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Eiichi Ito
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und Teruchika Taura Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung
einer warmeabgebenden Masse für Wärmekissen zum Wärmen des menschlichen Körpers.
indem als Wärmequelle ein Metallpulvergemisch verwendet wird, das bei Vorhandensein
von Wasser und Sauerstoff Wärme erzeugt und auf ein Wärmekissen, das diese Masse
enthält.
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Man kennt bereits ein Wärmekissen, in dem durch Zugabe einer wässrigen
tösung eines Salzes eines metallischen Halogenids (z.B. NaCl. KCl, Carl2. FeCl3,
FeCl2, MgCl2 oder AlCl3) oder eines metallischen Sulfats (z.B. Na2604, K2S04, Fe(S04)3,FeS04
oder MgS04) zu einer Mischung aus Aktivkohle und warmeabgebendem Metall (z.B. Eisenpulver
und dgl.) eine Masse bereitet wird, die in einem einzelnen Kissen enthalten ist,
um so unter Luftzufuhr Warme zu erzeugen. Wenn solch eine wärmeabgebende Masse von
Luftzufuhr getrennt gehalten wird, wird fortlaufend Wasserstoff erzeugt. der sich
in dem Kissen ansammelt, mit der Zeit eine hohe Konzentration erreicht, das Kissen
gelegentlich aufbläht und daher die Gefahr einer Entzündung und Explosion während
der Aufbewahrung mit sich bringt. Die im Handel erhältlichen, herkömmlichen Wärmekissen
sind meist so aufgebaut. daß ein wärmeabgebendes Metall und ein Reaktionshelfer
voneinander getrennt in einem ventilierbaren, inneren Kissen enthalten sind, das
in einem nicht ventilierbaren, äuBeren Kissen eingeschlossen ist. Soll das Kissen
benutzt werden, so muB das äußere Kissen aufgebruchen, das innere herausgenommen
und zum Mischen des Inhalts geschüttelt und geknetet werden. Wird die Masse nicht
genügend gemischt. so verringert sich die Wärmeerzeugungsdauer, das Eisenpulver
verhärtet sich blockartig und vermittelt ein verändertes Wärmeempfinden.
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Eiichi Itu und Teruchika Taura Die Beschaffenheit der Füllung ist
so kompliziert, daß die Herstellungsrate nicht vergrößert werden kann, und die Kosten
für die Herstellung relativ hoch liegen.
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Um den oben genannten Problsmen abzuhelfen, ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine wärmeabgebende Masse zur Verfügung zu stellen. bei der das wärmeabgebende
Metall und der Reaktionshelfer nicht voneinander getrennt. sondern miteinander vermischt
sind, die exothermen Eigenschaften wie Warmeempfindung und Warmeerzeugungsdauer
nicht beeingträchtigt werden und weder Entzündungs- noch Explosionsgefahr besteht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst,durch eine warmeabge bende
Masse für Wärmekissen, die wie folgt bereitet wird: 20 bis 25 Gewichtsteile eines
Eisenpulvers werden mit einer Mischun aus faser- und kuhlenstoffhaltigem Pulver
vermengt, das mit einer Lösung imprägniert wird, deren Herstellung durch Auflösen
einer geeigneten Menge von Neutralsalz in 8 bis 15 Gewichtsteilen einer wässrigen
Lösung aus 0.5 bis 1-normalem Alkali oder alkali schem, schwach sauerem Salz erfolgt.
Diese Masse läßt man dann unter Verschluß altern.
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Die erfindungsgemäße wärmeabgebende Masse führte zu folgenden Ergebnissen:
I. Mittels der oben genannten. verbesserten wärmeabgebenden Masse ist die Herstellung
eines Wärmekissens möglich,bei dem die Wasserstuffbildung unterbunden wird, obwohl
das wärmeabgebende Metall und der Reaktionshelfer in einem Kissen miteinander vermischt
sind. und bei dem - auch bei langer Aufbewahrung - weder Entzündungs- noch Explosionsgefahr
besteht, noch die exothermen Eigenschaften beeintrachtigt werden.
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Eiichi Ito und Teruchika Taura II. Das wärmedbgebende Metall (Eisenpulver)
und der Reaktionshelfer (wässrige Salzlösung, kohlenstoff- und faserhaltiges Material,
Wasser und dgl.), werden gleichmaßig miteinander vermischt. und die Bildung von
Wasserstoff wird durch Zugabe einer geeigneten Menge von Alkali oder alkalischem.
schwach sauerem Salz zum Altern unterbunden. Oesi halb unterliegt die Qualität des
Produktes keinen Schwankungen und zeigt zweckmäßige Wärmeerzeugungsdauer sowie ausgezeichnete
Wärmeempfindung.
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III. Da die wärmeabgebende Masse aus einem einzigen Gemisch besteht.
benotigt man lediglich: a) ein inneres, einen ventilierbaren Abschnitt aufweisendes
Kissen sowie ein äußeres, nicht ventilierbares Kissen zum Verpacken oder Versiegeln
des ersteren oder b) ein Kissen, daß nur an einem bestimmten Abschnitt ventilierbar
ist, auf den ein luftundurchlässiger Aufkleber aufgebracht wird.
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Im Gegensatz zu dem Kammerprinzip der herkömmlichen Kissen» läßt
sich das erfindungsgemäße leicht herstellen und bei hoher Geschwindigkeit automatisch
füllen, wodurch die Pruduktionskosten gesenkt werden.
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IV. Wählt man die in III a) aufgezeigte Möglichkeit, so wird das innere
Kissen bei Benutzung aus dem äußeren herausgenommen und kann so am menschlichen
Körper getragen werden. Wählt man die in III b) aufgezeigte Moglichkeit, so wird
der Aufkleber von dem inneren Kissen abgezogen und dieses so am menschlichen Körper
getragen.
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Eiichi Ito und Teruchika Taura Deshalb ist also das erfindungsgemäße
Wärmekissen in seiner Anwendung weniger kompliziert als das herkömmliche Kissen,
bei dem die wärmeabgebende Masse nicht ein einziges Gemisch bildet.
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Das der Erfindung zugrundeliegende Experiment ergibt sich aus folgendem
Vergleich der jeweiligen exothermen Wirkungsweise und der bei abgeschnittener Luftzufuhr
entstehenden Wasserstoffmenge (während der Aufbewahrung) einer herkömmlichen warmeabgebenden
Masse mit der erfindungsgemäßen wärmeabgebenden Masse: 1. Verfahren zur Messung
der Menge des gebildeten Wasserstoffs Ein Behälter mit einer Zuführ- und einer Abführleitung
wurde in seinem mittleren Abschnitt mit einer bestimmten Menge einer jeden Probe
gefüllt. so daB Stickstoffgas damit in Berührung kommen und vorbeiströmen konnte.
Dieser Behälter wurde in einen thermostatischen Tank eingesetzt und bei einer vurher
festgelegten Temperatur gehalten. Flaschenstickstoff wurde bis zu einem bestimmten
Feuchtigkeitsgrad bei einer bestimmten DurchfluBmenge befeuchtet und über eine Leitung
der Zuführleitung zugeführt. Das mit der Probe in Berührung gekommene Gas durchströmte
über eine Leitung einen an die Abführleitung angeschlossenen Gas-Chromatographen
und einen Durchflußmesser. und die durch die Probe gelieferte Menge des pro Stunde
gebildeten Wasserstoffs wurde aus dem analysierten Wert der Wasserstoffkonzentration
in dem ausgeströmten Stickstoffgas und aus dem gemessenen GasdurchfluB errechnet.
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Eiichi Ito und Teruchika Tauro 2. Verfahren zur Messung der Wärmeerzeugung
(Warmeempfindungstest) Ein rechteckiges, flaches, inneres Kissen mit effektiven
Außenabmessungen von 6cm Breite und 12cm Lange wurde durch Warmeschmelzen einer
aus einem Faservlies (von 40g/m2) und einer Polyäthylenschickt (von 70 Mikron) laminierten
Folie am außeren Umfang, bis auf ein Ende, verschlossen und hatte 230 Gasporen mit
0,5mm Durchmesser, die zur Ventilierung in eine Oberfläche gestochen wurden. Dieses
Kissen wurde jeweils mit einer bestimmten Menge jeder Probe gefüllt. an dem einen
Ende durch Wärmeschmelzen verschlossen und in ein äußeres, aus einer nicht ventilierten
Schicht bestehendes Kissen eingeschlossen.
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Bei dem Testverfahren wurde das innere Kissen aus dem außeren herausgenommen,
einemal zusammengedrückt, um Luft einzulassen und unter der Unterwäsche eng an den
menschlichen Körper angelegt. Der Zeitpunkt, zu dem das innere Kissen aus dem äußeren
herausgenommen wurde, galt als Ausgangszeit, die bis zum Erreichen einer angenehmen
Temperatur benötigte Zeit, galt als Anstiegszeit, die bis zu einer Temperaturabnahme
von 40°C verstrichene Zeit, galt als Wärmeerzeugungsdauer. Dabei wurde jede Probe
unter denselben Bedingungen getestet.
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3. Herstsllungsbedingungen für die Probe Eine Mischung aus 29g eines
Eisenpulvers, 4.5g einer pulverisierten Aktivkohle als kohlenstoffhaltiges Material
und 6g Holzpulver als Fasermaterial wurde zu den entsprechenden Proben verarbeitet.
Oie oben beschriebene Mischung aus Ak-
Eiichi Ito und Teruchika
Tauro tivkohle und Holzmehl wurde mit einer wässrigen Lösung eines Salzes - wie
in der nachfolgenden Tabelle aufgezeigt - oder einer durch Auf lösen von Salzsäure
in einer normalen Lösung aus Alkali oder alkalischem, schwach sauerem Salz hergestell
ten Lösung imprägniert und zur Herstellung der Probe mit Eisenpulver vermischt.
Jede Probe ließ man unter Verschluß 15 Stunden altern. Danach wurden die Proben
getestet.
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Es wurde sozusagen auf die herkömmliche warmeabgebende Masse Bezug
genommen, der NaOH und Ba(OH)2 als Alkali und Na2C03, NaHC03 Lind Ne3P04 als alkalisches,
schwach saures Salz zugefügt wurde.
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Es wurden folgende Proben hergestellt und unter den gleichen Bedingungen
getestet: Bekannte wärmeabgebende Massen (a,b), erfindungsgemäße wärmeabgebende
Massen, denen Alkali oder ein alkalisches, schwach saueres Salz zugegeben wurde
(c bis j) und Massen, die kein Salz enthielten und denen Alkali oder alkalisches,
schwaches Sauersalz zugegeben wurde (k und 1).
| Probe zugefügte Salzmenge zugegügte Mengs von Alkali oder |
| in g alkalischem, schwach sauerem |
| Salz in ml |
| a FeCl3 1,5 reines Wasser 10 |
| b NaCl 1,5 |
| c 1N NaOH |
| d u " 0,1N NaOH |
| e 0,05N NaOH |
| f u es 0,1N Ba(OH)2 |
| g " es 1N Na2C03 es |
| h 0,1N Na2CD3 es |
Eiichi Ito und Teruchika Tauro
| i i NaCl 1.5 0,1N NaHC03 10 |
| j " " 0,1N Na3PO4 " |
| k keine 0 1N NaOH " |
| 1 keine 0 1N NaHC03 |
4. Testergebnisse I. Menge des erzeugten Wasserstoffs Da die Menge des erzeugten
Wasserstoffs einer jeden wärmeabgebenden Masse nach 50 Std. nach Zuführung von Stickstoffgas
einen stabilen Wert zeigte. wurde der Meßwert jeder Probe nach 50 Std. nach Beginn
gezeigt. Die Temperatur der Masse wurde auf Raumtemperatur gehalten (18°C) und 400C.
Die Feuchtigkeit wurde beim Sättigungspunkt und bei Testtemperatur gehalten.
| Probe Menge des erzeugten Wasserstoffs (ml pro Stunde) |
| bei Raumtemperatur (18°C) bei 400C |
| a 1,2 3,1 |
| b o,15 0,3 |
| c O 0,001 |
| d 0,014 0.025 |
| e 0,035 0,06 |
| f 0,04 0,038 |
| g 0,005 0.024 |
| h 0,03 0.063 |
| i 0,035 0.06 |
| J 0,02 0,04 |
| k O 0 |
| 1 0 0 |
Eiichi Ito und Teruchika Taura II. Wärmewirksamkeit
| Probe Anstiegszeit (min) Zeitdauer (Stund.) Wärmegefühl |
| a 3 20 angenehm (Temp. |
| ziemlich hoch) |
| b 5 20 angenehm |
| c 16 36 zieml. gering |
| d 3 27 angenehm |
| e 5 26 angenehm (Temp. |
| ziemlich hoch) |
| f 3 24 angenehm |
| g 17 32 ziemlich gering |
| h 3 25 angenehm |
| i 4 25 angenehm |
| J 3 24 angenehm (Temp. |
| ziemlich hoch) |
| k keinn 0 keine Wärmeer- |
| zeugung |
| 1 keine 0 keine Wãrmeer- |
| beugung |
Wenn der Masse zum Altern eine 0,05-1N wassrige Lösung eines Alkali zugeführt wurde,
konnte die Menge des erzeugten Wasserstoffs der wärmeabgebenden Masse kleiner gehalten
werden, als die Menge von Wasserstoff, der die nicht ventilierbare Schicht des äußeren
Kissens durchdrang, und die Gefahr konnte somit beseitigt werden.
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Eiichi Ito und Teruchika Taura Wenn das nicht ventilierbare Kissen
mit den Massen (c bis j) der vorliegenden Erfindung gefüllt wurde und bei normaler
Temperatur aufbewahrt wurde. konnte kein Aufblähen des Kissens beobachtet werden.
Die Wasserstoffkonzentration innerhalb des Kissens erwies sich geringer als 0,1.
Somit wurde bestätigt, daß keine Gefahr bestand. Bei den Kissen, die mit den herkömmlichen
Massen (a und b) gefüllt wurden. lag die Wasserstoffkonzentration bei 5 bis 9a.
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Das Zusatzmittel, eine wässrige 1N Alkalilösung, zeigte gute Werte
bezüglich der Wärmeerzeugungsdauer, die Werte der Anstiegs zeit waren nicht zufriedenstellend
und das Wärmeempfinden relativ gering. 0,1N Alkali oder alkalisches, schwach saueres
Salz als Zusatzmittel zeigten hingegen eine schnellere Anstiegszeit, besseres Wärmeempfinden
und längere Wärmeerzeugungedauer. als die herkömmlichen Massen. Die Konzentration
von 0.1 bis 0,5N aus Alkali oder alkalischem, schwach sauerem Salz zeigte gute Ergebnisse
in Bezug auf Wärmeempfinden und -dauer.
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Sogar dann, wenn die wärmeabgebende Masse versiegelt und nach dem
Mischen für 10 Stunden zum Altern liegen gelassen wurde» konnte die Wasserstofferzeugung
weitgehend verhindert werden.
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Der Alterungsprozess bei versiegeltem Zustand über 15 Stunden erwies
sich als vorziehenswert. Die Proben k und 1 zeigen den Fall auf, bei dem der wärmeabgebenden
Masse eine wässrige Lösung aus Alkali oder alkalischem Sauersalz zugegeben wurde,
der das Salz entzogen worden war. Hierbei ergab sich keine Wärmeerzeugung, und die
erzeugte Wasserstoffmenge zeigte einen Wert Null.
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Wie oben bereits beschrieben, ist die Wasserstofferzeugung bei der
erfindungsgemäßen wärmeabgebenden Masse. im Gegensatz zu her kömmlichen Massen,
sehr gering. wodurch keine Gefahr besteht und sich die exothermen Eigenschaften
als ausgezeichnet erweisen.
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Eiichi Ito und Teruchika Taura Die Herstellungsrate kann bei der
erfindtingsgemäßen Masse, im gegensatz zu der Masse nach dem Stand der Technik (Kammerprinzip).
verdoppelt werden, wodurch die Herstellungskosten nicht unwesentlich reduziert werden.
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Es folgt die Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Wärmekissens, gefüllt mit der erfindungsgemäßen wärmeabgebenden
Masse, in Zusammenhang mit den Zeichnungen: Es zeigt: Fig. 1 eine perspektivische
Ansicht, teilweise im Querschnitt, eines erfindungsgemäßen Wärmekissens, Fig. 2
eine perspektivische Ansicht, teilweise im Querschnitt, eines inneren Kissens des
erfindungsgemäßen Wärmekissens.
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Oer Aufbau des Kissens ist wie nachstehend erläutert: Ziffer 1 bezeichnet
eine wärmeabgebende Masse, die hergestellt wird, indem 25g eines Eisenpulvers. 4,5g
Aktivkohle, 6g Holzmehl und 1,5g Tafelsalz gemischt und dieser Mischung 10 cc von
0,1N NaOH zugegeben werden. die Mischung in einen verschlossenen bzw.
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versiegelten Behälter gegeben und zum Altern liegen gelassen wird.
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Diese wärmeabgebende Masse 1 befindet sich in einem inneren Kissen
2. Das innere Kissen 2 wird nach dem bereits erwähnten Prinzip hergestellt, das
heißt, daB eine aus Faservlies von 40g/m2 und 70'Mikron Polyäthylen laminierte.
nicht ventilierbare Folie 3 verwendet wird, aus der ein flaches Rechteck mit effektiven
Aussenabmessungen von 8cm Länge und 12cm Breite hergestellt und durch Wärmeschmelzen
4 an drei Seiten verschlossen wird. Das Kissen zeigt einen ventilierbaren Bereich
5. bestehend aus 230 Gasporen mit einem Durchmesser von O,Smm, die auf einer
Eiichi
Ito und Teruchika Taura Seite in die Oberfläche eingestochen sind. Auf diesen ventilierbaren
Bereich 5 wird mit einer Acrylharzpaste ein nicht ventilierbarer Aufkleber 6 aufgeklebt.
Ziffer 7 bezeichnet ein äußeres Kissen 7, das das innere Kissen einschließt. Dieses
Kissen besteht aus einer nicht ventilierbaren Folie 8, das heißt» aus einer transparenten
KOPET-Folie, die durch Laminieren von 15 Mikron Polypropylen an der Außenseite und
50 Mikron Polyãthylen an der Innenseite hergestellt und außen mit Vinylidenchlorid
überzogen wird. Aus dieser Folie wird ein rechteckförmiges Kissen 7 mit effektiven
Aussenabmessungen von 11 cm Länge und 16 cm Breite hergestellt und durch Wärmeschmelzen
9 an drei Seiten verschlossen. Ein Seite bleibt offen. Das innere, mit der wärmeabgebenden
Masse 1 gefüllte Kissen 2, wird in das äußere Kissen 7 eingelegt. Das äußere Kissen
7 wird dann durch Wärmeschmelzen an der offen gebliebenen Seite verschlossen, um
so das Wärmekissen 11 zu bilden. Ziffer 12 bezeichnet eine Einkerbung am äuBeren
Kissen 7. Durch diese Einkerbung 12 wird eine Seite des Kissens 7 aufgerissen, um
das innere Kissen 2 zur Benutzung dls Wärmekissen 11 herauszunehmen.
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Beispiele Es wurden sechs Proben der oben erwähnten warmeabgebenden
Masse hergestellt. Drei Kissen ohne Aufkleber und drei Kissen mit Aufkleber-wurden
jeweils mit den Proben unter denselben Bedingungen gefüllt, durch Wärmeschmelzen
verschlossen und jeweils in die äußeren Kissen gepackt, die dann wiederum durch
Wärmeschmelzen verschlossen wurden. Es waren also insgesamt sechs verschlossene
Proben vorhanden.
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Am 1. April 1977 begann man mit den lange dauernden Tests bzw.
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Versuchen. Um die Wärmeerzeugungsdauer von Anfang an bestimmen zu
können, wurde jedes Kissen mit und jedes Kissen ohne Aufkleber verwendet. Dann wurde
jedes Kissen mit und ohne Aufkleber neben ein sonniges Fenster gelegt. Jedes der
Kissen mit Aufkle-
Eiichi Ito und Teruchika Taura ber und ohne
Aufkleber wurde in ein schattiges Zimmer gelegt.
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Nun wurde beobachtet und aufgezeichnet, wie sich Aussehen und Warmeerzeugungsdauer
innerhalb eines Jahres veränderten.
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Folgende Ergebnisse wurden erzielt: Äußeres Aussehen:
| Art der Probe Probe ohne Aufkleber Probe mit Aufkleber |
| Ort der Aufbe- Renster- schattiger Fenater- achettiger |
| wahrung seite Raum seite Raum |
| April 1977 keine Män- kning Män- keine Män- Leine Män- |
| gel gel gel gel |
| @uni 1977 " " " " " |
| August 1977 Ansammlung " " " " |
| von Wasser- |
| tropfen im |
| äußeren |
| Kissen, |
| inneres Kis |
| sen feucht |
| Oktober 1977 innerea Kig- äußeres " |
| sen zu 2/3 Kis@en |
| feucht,viel zeigt Wöl- |
| Wasser im bungen an |
| äußeren Kis- der Innen- |
| sen vorhan- seite, |
| den inneres Kie- |
| sen zum Tni) |
| feucht |
| Oezember 1977 " " " " |
| Februar 1978 " " " " |
| April 1978 " " " " |
| Juni 1978 " " " " |
Eiichi Ito und Teruchika Taura Praktischer Test (Wärmeerzeugungsdauer
bei Verwendung) Probe ohne Aufkleber Probe mit Aufkleber April 1977 27 Std. 27 Std.
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Juni 1978 Fensters. schatt. Raum Fensters. schatt. Raum 12 Std. 18
Std. 24 Std. 27 Std.
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Wenn die Probe ohne Aufkleber neben ein sonniges Fenster gelegt wurde.
verdampfte der Wassergehalt der wärmeabgebenden Masse bei steigender Temperatur
sehr stark. Bei absinkender Temperatur während der Nacht, was das innere Kissen
von Wassertropen feucht bzw. naB. und nach einiger Zeit vermehrte sich die Wassermenge
an der Außenseite, wodurch das Kissen an der Oberfläche fleckig wurde. Die Qualität
und die Wärmeerzeugungsdauer verschlechterten sich beträchtlich. Bei der Probe mit
dem Aufkleber war das Kissen dagegen, unabhängig von der Aufbewahrung neben dem
Fenster oder in einem schattigen Raum, weder nass bzw. feucht von Wasser tropfen'an
der Oberfläche, noch waren nennenswerte Schwankungen in Bezug auf die Wärmeerzeugungsdauer
zu verzeichnen, verglichen mit Testbeginn und Testende. Die Probe hat sich also
als für lange Aufbewahrung geeignet erwiesen.
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L e e r s e i t e