu kühlen als den Rumpf oder im Bereichen des Kopfes die Kühlung bzw. die Heizungswirkung zu verstärken.
Eine relativ einfache Ausführungsform zur Erfüllung dieser Forderung ist, dass das Rohr mäandrierend – also in Wellenform – durch den Grundkörper der Matratze hindurch verlegt wird. Dabei sind in Bereich besonders intensiver Temperierung die Abstände der etwa parallel zueinander verlaufenden Rohrabschnitte sehr viel kleiner als in den weniger stark temperierten Bereichen oder – einfacher ausgedrückt – der Abstand von einer Welle zur nächsten ist in den intensiv temperierten Bereichen sehr klein und in den wenig temperierten Bereichen sehr viel größer.
Mit dem Abstand der Wellen zueinander kann ebenfalls korrigiert werden, dass sich die Temperatur der Temperierungsflüssigkeit auf ihrem Weg durch den Grundkörper der Matratze hindurch immer weiter an die Umgebungstemperatur annähert:
Eine beim Eintritt in die Matratze noch relativ warme Temperierungsflüssigkeit ist bei ihrem Austritt schon deutlich abgekühlt bzw. eine kühlende Temperierungsflüssigkeit beim Eintritt noch von sehr niedriger Temperatur und beim Austritt aus der Matratze bereits deutlich erwärmt. Dieses Temperaturgefälle lässt sich ebenfalls durch eine entsprechende Verkleinerung des Abstandes der Wellen zueinander kompensieren.
Dabei wird ein besonders häufig gewünschtes Temperaturverteilungsprofil den Bereich der Matratze für den Rumpf stärker kühlen bzw. intensiver erwärmen als die übrigen Bereiche.
Für ein solches Temperaturverteilungsprofil ist es eine vorteilhafte Ausführungsform, dass im Grundkörper wenigstens zwei Rohre eingebettet sind, deren Einlässe für die Temperierflüssigkeit an der Längsseite des Grundkörpers angeordnet sind und zwar um etwa 1/3 der Gesamtlänge des Grundkörpers von einer Schmalseite entfernt.
Die Auslässe der beiden Rohre sind an den beiden gegenüberliegenden Schmalseiten angeordnet. Damit wird erreicht, dass die beim Eintritt noch besonders warme bzw. besonders kühle Temperierflüssigkeit sogleich den Bereich einer besonders intensiven Temperierung erreicht und dann, wenn ihre Temperierungsfähigkeit bereits nachgelassen hat, Bereiche der Matratze durchströmt, in denen auch eine geringere Temperierung gewünscht ist.
Eine andere Ausführungsform für den Verlauf der Rohre innerhalb des Grundkörpers der Matratze ist eine leiterartige Struktur. Dafür verläuft im Grundkörper ein Zulaufrohr parallel zur ersten Längsseite des Grundkörpers und ein Ablaufrohr parallel zur zweiten Längsseite des Grundkörpers. Zwischen Zulaufrohr und Ablaufrohr verlaufen mehrere Rohre, entsprechend den Sprossen einer Leiter.
Dabei kann es sinnvoll sein, dass der Querschnitt von Zulaufrohr und Ablaufrohr erheblich größer ist als der Querschnitt der übrigen Rohre, da diese das Gesamtvolumen der Flüssigkeit weiterleiten müssen.
Zur Erreichung der gewünschten Temperaturverteilung kann zum einen der Abstand der Rohre zwischen Zulaufrohr und Ablaufrohr variiert werden und zum anderen der Querschnitt einzelner Rohre vorübergehend verkleinert werden. Dadurch wird zusätzlich noch eine Regelung der Temperaturverteilung durch den Benutzer ermöglicht.
Eine einfache Möglichkeit für eine solche Querschnittsverkleinerung wäre ein U-förmiger Bügel, der auf das Rohr aufgesetzt ist und in dessen einen Schenkel eine Stellschraube eingelassen ist, durch welche das Rohr zusammengedrückt wird. Durch diese Querschnitts reduzierung wird der Strom der Flüssigkeit reduziert, sodass die Intensität der Temperierung nachlässt.
In dieser Variante ist eine erfindungsgemäße Temperierungsmatratze auch für medizinische Anwendungen geeignet, bei denen bestimmte Körperpartien besonders erwärmt oder gekühlt werden sollen. Anstelle eines Verbandes oder einer Kühlmanschette muss der Patient nur auf die Matratze in diejenige Position gelegt werden, in der der temperierte Bereich die gewünschte Stelle des Körpers abdeckt. Die Mühen des Anlegens der Manschette oder eines Verbandes entfallen. Zusätzlich ist die Belastung der Haut durch einen Verband eliminiert und geringfügige Lageveränderungen des Patienten sind durchaus möglich. Zur Verstärkung der Temperierungswirkung kann eine isolierte Metallfolie von oben her auf den Patienten gelegt werden, sodass sogar die allseitige Temperierung von Partien der Gliedmaßen möglich ist.
In einer weiteren, alternativen Ausführungsform kann eine erfindungsgemäße Temperiermatratze auch für Behandlungen eingesetzt werden, bei denen eine laufende und regelmäßige Änderung der Umgebungstemperatur sinnvoll ist. Dazu muss der Grundkörper entlang seiner Längsachse in mehrere Bereiche aufgeteilt werden, von denen jeweils ein Bereich mit einem erwärmten Rohr an einen Bereich mit einem gekühlten Rohr grenzt und jeder Bereich abwechselnd von gekühlter und dann wieder von erwärmter Temperierflüssigkeit durchströmt wird.
Auf diese Weise sind Behandlungen ähnlich von Wechselbädern denkbar, jedoch mit drastisch reduziertem Aufwand. Es entfallen nicht nur die Badeeinrichtungen, sondern auch der Personalaufwand zur Wartung der Badeeinrichtungen und Betreuung der Patienten wird stark vermindert. Auch für nicht mehr uneingeschränkt gehfähige Patienten wird so ein Wechselbad möglich. Es ist lediglich erforderlich, dass zu Beginn der Behandlung die Amplitude der Temperaturschwankungen und die Zeitdauer der Intervalle eingestellt werden, dann kann die Behandlung auch ohne Personal ablaufen. Wenn der Patient Probleme empfindet, so kann durch eine Notstopp-Taste die Wechseltemperierung angehalten werden, sodass sich alsbald wieder Normaltemperaturen einstellen.
In Verbindung mit einer Matratzenauflage aus Viskoseschaum, der seine Härte in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, ist sogar eine gewisse Massagewirkung erreichbar. Bei Erhöhung der Temperatur steigt die Elastizität des Viskoseschaums stark an, sodass sie unter dem Gewicht des darauf liegenden Patienten zusammengedrückt wird und sich der Form seiner Oberflächenkontur exakt anpasst. Wenn die Temperatur wieder reduziert wird, so sinkt die Elastizität und der Viskoseschaum verhärtet sich. Damit verbunden ist, dass die Elastizität des Materials wieder sinkt, sodass der Schaum an den zuvor sehr stark komprimierten Stellen mit erhöhter Kraft auf die jeweiligen Körperpartien drückt. Dadurch wird auch für bettlägerige und vollkommen unbewegliche Patienten eine gewisse Massagewirkung erreicht, die jedoch nur so gering ist, dass sie keine Beschädigungen der durch das dauernde Liegen bereits schon stark belasteten Haut verursacht sondern – im Gegenteil – eine förderliche, minimale Massagewirkung.
Eine weitere Möglichkeit, die Temperaturverteilung in Abhängigkeit von den Erfordernissen oder Wünschen des Benutzers sogar durch ihn selbst zu variieren, ist eine in der Höhe zweigeteilte Matratze, die in einer unteren Schicht Führungsnuten enthält, in die der flüssigkeitsführende Schlauch eingelegt werden kann und die dann mit ei ner zweiten Schicht abgedeckt werden kann. Dabei ist der minimale Abstand der Nuten so gewählt, dass derart dicht zueinander verlaufende Rohre die maximale Temperierungswirkung ermöglichen. Wenn der Nutzer dieses wünscht, so verlegt er den Schlauch in Mäandern, wobei keine Nute frei bleibt.
Wenn er jedoch eine geringere Temperierungswirkung wünscht, so lässt er wenigstens eine oder mehrere Nuten frei. Dabei wird in jedem Fall – unabhängig von den jeweils gewählten Abständen – der Schlauch an seinen Krümmungsstellen durch kreisbogensegmentförmige Nuten stets in einem definierten Mindestradius geführt, sodass er nicht abknickt, d. h. seinen Querschnitt reduziert.
Abhängig vom Mindestkrümmungsradius des Schlauches kann es erforderlich sein, dass der Schlauch an seinen Krümmungsstellen einen ¾ Kreis beschreibt, dessen Durchmesser größer ist als der minimale Abstand parallel zueinander führende Schläuche. Daraus ergibt sich, dass nicht alle Krümmungsstellen in einer Reihe angeordnet werden können, sondern abwechselnd in kleinerem und in größerem Abstand von der Längsachse, sodass sich die Schlauchführung nicht überschneidet. Dadurch werden auch die gekrümmten Bereiche des Schlauches in unmittelbarer Nähe zur Oberfläche der Matratze angeordnet, sodass diese Bereiche ebenfalls am Temperierungsvorgang beteiligt sind.
Im einfachsten Fall fließt die Temperierungsflüssigkeit durch die Rohre der Matratze und von dort zu einer externen Kühlung oder externen Heizung. Dabei sollte die Temperierflüssigkeit und das Material der Schläuche so aufeinander abgestimmt sein, dass sich keine Kristalle oder andere Festkörper aus der Temperierflüssigkeit abscheiden und den Schlauch verstopfen könnten.
Falls externe Temperierflüssigkeiten, wie z. B. erhitztes Wasser aus einer Gebäudeheizung, verwendet werden soll, könnten Fremdkörper oder Verunreinigungen mitgerissen werden und die Rohre verstopfen. In diesem Fall ist es sinnvoll, einen Wärmetauscher zwischen den externen Flüssigkeitskreislauf und den matratzeninternen Kreislauf der Temperierflüssigkeit zwischen zu schalten.
Geeignete Temperierflüssigkeiten können Wasser, Öl oder eine Salzhydratschmelze sein. Letztere weist eine besonders hohe Wärmespeicherfähigkeit auf.
Wasser darf keine Verunreinigungen oder Mineralien enthalten, die Ablagerungen bilden könnten oder das Material des Schlauches angreifen. Falls es möglich ist, dass die Matratze Temperaturen unter Null Grad ausgesetzt wird, auch bei Lagerung – besteht das Risiko der Eiskristallbildung und einer Beschädigung der Schläuche. Dann müssen Frostschutzmittel beigemischt werden, die jedoch die Schläuche nicht angreifen dürfen. Öl ist durch seine erhöhte Wärmespeicherfähigkeit nicht mit so hoher Strömungsgeschwindigkeit zu bewegen. Aufgrund seiner elastischen Eigenschaften bildet es nicht so viele Wirbel wie Wasser und strömt daher geräuschärmer. Aber auch viele andere Flüssigkeiten sind denkbar und sinnvoll.
Wenn zum Kühlen kaltes Wasser aus einem Wasserversorgungsnetz eines Gebäudes entnommen wird oder wenn zum Erwärmen warmes Wasser aus der gebäudeinternen Warmwasserversorgung eingespeist wird, ist es eine sehr einfache Möglichkeit, nach dem Durchlauf dieses Wasser der Entwässerung zuzuführen. Falls dabei zu viel Wasser verbraucht wird, kann das abfließende Wasser ohne weiteres als sogenanntes „Grauwasser” für die Spülung von Sanitäranla gen oder andere Reinigungszwecke verwendet werden. Bei der Einspeisung aus einem Gebäudeheizungssystem kann das ausfließende Wasser – so wie bei jedem anderen Heizkörper auch wieder in das Netz zurückgeführt werden.
Wenn aus Mineralstoffen, die im Wasser vorhanden sind, Ausfällungen von Kristallen und daraus resultierende Strömungswiderstände und erhöhte Temperaturübergangswiderstände zu befürchten sind, kann ein Ionenaustauscher das zugeführte Wasser enthärten und damit für einen längeren, störungsfreien Betrieb sorgen.
Eine andere, sehr interessante Möglichkeit zur Temperierung der Temperierflüssigkeit ist ein „Peltier-Element”. Es ist ein Halbleiter, der i. d. R. als eine Platte gefertigt wird, die aus zwei unterschiedlichen Halbleitern besteht, welche ein unterschiedliches Energieniveau der Leitungsbänder aufweisen. Wird ein Strom durch zwei hintereinanderliegende Kontaktstellen dieser Materialien geleitet, so muss auf der einen Kontaktstelle Wärmeenergie aufgenommen werden, damit das Elektron in das energetisch höhere Leitungsband des benachbarten Halbleitermaterials gelangt, folglich kommt es zur Abkühlung. Auf der anderen Kontaktstelle fällt das Elektron von einem höheren auf ein tieferes Energieniveau, sodass hier Energie in Form von Wärme abgegeben wird.
Das Peltierelement ist also eine elektrisch betriebene Wärmepumpe. Die Temperaturdifferenz zwischen seiner heißen und seiner kalten Seite bestimmt sich nach der abgeführten Energiemenge: Wenn die warme Seite – z. B. durch einen Strom der Temperierflüssigkeit – laufend gekühlt wird, so wird die kühlende Seite des Peltierelementes noch kälter. Je nach Bauart und Strom sind so Temperaturdifferenzen zwischen heißer und kalter Seite bis zu etwa 60 Grad erreichbar.
Die besonderen Vorteile eines Peltierelementes sind seine geringe Baugröße und das Fehlen jeglicher bewegter Bauteile. Durch Umkehr der Stromrichtung ist sowohl Kühlen als auch Heizen möglich, sodass ein und dasselbe Peltierelement alternativ als Heizung oder als Kühlung eingesetzt werden kann.
Ein Nachteil jedes Peltierelementes ist sein relativ niedriger Wirkungsgrad, der in diesem Anwendungsfall jedoch durch die Vorzüge der geringen Größe und des einfachen Betriebes aufgewogen wird, zumal die tatsächlich benötigten Kühl- oder Heiz-Leistungen kaum eine Größe von dauernd 200 Watt überschreiten dürften.
Zur Steuerung einer erfindungsgemäßen Temperiermatratze schlägt die Erfindung in einer alternativen Ausführungsform eine externe Baugruppe vor, die eine Eingabe für einen Temperatursollwert und eine Ansteuerung für eine Umwälzpumpe und eine Ansteuerung für die Kühlung oder für die Heizung sowie einen Eingang zur Auswertung eines Temperaturfühlers aufweist. Diese Baugruppe sorgt z. B. dafür, dass ein Peltierelement in derjenigen Richtung von Strom durchflossen wird, in der sich die Seite, die in Kontakt mit der Temperierflüssigkeit steht, abkühlt oder – bei dem Wunsch nach Heizung – erwärmt. Alternativ kann eine andere Kühleinrichtung oder Heizungseinrichtung aktiviert werden oder ein Ventil für den Zulauf von kalter bzw. warmer Temperierflüssigkeit geöffnet werden.
Die externe Baugruppe enthält einen Temperaturwähler für den Benutzer, mit dem er bestimmen kann, ob geheizt oder gekühlt werden soll und welche Temperatur erreicht werden soll. Diesen Befehl setzt die Baugruppe um, indem sie erfasst, welche Temperatur in der Matratze herrscht und welche Temperatur in der Heizungs- oder der Kühlungseinrichtung verfügbar ist. Wenn eine gewisse, vorgegebene Differenz zwischen Soll- und Istwert überschritten wird, aktiviert die externe Baugruppe die Pumpe und die entsprechende Temperiereinrichtung. Nach einer vorgegebenen Zeit oder bei Unterschreiten eines vorgegebenen Mindestwertes für die Soll-Istwert-Differenz wird die Temperiereinrichtung und die Pumpe wieder abgeschaltet. Alternativ zu einer solchen Zweipunktregelung ist auch eine Regelung mit mehreren Stufen für Pumpe und Temperiereinrichtung möglich. Dann sind die Temperaturschwankungen in der Temperiermatratze niedriger, der Komfort also höher, aber auch der Aufwand für die Regelung entsprechend vergrößert.
Der maximale Komfort wird bei einer stufenlosen Regelung erreicht. Dann kann die Temperatur auf Bruchteile von Grad genau konstant gehalten werden. Bei entsprechend großzügiger Dimensionierung der Temperiereinrichtung kann sogar kompensiert werden, dass der Nutzer z. B. abrupt die Bettedecke zurück schlägt und dadurch die Umgebungsluft direkt auf die Matratze wirken lässt.
In den meisten Fällen wird in der Praxis jedoch ein niedriger Anschaffungspreis das wichtigste Kriterium sein, sodass eine einfache Zweipunktregelung reichen muss.
Je anspruchsvoller die Regelung ist, desto genauer muss auch der Soll- und der Istwert erfasst werden. Für eine genaue Istwerterfassung wird es wenigstens je einen Temperaturfühler in der Matratze und in der Temperiereinrichtung geben. Bei weiter erhöhten Ansprüchen sind mehrere Temperaturfühler sinnvoll, die die Temperatur z. B. an verschiedenen Punkten der Matratze erfassen. Aus diesen Werten wird dann ein Mittelwert für die Regelung gebildet.
Wenn jedoch möglichst niedrige Anschaffungskosten das wichtigste Kriterium sind, so ist auch ein Betrieb mit nur einem einzigen Temperaturfühler möglicht. Am Beispiel einer getakteten Regelung für eine Temperiermatratze ohne Wärmetauscher mit nur einem einzigen Flüssigkeitskreis soll die Auswertung dieses einzigen Temperaturfühlers erläutert werden:
in einer Betriebspause der Kühlung oder der Heizung wird – im ersten Schritt – die Pumpe für den Kreislauf der Temperierungsflüssigkeit durch den Grundkörper der Matratze hindurch aktiviert und durch einige Umläufe der Temperierungsflüssigkeit ein gleichmäßiges Temperaturniveau in der Temperierungsflüssigkeit erreicht, das dem Temperaturistwert in der Matratze entspricht. Sobald sich ein stationärer Wert eingestellt hat, wird er – im zweiten Schritt – von der Temperatursteuerung als aktueller Temperaturistwert gespeichert.
Im dritten Schritt wird in der Temperatursteuerung ausgewertet, wie groß die Differenz zwischen dem soeben ermittelten Istwert und dem Sollwert ist. Im vierten Schritt wird proportional zur Größe dieser Differenz die Einschaltdauer der Kühlung oder der Heizung bestimmt. Da in dieser, sehr einfachen Anordnung davon auszugehen ist, dass die Heizung bzw. die Kühlung nicht regelbar ist, sondern beim Einschalten stets die gleiche, konstante Heiz- oder Kühlleistung abgibt, ist der einzige wählbare Parameter die Betriebsdauer. Je länger die Temperierungseinrichtung aktiv ist, desto größer ist die Temperierungswirkung. In Abhängigkeit von der Soll-Istwert-Differenz wird also eine Einschaltdauer berechnet, und in der nächsten aktiven Phase nach der Betriebspause des Schrittes 1 im fünften Schritt die Kühlung oder die Heizung für diese Zeitspanne betrieben.
Der sechste Schritt ist wieder äquivalent zum ersten Schritt. Nach dem Ende der Temperierungsphase und einer gewissen Wartezeit ohne externe Temperierung wird ein weiteres Mal der Temperatur istwert der Temperierungsflüssigkeit durch Aktivieren der Pumpe und Abwarten bis zum Erreichen einer konstanten Temperatur der aktuelle Temperaturistwert erfasst.
Das oben genannte, einfache Mess- und Regelverfahren ist auch dann anwendbar, wenn an Stelle einer besonderen Heizung oder Kühlung nur für die Matratze eine extern zuströmende Temperierungsflüssigkeit genutzt wird. Dann ist die Heizleistung bzw. die Kühlleistung nicht mehr eine bekannte Konstante, sondern muss gemessen werden. Das wird Sinnvollerweise im fünften Schritt des oben genannten Verfahrens durchgeführt und zwar erst dann, wenn die zuvor in der Zuführungsleitung unbewegt verharrende und daher von der Umgebungsluft angewärmte bzw. abgekühlte Flüssigkeitsmenge abgeflossen ist und sich ein stationärer Wert in dem externen Zufluss eingestellt hat. In der Temperatursteuerung wird dann unter Berücksichtigung dieses Temperaturistwertes die Zeitdauer der jeweils aktiven Temperierungsphase bestimmt.
Im Folgenden sollen weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert werden. Dieses soll die Erfindung jedoch nicht einschränken, sondern nur erläutern. Es zeigt in schematischer Darstellung:
1 Perspektivische und zeichnerisch aufgeschnittene Darstellung von zwei verschiedenen Versionen der Temperierungsmatratze
Die Figur zeigt im Einzelnen:
In 1 sind perspektivisch die zwei Ausführungsformen Typ L und Typ M einer erfindungsgemäßen Temperierungsmatratze dargestellt. Von jeder der beiden dargestellten Typen ist auf der rechten Hälfte die jeweils obere Schicht zeichnerisch so weit herausgeschnitten, dass die Rohre 4 und deren Verlauf in dem Grundkörper 1 der Temperiermatratze sichtbar wird. Beide dargestellten Matratzen haben die gleiche Größe, jedoch eine unterschiedliche Führung der Rohre 4. Im oberen Teil ist eine Matratze Typ M mit mäanderförmiger Rohrführung und im unteren Teil vom Typ L mit leiterförmiger Rohrführung dargestellt.
Nur für die obere Matratze ist die Verbindung zu der extern angeordneten Pumpe 3 der externen Kühlung 5 bzw. Heizung 6 und der Energieversorgung dargestellt.
Über die zeichnerischen Bruchkanten der beiden verschiedenen Matratzentypen hinweg liegt eine Person 7 auf den Matratzen. Sie ist an der Schnittlinie der beiden Matratzen ebenfalls in Längsrichtung geschnitten, sodass sichtbar wird, dass im Bereich des Rumpfes, wo das größte Gewicht auf den Matratzen lagert, diese am tiefsten heruntergedrückt werden. Dadurch ist nachvollziehbar, dass in diesem Bereich auch der größte Bedarf an Heizung oder an Kühlung besteht.
Dementsprechend sind in der oberen Matratze vom Typ M die Mäander des Rohres 4 im Rumpfbereich auch mit geringerem Abstand zueinander verlegt als im daran anschließenden Kopfbereich. Ebenso sind bei der Matratze vom Typ L die sprossenartig zwischen dem Zulaufrohr 41 und dem Ablaufrohr 42 verlaufenden Rohre 4 in geringerem Abstand zueinander angeordnet als im Bereich der Beine.
In 1 ist in der Matratze von Typ L gut erkennbar, dass der Querschnitt des Zulaufrohres 41 sehr viel größer ist, als der Querschnitt der Rohre 4, die Zulaufrohr 41 und Ablaufrohr 42 verbinden, da durch das Zulaufrohr 41 auch die gesamte Flüssigkeitsmenge hindurchfließen muss.
In 1 ist im oben dargestellten Matratzentyp M hingegen der Querschnitt des Rohres 4 im gesamten Verlauf konstant, da sich das Rohr nicht verzweigt.
1 zeigt als eine Variante des Typs M, also von mäanderförmig in der Matratze angeordneten Rohren, dass ein erster Zulauf an der Längsseite etwa im oberen Drittel nahe dem Kopfbereich angeordnet ist. Von dort verläuft das Rohr 4 in die Mitte des Bereiches der Matratze, auf dem der Rumpf des Benutzers zu liegen kommt. In diesem Bereich verlaufen die Mäander mit geringem Abstand zueinander. Im anschließenden Hals- und Kopfbereich ist der Abstand der Rohre 4 zueinander sehr viel größer, da dort nur eine geringere Temperierungswirkung erwünscht ist. Im Kopfbereich tritt die Temperierflüssigkeit aus der Matratze aus und wird von der Pumpe 3 angesaugt und zur Kühlung 5 oder zur Heizung 6 gedrückt, wo sie erneut temperiert wird. Der – in 1 nicht dargestellte – untere Bereich der Matratze Typ M enthält ein zweites, gleichartig mäandrierendes Rohr 4.
In 1 ist als Temperierungseinrichtung ein Peltierelement in Form einer Platte eingezeichnet, die auf Windungen des Rohres aufliegt. Abhängig davon, welche Polarität der Stromfluss durch das Pel tierelement hat, erwärmt oder kühlt es die Temperierflüssigkeit 2. Deshalb ist in 1 das gleiche Peltierelement sowohl als Kühlung 5 wie auch als Heizung 6 bezeichnet. In 1 ist schematisch dargestellt, dass das Peltierelement mit einer Gleichspannung versorgt wird, die zu- oder abschaltbar ist. Durch die Kennzeichnung des Pluspols und des Minuspols zusammen mit dem Symbol eines Blitzes wird die elektrische Spannungsversorgung symbolisiert.
Nicht dargestellt ist in 1, dass das Peltierelement durch Umpolen von einer Heizung zu einer Kühleinrichtung wird und umgekehrt.

1: Grundkörper der Temperiermatratze aus elastischem Material
2: Temperierflüssigkeit, fließt in den Rohren 4
3: Pumpe, bewegt die Temperierflüssigkeit 2 in den Rohren 4
4: Rohr, in Grundkörper 1 eingebettet, von Temperierflüssigkeit 2 durchströmt
41: Zulaufrohr zur Versorgung der Rohren 4
42: Ablaufrohr zur Entsorgung der Rohre 4
5: Kühlung für Temperierflüssigkeit 2
6: Heizung für Temperierflüssigkeit 2
7: Person, liegt auf Grundkörper 1 der Temperiermatratze
Typ L: Grundkörper 1 mit leiterförmiger Struktur der Rohre 4, des Zulaufrohres 41 und des Ablaufrohres 42
Typ M: Grundkörper 1 mit mäandrierendem Verlauf der Rohre 4

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005043846 [0004]
- DE 202007010747 U [0005]

Claims

Temperiermatratze zur Kühlung oder Erwärmung einer darauf liegenden Person 7, bestehend aus – einem dauerhaft elastischen, etwa plattenförmigen Grundkörper 1, in den wenigstens ein Hohlraum eingebracht ist, der – von einer Temperierflüssigkeit 2 durchströmt ist, die – außerhalb des Grundkörpers 1 durch eine Kühlung 5 oder eine Heizung 6 auf die erforderliche Temperatur gebracht wird und – von einer Pumpe 3 durch den Hohlraum bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Hohlraum als wenigstens ein längliches Rohr 4 geformt ist, das in seinem Verlauf innerhalb des Grundkörpers 1 – Krümmungen und/oder – Verzweigungen aufweist.
Temperiermatratze nach dem vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – durch unterschiedliche Abstände von benachbarten Abschnitten eines oder mehrerer Rohre 4 zueinander oder – durch unterschiedliche Querschnitte von verzweigten Rohren die Temperatur in verschiedenen Bereichen der Oberfläche des Grundkörpers 1 unterschiedlich ist.
Temperiermatratze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr 4 ein in den Grundkörper 1 eingebetteter, dauerhaft flexibler Schlauch ist.
Temperiermatratze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr 4 mäandrierend durch die Matratze verläuft.
Temperiermatratze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zueinander etwa parallel verlaufenden Abschnitten des Rohres 4 in Bereichen mit besonders intensiver Temperierung geringer ist, als in den übrigen Bereichen des Grundkörpers 1.
Temperiermatratze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Matratze, der den Rumpf der darauf liegenden Person trägt, intensiver temperiert ist wird als die übrigen Bereiche des Grundkörpers 1.
Temperiermatratze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Grundkörper 1 zwei Rohre 4 eingebettet sind, deren Einlässe für die Temperierflüssigkeit 2 an der Längsseite des Grundkörpers 1 angeordnet sind und um etwa ein Drittel der Gesamtlänge des Grundkörpers 1 von einer Schmalseite entfernt sind und deren Auslässe an den beiden gegenüberliegenden Schmalseiten angeordnet sind.
Temperiermatratze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – im Grundkörper 1 ein Zulaufrohr 41 parallel zur ersten Längsseite des Grundkörpers 1 verläuft und – ein Ablaufrohr 42 parallel zur zweiten Längsseite des Grundköpers 1 ausgerichtet ist und – vom Zulaufrohr 41 mehrere Rohre 4 zum Ablaufrohr 42 verlaufen.
Temperiermatratze nach dem vorhergehenden Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt von Zulaufrohr 41 und Ablaufrohr 42 erheblich größer ist als der Querschnitt des Rohre 4.
Temperiermatratze nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Punkt der Rohre 4 ihr Querschnitt vorübergehend verkleinerbar ist.
Temperiermatratze nach dem vorhergehenden Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein U-förmiger Bügel auf das Rohr 4 aufgesetzt ist, in dessen einen Schenkel eine Stellschraube eingelassen ist, durch welche das Rohr 4 zusammendrückbar ist.
Temperiermatratze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundköper 1 entlang seiner Längsachse in mehrere Bereiche aufgeteilt ist, und jeweils ein Bereich mit erwärmten Rohren 4 an einen Bereich mit gekühlten Rohren 4 grenzt und jeder Bereich abwechselnd von gekühlter und dann wieder von erwärmter Temperierflüssigkeit 2 durchströmbar ist.
Temperiermatratze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper der Höhe nach zweigeteilt ist und in wenigstens eine Kontaktfläche der beiden Teile Führungsnuten eingearbeitet sind, in welche ein Schlauch als Rohr 4 einlegbar ist, wobei zahlreiche Führungsnuten in geringem Abstand zueinander verlaufen und beim Einlegen des Schlauches wählbar ist, ob ein nächster Abschnitt des Schlauches in eine direkt benachbarte Führungsnut eingelegt wird oder ob eine oder mehrere Führungsnuten zwischen zwei benachbarten Schlauchabschnitten frei bleiben.
Temperiermatratze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Rohre 4 innerhalb des Grundkörpers 1 und die externen Kühlung 5 oder die externen Heizung 6 ein Wärmetauscher zwischengeschaltet ist, so dass ein interner und ein externer Flüssigkeitskreis entsteht.
Temperiermatratze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierflüssigkeit 2 – Wasser oder – Öl oder – Salzhydratschmelze ist.
Temperiermatratze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Temperierflüssigkeit 2 – zum Kühlen kaltes Wasser aus einem Wasserversorgungsnetz entnommen wird und – zum Erwärmen warmes Wasser aus einer gebäudeinternen Warmwasserversorgung oder aus einem gebäudeinternen Heizsystem oder aus einem Fernheizungssystem entnommen wird.
Temperiermatratze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ionenaustauscher zur Enthärtung des zugeführten Wassers dient.
Temperiermatratze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlung 5 oder als Heizung 6 wenigstens ein Peltier-Element eingesetzt wird.
Temperiermatratze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine externe Baugruppe zur Temperatursteuerung – eine Eingabe eines Temperatursollwertes und – eine Ansteuerung der Pumpe 3 und/oder – eine Ansteuerung der Kühlung 5 und/oder – eine Ansteuerung der Heizung 6 und – einen Eingang zur Auswertung eines Temperaturfühlers aufweist.
Temperiermatratze nach dem vorhergehenden Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ansteuerung der Kühlung 5 – ein Peltierelement in derjenigen Richtung von Strom durchflossen wird, in der sich die Seite, die in Kontakt mit der Temperierflüssigkeit 2 steht, abkühlt oder – eine andere Kühleinrichtung aktiviert wird oder – ein Ventil für den Zulauf von kalter Temperierflüssigkeit 2 geöffnet wird.
Temperiermatratze nach dem vorhergehenden Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ansteuerung der Heizung 6 – ein Peltierelement in derjenigen Richtung von Strom durchflossen wird, in der sich die Seite, die in Kontakt mit der Temperierflüssigkeit 2 steht, erwärmt oder – eine andere Heizeinrichtung aktiviert wird oder – ein Ventil für den Zulauf von warmer Temperierflüssigkeit 2 geöffnet wird.
Temperiermatratze nach dem vorhergehenden Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler – im Grundkörper 1 oder – im Zulauf der Temperierungsflüssigkeit 2 angeordnet ist.
Verfahren zur Temperierung einer Temperiermatratze nach den vorhergehenden Ansprüchen 19 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass – im ersten Schritt in einer Betriebspause der Kühlung 5 oder der Heizung 6 die Pumpe 3 den Kreislauf der Temperierungsflüssigkeit 2 durch den Grundkörper 1 der Matratze hindurch aktiviert und – im zweiten Schritt nach einigen Umläufen deren Temperaturistwert der Temperatursteuerung übermittelt wird und – im dritten Schritt in der Temperatursteuerung ausgewertet wird, wie groß die Differenz zwischen dem aktuell ermittelten Istwert und dem Sollwert ist und – im vierten Schritt proportional zur Größe der Differenz die Einschaltdauer der Kühlung 5 oder der Heizung 6 bestimmt und – im fünften Schritt in der nächsten, aktiven Phase nach der Betriebspause die Kühlung 5 oder die Heizung 6 für diese Zeit betrieben wird und – im sechsten Schritt – der äquivalent zum ersten Schritt ist – nach dem Ende dieser Temperierungsphase und einer gewissen Wartezeit ohne externe Temperierung der Temperaturistwert der Temperierungsflüssigkeit 2 durch Aktivieren der Pumpe 3 das nächste Mal gemessen wird.
Verfahren zur Temperierung einer Temperiermatratze nach dem vorhergehenden Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass im fünften Schritt der Temperaturistwert einer extern zuströmenden Temperierungsflüssigkeit 2 erst dann gemessen wird, wenn die in der Zuführungsleitung unbewegt verharrende Flüssigkeitsmenge abgeflossen ist.