DE29622369U1 - Vorrichtung zur Umsetzung menschlicher Körperbewegungen in Wärme - Google Patents

Vorrichtung zur Umsetzung menschlicher Körperbewegungen in Wärme

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Description

Wedenig / Aschl / Lerchner 14885
Vorrichtung zur Umsetzung menschlicher Körperbewegungen in Wärme
Bei kalter Witterung reicht die eigene Körperwärme häufig nicht aus, um eine Unterkühlung, insbesondere der Füße und Hände zu verhindern. Zwar sind Heizeinrichtungen für Schuhe und Handschuhe bekannt, die auf chemischem Weg, z.B. mit Brennstoff oder elektrisch mit Batterien Wärme erzeugen. Sie weisen jedoch nur eine begrenzte Betriebszeit auf, bevor sie neu mit Brennstoff versorgt bzw. mit neu aufgeladenen Batterien bestückt werden müssen. Zudem sind sie meist unbequem, kostspielig und wenig robust.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Heizvorrichtung für den menschlischen Körper bereitzustellen, die sich durch eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer sowie Bequemlichkeit und relativ geringe Kosten auszeichnet.
Dies wird erfindungsgemäß mit der im Anspruch 1 gekennzeichneten Vorrichtung zur Umsetzung von Körperbewegungen eines Menschen in Wärme erreicht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein oder mehrere Piezoelemente auf, auf das bzw. die bei der entsprechenden Körperbewegung Druck ausgeübt wird, um elektrische Energie zu erzeugen. Die von dem bzw. den Piezoelementen erzeugten Energieimpulse werden nach dem Gleichrichten einer Einrichtung zur Speicherung elektrischer Energie, also einem oder mehreren Kondensatoren oder Akkumulatoren zugeführt.
Mit einer elektrischen Heizeinrichtung wird die so erzeugte bzw. gespeicherte elektrische Energie konstant in Wärme umgewandelt. Erfindungsgemäß erfolgt die Umsetzung der Energie von Körperbewegungen des Menschen in Wärme also unter Zuhilfenahme des Piezoeffekts.
Vorzugsweise ist zur Speicherung der elektrischen Energie in dem Kondensator bzw. Akku eine elektronische Regel- und Steuereinheit vorgesehen. Die Regel- und Steuereinheit kann dabei durch den Energieimpuls des Piezoelements aktiviert werden. Der von dem Piezoelement erzeugte Energieimpuls kann zugleich einen elektronischen Temperaturfühler zur Steuerung der Energiezufuhr zu der Heizeinrichtung aktivieren. Auf diese Weise wird das Piezoelement zugleich als Schalter verwendet.
Der elektronische Temperaturfühler, der die Energiezufuhr zu der Heizeinrichtung steuert, bewirkt eine Reduzierung der Leistung der Heizeinrichtung oder schaltet sie ab, wenn eine vom Menschen angenehm empfundene Temperatur von beispielsweise zwischen 25°C und 35°C erreicht ist.
Die Heizeinrichtung kann durch eine Folie, Matte oder dgl. flexible Schichtstoff mit Widerstandsdrähten gebildet sein. Der Schichtstoff ist dabei an die Größe und individuelle Form des Benutzers anpaßbar. Bei Verwendung einer Heizfolie kann diese beispielsweise eine Dicke von 1 mm bis 3 mm aufweisen .
Die Heizeinrichtung kann ferner durch einen Mikrowellengenerator gebildet sein, wobei die Mikrowellen über einen Strahler, wie ein Metallgeflecht, eine metallische Schicht oder dgl. abgestrahlt werden. Das heißt, die von bestimmten Körperbewegungen des Benutzers mit dem Piezoelement erzeugte elektrische Energie wird durch eine entsprechende Elektronik in Mikrowellen umgewandelt und dann abgestrahlt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umsetzung von Körperbewegungen eines Menschen in Wärme kann, insbesondere in der Kleidung, einschließlich Schuhen und Handschuhen, angeordnet sein. So kann sie beispielsweise in eine Schuheinlage integriert sein, die in einen herkömmlichen Schuh gelegt wird oder sie kann in die Schuhsohle eingearbeitet sein. Desgleichen kann sie in einer Einlage angeordnet sein, die in einen herkömmlichen Handschuh gegeben wird oder sie kann in einen Handschuh integriert werden.
Darüberhinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch in der Kleidung selbst, insbesondere in der Unterwäsche vorgesehen sein. Auch kann die Heizeinrichtung an einer anderen Stelle vorgesehen sein als das oder die Piezoelemente. So ist es beispielsweise denkbar, die Piezoelemente in einer Schuheinlage oder in der Schuhsohle vorzusehen und die Heizeinrichtung z.B. in einem Ohrschützer.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann jedoch auch beispielsweise an Geräten vorgesehen sein, die handbetätigt werden, beispielsweise in Griffen, um diese zu beheizen.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht einer Schaltung der Vorrichtung;
Fig. 2 eine teilweise Seitenansicht einer Schuhsohle mit Fuß;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Variante der Schuhsohle nach Fig. 2, wobei die weiche Auflage und dgl. die Schuhsohle nach oben abdeckende Teile weggelassen sind;
Fig. 4
und 5 einen Schnitt durch die Schuhsohle nach Fig. 3 entlang der Linie IV-IV bzw. V-V.
Gemäß Fig. 1 weist die Vorrichtung mehrere parallel geschaltete Piezoelemente 1 auf, die mit einer elektronischen Regel- und Steuereinheit 2 verbunden sind, die eine Gleichrichterschaltung aufweist. An die Regel- und Steuereinheit 2, die mit einer kleinen Spannungsquelle 3 zur Stromversorgung der Elektronik versehen ist, ist ein Kondensator 4 und ein Temperaturfühler 5 angeschlossen, ferner ein Heizwiderstand 6, der durch einen Draht 7 gebildet wird, der in oder auf einer Folie, Matte oder dgl. flexiblen Schicht meanderförmig angeordnet ist.
Wenn beispielsweise mit der Hand oder dem Fuß auf die Piezoelemente 1 Druck ausgeübt wird, werden elektrische Spannungsimpulse erzeugt, die durch die Gleichrichterschaltung in der Regel- und Steuereinheit 2 gleichgerichtet werden, worauf die elektrische Energie in dem Kondensator 4 gespeichert wird. Die in dem Kondensator 4 gespeicherte elektrische Energie wird durch die Regel- und Steuereinheit 2, die ihrerseits durch den Temperaturfühler 5 gesteuert wird, dem Heizwiderstand 6 zugeführt, wodurch die mit dem Fuß (Ferse und Ballen) auf die Piezoelemente 1 ausgeübte Druck in elektrische Energie übergeführt wird. Die gewonnene Energie kann bis zu etwa 30 Watt betragen.
Die elektronische Regel- und Steuereinheit 2 gibt die im Kondensator 3 gespeicherte Energie gleichmäßig an den Heizwiderstand 6 weiter. Der sich so zunehmend erwärmende Heizwiderstand 6 gibt die Wärme an die Umgebung, also beispielsweise den Fuß oder die Hand ab.
Mit dem Temperaturfühler 5 wird die Temperatur im Bereich des Fusses oder der Hand überprüft und bei Erreichen der
I« · 5»
Maximalteinperatur die Stromzufuhr unterbunden, und zwar solange bis diese Temperatur unter diese Maximaltemperatur von beispielsweise 30°C absinkt und damit ein Wiederaufheizen notwendig ist.
Nach einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform ist die Regel- und Steuereinheit 2 mit einem Mikrowellengenerator versehen. Der Heizwiderstand 6 ist dabei durch ein mit dem Mikrowellengenerator verbundenes Metallgeflecht ersetzt, das auf oder in der Folie, Matte oder dgl. flexiblen Schicht 8 angeordnet ist. Das Metallgeflecht, mit dem die Mikrowellen abgestrahlt werden, kann auf einer Metallfolie oder -schicht angeordnet sein, welche einen Reflektor für die Mikrowellen bildet.
Bei dieser, nicht dargestellten Ausführungsform setzt die Mikroelektronik die gewonnene und gespeicherte Energie also in Mikrowellen um. Auch bei dieser Ausführungsform prüft der Temperaturfühler 5 die Temperatur im Bereich des Fusses oder der Hand, wobei er bei Erreichen der Maximaltemperatur die Mikrowellenerzeugung abschaltet. Das Wiedereinschalten des Mikrowellengenerators bzw. Wiederaufheizen erfolgt nach Abkühlung unter die eingestellte Temperatur.
Bei der Schuhsohle 10 nach Fig. 3 ist auf einer Schicht 11 aus Schaumgummi, Filz oder dgl. flexiblem Schichtstoff, abgesehen von einem Randbereich 12, ein Heizwiderstand 6 in Form eines feinen Metallgitters angeordnet. Im Bereich des Metallgitters 6, und zwar im Fußballenbereich 13 und im Fersenbereich 14 der Schuhsohle 10, sind Piezoelemente 1' und 1'' angeordnet. Während die Piezoelemente I1 im Fußballenbereich 13 als Biege-Piezoelemente ausgebildet sind, sind die Piezoelemente l'1 im Fersenbereich 14 durch Druck-Piezoelemente gebildet.
Der Randbereich 12 stellt einen variablen Zuschnittbereich der Schuhsohle 10, insbesondere im Zehen- und Fersenbereich dar. Im konkaven und damit belastungsfreien Bereich 16 des Fusses 15 zwischen dem Fußballenbereich 13 und dem Fersenbereich 14 ist in der Sohle 10 die Regel- und Steuereinheit 2 angeordnet, die über Leitungen 17, 18 mit den Piezobiegeelementen 1' bzw. den Druck-Piezoelementen I1' verbunden ist.
Der Heizwiderstand 6 ist mit der Regel- und Steuereinheit 2 über Anschlüsse 21, 22 verbunden.
Die Regel- und Steuereinheit 2 mit den Anschlüssen 21, 22 sowie der Spannunsquelle 3 und dem Kondensator 4 (Fig. 1) sind bei der Ausführungsform nach Fig. 3 bis 5 in ein plattenförmiges Gehäuse 20, z.B. auf Epoxidharz, eingegossen und damit wasserfest geschützt.
Mit den Biege-Piezoelementen 1' erfolgt eine Energieerzeugung beim Biegen der Schuhsohle 10 im Ballenbereich 13, wenn die betreffene Person geht bzw. mit dem Fußballen auftritt. Durch die Druck-Piezoelemente l'1 werden durch den Druck des Fußes im Fersenbereich 14 Spannungsimpulse von beispielsweise je 6 Volt, bei vier Piezoelementen I1', also von 24 V erzeugt.
Wie aus Fig. 4 und 5 ersichtlich, sind die Druck-Piezoelemente l'1 und das Gehäuse 20 auf einer unverbiegbaren Auflage 24, z.B. einer Metallplatte, angeordnet. Zwischen der Leiterplatte 25 der Elektronik 2 und der Metallplatte 24 ist der Kondensator 4 angeordnet. An der Unterseite der Schuhsohle 10 ist eine Wärmeisolationsschxcht 26 vorgesehen. Der an die Regel- und Steuereinheit 2 angeschlossene Temperaturfühler ist in Fig. 5, wie in Fig. 1 mit "5" bezeichnet.
Gemäß Fig. 4 sind die Druck-Piezoelemente I11 im Fersenbereich 14 in einer Ausnehmung an der Oberseite der Trägerschicht 28 angeordnet. Unterhalb der Piezoelemente I11 ist eine unverbiegbare plane Auflage 27 vorgesehen, an die die Spannungsabnehmer 18 angeschlossen sind. Mit der Platte 29, die als Kunststoffteil ausgebildet sein kann, wird das Körpergewicht von der Ferse auf die Piezoelemente 1'' konzentriert. Die Platte 29 verjüngt sich dazu nach unten zu den Piezoelementen 1" . Der Heizwiderstand 6 wird nach oben durch eine luftdurchlässige weiche Auflage, beispielsweise aus Schaumgummi, abgedeckt.

Claims (19)

Wedenig / Aschl / Lerchner 14885 Schutzansprüche
1. Vorrichtung zur Umsetzung von menschlichen Körperbewegungen in Wärme, gekennzeichnet durch wenigstens ein Piezoelement (1, 1', I1')/ auf das bei Bewegung Druck ausgeübt wird, zur Erzeugung elektrischer Energieimpulse, eine Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten der von dem Piezoelement (1, I1, I1') erzeugten elektrischen Energieimpulse, einer Einrichtung zum Speichern der elektrischen Energie und einer Heizeinrichtung zur Umwandlung der elektrischen Energie in Wärme.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speicherung der Energie eine elektronische Regel- und Steuereinheit (2) vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Speicherung der elektrischen Energie durch wenigstens einen Kondensator (4) oder Akku gebildet wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel- und Steuereinheit (2) durch den Energieimpuls des Piezoelements (1, 1', I1') aktivierbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronischer Temperaturfühler (5) zur Steuerung der Energiezufuhr zu der Heizeinrichtung vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (5) durch den Energieimpuls des Piezoelements (1, 1', 1'') aktivierbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (5) derart ausgebildet ist, daß die Umwandlung der elektrischen Energie der Heizeinrichtung bei Erreichen einer vorgegebenen, vom Menschen als angenehm empfundenen Temperatur reduziert oder unterbunden wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung durch einen Heizwiderstand (6) gebildet wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung durch einen Mikrowellengenerator und einen Strahler zur Abstrahlung der von dem Mikrowellengenerator erzeugten Mikrowellen gebildet wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellenstrahler auf einer Metallschicht als Reflektor für die Mikrowellen angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Piezoelement (1) durch ein Biege-Piezoelement (I1) oder ein Druck-Piezoelement (l'!) gebildet wird.
12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Schuh, einem Handschuh oder in einem Kleidungsstück angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Griff angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie in eine Schuheinlage oder Sohle (10) integriert ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schuheinlage oder Sohle (10) wenigstens ein Biege-Piezoelement (I1) im Fußballenbereich (13) und
wenigstens ein Druck-Piezoelement reich (14) aufweist.
im Fersenbe
16. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Regel- und Steuereinheit (2) und/oder der Kondensator (4) im konkaven Fußbereich (16) zwischen dem Fußballenbereich (13) und dem Fersenbereich (14) angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel- und Steuereinheit (2) in ein Gehäuse (20) eingegoßen ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine biegefeste Auflage (27) vorgesehen ist, auf der das Druck-Piezoelement ordnet ist.
ange-
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Druck-Piezoelement (I1') unter einer Platte (29) angeordnet ist.
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