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Die Erfindung betrifft eine Funktionsbekleidung zur Körperkühlung.
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Bei körperlichen Tätigkeiten in heißen klimatischen Zonen kann der natürliche Kühlmechanismus durch die Verdunstung von Schweiß nicht ausreichend ausgeschöpft werden. Die Folge ist Ermattung und Ermüdung durch die Überhitzung des Körpers. Entsprechende Bekleidung besitzt bislang keine aktiven und passiven Möglichkeiten den produzierten Schweiß hinreichend zu verdunsten um eine Kühlwirkung zu erzielen. Vielmehr wird der Schweiß von der Kleidung aufgesaugt und kann außer durch diffusive Prozesse nur langsam verteilt werden. Erst wenn durchnässte Zonen mit der Umgebung in Kontakt treten findet eine Verdunstung statt, die aber nicht körpernah erfolgt und somit von den Trägern nicht als kühlend empfunden wird.
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Zur Änderung der Körpertemperatur ist aus der weltweiten Patentanmeldung
WO 2017/132 672 A1 ein Kleidungsstück zur Regulierung der Temperatur eines Trägers bereitgestellt. Das Kleidungsstück umfasst ein Gewebe, das so gestaltet ist, dass es vom Träger getragen werden kann. Der Stoff enthält Kanäle, die parallel zu einer primären Oberfläche des Stoffes verlaufen. Das Kleidungsstück enthält ein verzweigtes Schlauchnetz zur Zirkulation einer wärmenden Flüssigkeit. Das verzweigte Röhrennetz ist in den Kanälen des Stoffes angeordnet. Das verzweigte Schlauchnetz umfasst eine Vielzahl von Schläuchen, wobei mindestens ein Ende jedes Schlauchs der Vielzahl von Schläuchen verzweigt und mit zwei oder mehr Tochterschläuchen verbunden ist, wobei die Verbindung einen Verzweigungswinkel zwischen 1 und 359 Grad einschließlich aufweist. Das Röhrennetz hat mindestens zwei Ebenen von Verzweigungen.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2004 002 287 A1 offenbart ebenfalls ein Kleidungsstück zur Personenklimatisierung, zumindest abschnittsweise, bestehend aus oder versehen mit wenigstens einem mehrlagigen, zwischen zwei Schichtlagen luftdurchlässigen Abstandsgewirke, bei dem eine äußere und eine innere Schichtlage, die parallel zueinander verlaufen und randseitig dicht miteinander verbunden sind, über eine Vielzahl von zwischen ihnen verlaufenden Fasern aus einem steifen Fasermaterial voneinander beabstandet sind, wobei die äußere Schichtlage luftdurchlässig und die innere Schichtlage zumindest bereichsweise luftdurchlässig ist, und bei dem wenigstens eine Lufteinblasöffnung vorgesehen ist.
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In der europäischen Patentschrift
EP 1 966 035 B1 wird ein Verfahren zum Wärmen eines Motorradfahrers vorgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte: Übertragen von Wärme aus der Atmosphäre zu einem thermisch bzw. Warme leitenden, auf einem Motorrad angeordneten Element mithilfe des Peltier-Effekts, und Zirkulieren von Arbeitsflüssigkeit in einem geschlossenen Kreislauf von dem Wärme leitenden Element durch ein von dem Motorradfahrer getragenes Kleidungsstock über eine Einlasskupplung bzw. -verbindung in dieses hinein und eine Auslasskupplung bzw. - verbindung aus diesem hinaus und dann zurück zu dem Warme leitenden Element, wobei sowohl die Einlasskupplung als auch die Auslasskupplung abtrennbar sind, um es dem Motorradfahrer zu gestatten, vom Motorrad abzusteigen, während er das Kleidungsstück noch trägt.
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In der US-amerikanischen Offenlegungsschrift
US 2006/0 174 392 A1 wird aber ein Kleidungsstück zur Kühlung des Körpers eines Trägers beschrieben das ein im Wesentlichen gasundurchlässiges erstes Substrat und ein gasdurchlässiges zweites Substrat so angebracht ist, dass sie einen Hohlraum bilden. Zwischen dem ersten und zweiten Substrat ist mindestens ein Abstandshalterelement vorgesehen. Mindestens eines der ersten und zweiten Substrate umfasst vorzugsweise eine Vielzahl von erhabenen Vorsprüngen auf einer Oberfläche innerhalb des Hohlraums und das gasdurchlässige zweite Substrat eine Vielzahl erhabener Vorsprünge auf der Oberfläche außerhalb des Hohlraums und in der Nähe des Körpers des Trägers. Der Hohlraum ist so beschaffen, dass er an eine Gasversorgung angeschlossen werden kann, so dass das Gas in den Hohlraum strömt und durch das gasdurchlässige zweite Substrat strömt.
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Für die Herstellung des entsprechenden Mediums offenbart die Offenlegungsschrift
DE 10 2010 052 573 A1 eine Luftkonditionierungsanlage, insbesondere zur Entwärmung des menschlichen Organismus beim Tragen von Schutzbekleidung, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftkonditionierungsanlage einen Kompressor, einen Druckminderer, ein Magnetventil, einen Schalldämpfer, eine Heizung, eine Volumenmessstrecke, eine Kühlung, einen Sensor Heizung, eine Regeleinheit Heizung, einen Sensor Kühlung, eine Regeleinheit Kühlung aufweist und Luft mit einer rel. Luftfeuchte von<< 5 % bei einem Luftstrom von mindestens 600 l/min in einem Temperaturbereich von 20 °C bis 34 °C konditioniert.
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Abschließend ist aus der Patentschrift
DE 10 2018 001 319 B4 ein aktiver Kühlanzug sowie ein Verfahren zu dessen Anwendung bekannt.
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Der aktive Kühlanzug weist ein Gebläse, ein Schlauchsystem und eine zu kühlende Zone auf, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse ein leistungsoptimiertes Radialgebläse ist, das Schlauchsystem sich verzweigt und Querschnitte des Schlauchsystems mit zunehmendem Verzweigungsgrad abnehmen und die zu kühlende Zone von einem flexiblen Rahmenelement begrenzt wird.
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Die Nachteile dieser bekannten Lösungen bestehen insbesondere darin, dass die Einrichtungen aus sehr unterschiedlichen Materialen bestehen, deren Reinigung und Pflege verschiedene Maßnahmen benötigt. Darüber hinaus offenbaren die Einrichtungen nur Teillösungen eines Gesamtsystems und bieten keine vollintegrierte Lösung.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher die Körperentwärmung mittels eines kombinierten Gesamtaufbaues vorzustellen, welcher die vollautomatisierte Körperkühlung autark ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Der Vorteil der Erfindung liegt zunächst in einem mehrlagigen Aufbau der Funktionsbekleidung zur Körperkühlung.
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Ein Funktionshirt wird direkt auf der Haut getragen. Das Funktionsshirt ist angenehmen zu tragen, hautfreundlich und vor allem einfach waschbar. Außerdem sind in bzw. auf das Funktionsshirt Membranen aufgedruckt, die aktiv Schweiß in sog. Power-Zonen transportieren.
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Als Power-Zonen werden Bereiche des menschlichen Körpers bezeichnet, die bei körperlicher Betätigung vermehrt Schweiß produzieren, beispielsweise der Bereich der Schulter, des Rückens und der Brust. In diesen Power-Zonen ist die Kühlung besonders effizient und wird vom Träger als angenehm empfunden.
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Die Membranen sind offenporig etwa 5 cm lang und transportieren den Schweiß von den Außenbereichen in die Powerzonen aufgrund kapillarer Effekte. Durch den Transport wird die Kühlleistung erhöht, jedoch die zu kühlende Fläche verringert, dass macht die erfindungsgemäße Funktionsbekleidung besonders effektiv. Optimale Geometrien der aufgedruckten Membranen sind beispielsweise fraktale Farn- oder Baumgeometrien, deren Stämme in den Power-Zonen enden und deren Spitzen in entfernte Bereiche ragen.
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Erfindungsgemäß werden die Power-Zonen gekühlt, indem ein Funktionspad über der Power-Zone platziert wird. Dies erfolgt erfindungsgemäß mithilfe einer Funktionsjacke, in der die Funktionspads in den Bereichen der Power-Zonen wie beispielsweise Schultern Rücken oder Brust fixiert werden. Die Funktionspads sind geeignet, abhängig von der Lüfterleistung, einen gleichmäßigen Luftstrom der Umgebungsluft zur Verdunstung des Schweißes in den Power-Zonen zu erzeugen.
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Für diesen Zweck sind Lüfter direkt an den Funktionspads integriert oder die Funktionsjacke weist ein Schlauchsystem zur Versorgung der Funktionspads auf. In letzterem Fall sind die Schlauchleitungen derart in der Funktionsjacke verlegt, dass die Bewegungsmöglichkeiten des Oberkörpers nicht eingeschränkt werden.
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Neben dem Schlauchsystem weist die Funktionsjacke auch ein Leitungssystem zur elektrischen Versorgung der Lüfter auf, sofern notwendig, aber zumindest als Datenleitung der Sensoren des Systems. Das elektrische Leitungssystem wird besonders vorteilhaft durch leitfähige Textilbänder realisiert. Das leitfähige Textilband ist aus elastischem Garn und einem isolierten Kupferleiter gewirkt. Die elektrischen Leiter sind wellenförmig angeordnet, um so die Elastizität zu gewährleisten. Der elektrische Widerstand beträgt ca. 0:5 Ohm/m. Die Dicke des Leiters ist ca. 0:9 mm. Die Anzahl der Leiterbahnen kann verändert werden. Ein Textilband mit zwei Leiterbahnen übernimmt die Stromversorgung eines Lüfters. Bei drei Leiterbahnen übernimmt es neben der Stromversorgung auch die Signalübertragung von den Sensoren.
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Die Sensoren sind kombinierte Temperatur und Feuchtigkeitssensoren, aufgrund deren Messwerte die Lüfterleistung autark geregelt wird.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Hardware für die Regelung, der Lüfter und die Energieversorgung separat in einem Gürtel untergebracht sind.
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Die Aufteilung hat den Vorteil, dass die Funktionsjacken, nach der Entnahme der Funktionspads, ebenfalls wie die Funktionsshirts wie einfache Textilen handhabbar und vor allem waschbar sind.
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Der Gürtel kann aus Leder bestehen und weist jedenfalls entsprechende Taschen für die Aggregate auf. Die Anbindung der Sensoren ist mittels eines elektrisch leitenden Textilbandes dargestellt. Der Gürtel wird über einen Klettverschluss umgeschnallt. Der Schlauchanschluss an den Lüfter erfolgt über einen Aufsteckmechanismus, die Sensoren werden über einen Kabelstecker verbunden und können jederzeit wieder abgezogen werden. Der Schlauch wird direkt an das Funktionspad angeschlossen. Bei mehreren Pads wird ein zweiter Lüfter integriert, der ebenfalls im Gürtel platziert werden kann. Die Luftverteilung auf die Pads erfolgt durch Y-Stücke.
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Zuletzt ist die Funktionsbekleidung zur Körperkühlung ausgelegt um völlig autark die Körperkühlung zu regeln. Mithilfe der Sensoren werden die körpernahen Luftverhältnisse erfasst und die Lüfterleistung entsprechend geregelt.
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Für die Anwendung der Lüftersteuerung sind maßgeblich die Temperatursensoren interessant, da die Messung der Lufttemperatur für die Steuerung des Lüfters signifikant ist. Aus den gemessenen Werten der Temperatursensoren, die im Expansionsraum der Funktionspads integriert sind, wird ein Mittelwert für die Temperatur berechnet. Dieser Temperaturmittelwert wird für die Drehzahlsteuerung des Lüfters verwendet. Darüber hinaus ist die Feuchtemessung von Interesse, da die Feuchteentwicklung innerhalb der Strömungspads ein Maß für die Kühlung darstellt. Bei guter Verdunstung muss bei Betrieb des Systems die Feuchte gegenüber der Umgebungsfeuchte zunehmen. Bei optimaler Feuchteaufnahme ist die Luft vollständig mit Feuchte gesättigt und kann dann keine weitere Feuchte aufnehmen. Da die Luft im Funktionspad stetig durch die Luftzufuhr ausgetauscht wird kann kontinuierlich Feuchte aufgenommen werden. Im Fall, dass die Umgebungsbedingungen bereits so sind, dass eine Luftfeuchtigkeit von nahezu 100 % herrscht, ist die Aufnahmekapazität an Feuchte gering. Bei einem trockenen Außenklima jedoch ist die Feuchtaufnahme maximal möglich, da die zugeströmte Luft nahezu trocken ist. Steigt die Temperatur (Mikroklima innerhalb des Funktionspads) an, so kann die Luft generell mehr Feuchte aufnehmen, daher ist es sinnvoll den Stoffübergang also die Verdunstung zu forcieren. Dies wird durch die aktive Beströmung durch den erzeugten Luftstrom bewirkt. Dementsprechend ist die Lüfterdrehzahl zu erhöhen, um den Stoffaustausch zu erhöhen und damit die Kapazität für die Feuchteaufnahme zu vergrößern. Der Arbeitsbereich des Lüfters ist aktuell wie folgt festgelegt (kann aber je nach Einsatzgebiet angepasst werden):
- Temperaturbereich: Tmin = 16 °C; Tmax = 36 °C
- Drehzahlbereich: nmin = 40 %; nmax = 100 %
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Infolgedessen wird der Lüfter durch eine entsprechende Abfrage der Temperaturwerte erst dann eingeschaltet, wenn die Lufttemperatur im Funktionspad T
min erreicht hat. Die Lüfterdrehzahl wird dann auf n
min eingestellt. Die Temperaturwerte mehrerer Sensoren werden hierbei vorab gemittelt. Der Mittelwert wird daraufhin für die Abfrage des Temperaturwertes verwendet. Die stufenlose Steuerung der Drehzahl erfolgt linear zwischen dem min- und max-Wert der Temperatur. Bei einer aktuell gemessenen mittleren Temperatur von T
akt kann dann mit einer Geradengleichung die entsprechende Drehzahl ermittelt werden. Diese wird in Form einer Spannungserhöhung realisiert.
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Die aktuelle Lüfterleistung wird auf einem Miniaturdisplay angezeigt. Das Miniaturdisplay gibt den aktuellen Lüfterdrehzahl wieder, dabei ist es sehr smart und emittiert wenig Licht und ist daher unauffällig. Das Miniaturdisplay wird in ein Textil durch eine Klettverbindung integriert und die Ausgaben sind frei programmierbar.
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Es zeigt die einzige 1 erfindungsgemäße Funktionsbekleidung zur Körperkühlung.
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Es zeigt 1 den Torso eines Menschen 1, über einem Funktionsshirt mit aufgedruckten Membranen (nicht dargestellt) befindet sich eine Funktionsjacke 2. In die Funktionsjacke 2 ist ein Funktionspad 3 integriert und fixiert das Funktionspad 2 über einer Power-Zone des Funktionsshirts bzw. des darunterliegenden menschlichen Körpers. Um die Taille des Menschen ist ein Gürtel 4 geschlungen, der die Aggregate 5 zur Leistungsversorgung und die Steuerung aufnimmt. Die Aggregate 5 sind über ein Schlauch- und Leitungsnetz 6 mit den Funktionspads 3 verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Torso
- 2
- Funktionsjacke
- 3
- Funktionspad
- 4
- Gürtel
- 5
- Aggregate
- 6
- Schlauch- und Leitungsnetz
