DE4025636A1 - Heizeinrichtung mit flexibler schaltung - Google Patents

Description

Es ist bekannt, Kleidungsstücke, wie z. B. Stiefel, mit einer elektrischen Heizeinrichtung zu versehen, die aus elektrischen Leitern besteht. Diese Leiter werden mit einer Batterie verbunden, so daß beim Stromdurchfluß die elektrischen Leiter erwärmt werden. Die erzeugte Wärme wird dann auf die Körperteile übertragen, um besonders bei sehr niedrigen Temperaturen dem Benutzer einen entsprechenden Komfort zu bieten. Die für die elektrischen Leiter verwendeten Drähte weisen jedoch einen relativ großen Durchmesser auf, so daß infolge der beim Tragen des Stiefels auf diese Leiter übertragene Biegebewegung leicht einen Bruch der Leiter und somit eine Unterbrechung des Stromes hervorgerufen werden kann.

Der im Anspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Heizeinrichtung für Kleidungsstücke zu schaffen, die ein bequemes Tragen der Kleidungsstücke bei gleichzeitig langer Haltbarkeit der Heizeinrichtung ermöglicht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Stiefel, in den die Heizeinrichtung mit flexibler Schaltung eingesetzt ist, in schematischer Darstellung;

Fig. 2 die in Fig. 1 in Verbindung mit dem Stiefel gezeigte Heizeinrichtung in vergrößerter Draufsicht;

Fig. 3 die ähnlich wie bei Fig. 1 in einen Stiefel eingesetzte, eine flexible Schaltung aufweisende Heizeinrichtung mit wiederaufladbarer Stromquelle;

Fig. 4 eine Einlegesohle, die mit der eine flexible Schaltung aufweisenden Heizeinrichtung verwendbar ist;

Fig. 5 einen vergrößerten Teilquerschnitt der in Fig. 4 gezeigten Einlegesohle, in die die Heizeinrichtung mit flexibler Schaltung eingearbeitet ist;

Fig. 6 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Heizeinrichtung mit flexibler Schaltung, die in Form eines Handschuheinsatzes ausgebildet ist, in schematischer Darstellung; und

Fig. 7 ein Schaltdiagramm, das eine betriebsbereite elektrische Schaltung für die Zufuhr von elektrischer Leistung zur Heizeinrichtung verdeutlicht.

In Fig. 1 ist ein Stiefel 10 dargestellt, der ein Stiefeloberteil 11 sowie eine Sohle 12 aufweist, die an einem Ende in einer Sohlenspitze und an ihrem gegenüberliegenden Ende mit einem Absatz 13 endet. Die Heizeinrichtung 14 mit flexibler Schaltung umfaßt ein längliches Isoliermaterial, in das eine Vielzahl von im Abstand angeordneten, elektrisch verbundenen Leiterstreifenabschnitten eingebettet ist, so daß ein Dünnfilm oder eine Schicht aus Kunststoffmaterial die leitenden Streifen unter Ausbildung eines einstückigen Aufbaus aufnimmt und ohne Brechen oder Durchtrennen der elektrischen Leiter umgebogen bzw. zusammengefaltet werden kann. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, weist die flexible, biegsame Schaltung (Kabel) eine Vielzahl von parallelen, im Abstand angeordneten elektrischen Leiterabschnitten 15 und 16 auf, die zwischen Lagen aus eine Isolierung bildenden Kunststoff gehalten werden, so daß die Isolierung die benachbarten Leiterabschnitte 15, 16 einerseits elektrisch trennt und diese in ihrer gegenseitigen Lage unter Ausbildung eines einstückigen Gegenstands bzw. Elements fixiert.

Wie aus Fig. 2 im einzelnen ersichtlich, bilden die elektrischen Leiterabschnitte 15, 16 der flexiblen Schaltung längs des mittleren Abschnitts bzw. zentralen Teils 17 Busleitungen aus und enden an dem einen Zehenbereich 20 darstellenden Ende in einer gekrümmten bzw. gebogenen Bahn aus elektrischen Leiterabschnitten, die ein paralleles Muster aus Schleifen 18 nahe dem Ende der flexiblen Schaltung ausbilden. Beim Übergang vom zentralen Teil 17 zum Zehenbereich 20 ist eine Faltlinie 21 dargestellt, um die die flexible Schaltung umgeschlagen werden kann, so daß der Zehenbereich 20 auf der Oberseite eines Teils des zentralen Teils 17 aufliegt. Dieses Umschlagen bzw. Umfalten ist in Fig. 1 deutlich zu ersehen, wobei der Zehenbereich 20 unter den Zehen und vielleicht unter den Fußballen des Benutzers zu liegen kommt, wenn dieser den Stiefel 10 trägt. In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, daß die Heizeinrichtung 14 im wesentlichen eben und flach ist und eine geringe Dicke aufweist, wobei jeder der elektrischen Leiter als flacher Streifen mit einer im Vergleich zum Durchmesser üblicher Heizdrähte wesentlich reduzierten Dicke ausgebildet ist.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, erstreckt sich das Absatzteil 22 der Heizeinrichtung 14 in den Stiefelabsatz 13. Die elektrische Leistung für die Heizeinrichtung 14 wird von Batterien 23 geliefert, die in den Absatz 13 des Stiefels 10 eingesetzt sind. Falls gewünscht, kann für die Stromversorgung auch ein Batterie-Pack 24 verwendet werden, das am Saum des Stiefeloberteils 11 lösbar befestigt werden kann, wobei dann sich vom Batterie-Pack 24 elektrische Verbindungsleitungen zu den die Busleitungen bildenden elektrischen Leiterabschnitten 15, 16 erstrecken. In vielen Fällen kann die Stromquelle auf der Heizeinrichtung 14 selbst befestigt werden, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, wobei dann ein EIN/AUS-Schalter 25 vorgesehen ist.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist der Stiefel 10 mit einem externen Batterie-Pack 19 versehen, das mit Hilfe eines Clip 29 am Saum des Stiefels 10 lösbar befestigt wird. Wie vorstehend erläutert, stellt die flexible Heizeinrichtung 14 eine separate Einheit dar, die in bezug auf ihre Stromquelle und Heizelement einen integralen Aufbau aufzeigt, so daß die Heizeinrichtung 14 in das Innere des Stiefels 10 so eingesetzt werden kann, daß sie auf der Oberfläche der Sohle 12 aufliegt. Da die Heizeinrichtung 14 aus einer flexiblen Schaltung besteht, die dünne Leiterstreifen aufweist, wird während der normalen Bewegung des Fußes des Benutzers beim Laufen oder Rennen und der dadurch bedingten Beanspruchung der Heizeinrichtung keine Schwächung der Leiterstreifen hervorgerufen. Die Leiterstreifen sind im Querschnitt schmal und dünn, so daß Biegebewegungen ohne Aufbau mechanischer Spannungen leicht absorbiert werden können.

Wie aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich, kann die Heizeinrichtung in Kombination mit einer Einlegesohle oder einem Dämpfungspolster verwendet werden. Wie aus Fig. 4a ersichtlich, weist die Einlegesohle 26 auf der oberseitigen Schicht eine Vielzahl von Lochungen 27 auf, die eine Querventilation zur Feuchtigkeitsabsorption und Feuchtigkeitsübertragung ermöglichen. Die unterseitige Schicht der Einlegesohle 26 stellt, wie aus Fig. 4b ersichtlich, eine fortlaufende Fläche bzw. Schicht 28 dar, die keine Lochungen aufweist. Die mit Lochungen 27 versehene Schicht und die keine Lochungen aufweisende Schicht 28 sind entsprechend an den gegenüberliegenden Seiten einer Innenschicht 30 aus Neopren festgeklebt, wie dies aus Fig. 5 ersichtlich ist. Aus Fig. 5 ist ferner ersichtlich, daß die Heizeinrichtung 14 ein Isoliermaterial aufweist, das die Leiterstreifen 31 umgibt. Die Innenschicht 30 schafft einen Dämpfungseffekt und dient als thermischer Isolator, der Temperaturen von 50 Grad unter Null widersteht. Die Einlegesohle 26 unterstützt und wirkt als Korrekturmittel für leichte natürliche orthopädische Unvollkommenheiten, die bei einer Bewegung in x-, y- und z- Richtung auftreten. Wird die mehrschichtige, laminare Einlegesohle 26 mit dem Stiefel 10 kombiniert, so sind die Isolationseigenschaften von heiß nach kalt ganz bemerkenswert. Wird die Einlegesohle 26 in bezug auf die Dicke eines Stiefels oder Schuhs gesehen, so bietet diese eine bedeutsame Isolierung gegenüber einem "elektrischen Schlag", die darauf zurückzuführen ist, daß die Innenschicht 30 zwischen dem Körper des Stiefel- bzw. Schuh-Trägers und Erde vorgesehen ist. Die Heizeinrichtung 14 wird am vorderen Teil der Einlegesohle 26 so befestigt, daß der Zehenbereich 20 auf der Oberseite aufliegt und die elektrischen Leiter um die Faltlinie 21 gebogen sind. Es ist nochmals darauf hinzuweisen, daß infolge der Feinheit und der Breite der individuellen Leiterstreifen ein Biegen an der Faltlinie 21 erfolgen kann, ohne daß dabei die Leiterstreifen an dieser Stelle einer Abtrennung oder einer mechanischen Beanspruchung oder Ermüdung unterliegen.

In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem ein Einsatz 32 für einen Handschuh aus einer isolierenden handschuhartigen Hülle 33 besteht, in die ein Leiterstreifen unter Fortführung des vorstehend erwähnten Konzepts einer flexiblen Schaltung eingebettet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Leiterstreifenabschnitte bzw. Busleitungen 34 und 35 vorgesehen, an deren den Fingern zugewandten Enden ein Leiterstreifenabschnitt anschließt, der in Form übergreifender, pilzähnlicher Schleifen durch die Fingerspitzen des Einsatzes 32 verläuft und eine kontinuierliche elektrische Bahn ausbildet. Ein derartiger in den Fingerspitzen vorgesehener Schleifenaufbau ist in Fig. 6 mit dem Bezugszeichen 36 gekennzeichnet. Jeder sich längs des Fingerteils erstreckende Leiterstreifenabschnitt, d. h. der zum Schleifenaufbau 36 hinführende und der vom Schleifenaufbau 36 zurückführende Leiterstreifenabschnitt verläuft in einer ungleichförmigen, beispielsweise sinusförmigen Bahn, so daß eine Zugentlastung während des Abbiegens der Hand des Benutzers beim Einführen in den Handschuheinsatz 32 vorgesehen wird. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, sind pro Fingerteil zwei Zugentlastungen 37 und 38 vorgesehen. Diese Zugentlastungen 37 und 38 sind vorzugsweise an den Stellen vorgesehen, an denen die Fingergelenke und somit die Biegestellen sich normalerweise befinden. Ebenso kann ein Batterie-Pack 39 vorgesehen sein, das eine wiederaufladbare Batterie oder einzelne Speicherzellen im Falle von normalen Batterien enthält. Das Batterie-Pack 39 weist Anschlußklemmen auf, die, falls der Handschuheinsatz vom Benutzer getragen wird, zu Leiterklemmen passen, die an den Enden der Busleitungen bzw. Leiterstreifenabschnitte 34 und 35 vorgesehen sind. Es ist zu bemerken, daß der Handschuheinsatz 32 in das Innere eines üblichen Handschuhs eingesetzt wird und nicht als Handschuh selbst benutzt wird. Demzufolge ist das Isoliermaterial der Hülle 32 äußerst dünn und filmartig, wobei jedoch eine ausreichende Dicke zur gegenseitigen elektrischen Isolierung der mit niedriger Spannung betreibbaren Leiterstreifenabschnitte eingehalten wird.

Das Batterie-Pack 39 kann eine Schaltverzögerung wie auch einen geeigneten EIN/AUS-Schalter aufweisen, und zwar ähnlich wie dies in der Schaltung 40 in Fig. 2 dargestellt ist.

Beim schleifenförmigen Leiterstreifenaufbau im Zehenbereich 20, der in Fig. 2 gezeigt ist, wie auch beim schleifenförmigen Leiterstreifenabschnitt in jedem der Finger des Handschuheinsatzes 32 verlaufen die Leiterstreifenabschnitte parallel zu den Linien der Kraft, die auf diese während des Tragens des Stiefels oder des Handschuhs üblicherweise ausgeübt wird. Demzufolge verlaufen die Schaltungsbahnen in gleicher Richtung wie die Linien der Kraft, die auf die Heizeinrichtung mit flexibler Schaltung einwirkt.

In Fig. 7 ist die in Fig. 2 schematisch angedeutete Schaltung 40 im einzelnen dargestellt. Diese Schaltung 40 umfaßt eine Stromquelle 41, die mit einer Spule 42 zum Ziehen eines Heizstromes verbunden werden kann. Der Widerstand der Spule 42 kann wahlweise geändert werden, indem ein geringfügiger Anteil des Materials entfernt wird, der einen Teil des Spulenwiderstands bildet. Zum Beispiel kann eine Vielzahl von verdickten Materialschichten, wie z. B. die Leiterschichten 43, wahlweise geätzt werden, wodurch Material auf chemischem Wege entfernt werden kann, um somit den Widerstand der gesamten Spule 42 auf einen bestimmten Wert zu ändern. Eine Lichtquelle 44 zeigt an, daß eine Inbetriebnahme vorliegt und daß die Heizschaltung vollständig ist. Befindet sich der EIN/AUS-Schalter 25 in AUS-Stellung, so stellt die Schaltung 40 eine Ladeschaltung dar, falls ein Ladetransformator 45 über eine Buchse 46 mit der Schaltung 40 verbunden wird. Der Schalter 25 stellt einen manuellen Schalter dar, der vom Benutzer betätigt werden kann. Zum Ziehen des Stromes wird ein Lastwiderstand 47 verwendet.

Wie aus vorstehender Beschreibung ersichtlich, wird eine Heizeinrichtung für ein Kleidungsstück vorgesehen, die unempfindlich gegenüber mechanischen Spannungen und Ermüdungserscheinungen ist, die normalerweise ein Durchtrennen, Brechen oder Einreißen der elektrischen Leiter hervorrufen würden. Dies rührt größtenteils von der Tatsache her, daß das erfindungsgemäße Konzept eine flexible Schaltung umfaßt, die elektrisch leitende Streifen einschließt, die in Draufsicht breit und eben und im Querschnitt sehr dünn sind, so daß diese Leiterstreifen um andere Gegenstände ohne Ermüdungserscheinungen oder Bruch herumgewunden werden können. Außerdem ist die Anordnung bzw. das Muster der elektrisch leitenden Streifen so getroffen, daß diese in der Linie der physikalischen Kraft verlaufen, so daß der größte Teil der mechanischen Belastung parallel zum Verlauf der elektrisch leitenden Streifen ist. Die flexible Schaltung wird vervollständigt, indem die Vielzahl von elektrisch leitenden Streifen in ein Isoliermaterial, wie z. B. Kunststoff, eingebettet wird. Das Kunststoffmaterial muß flexibel sein, so daß dieses, falls Kräfte einwirken, gebogen bzw. bewegt werden kann. Die Stromquelle kann entweder aus Speicherbatterien oder einer aufladbaren Batterie bestehen. Die Lichtquelle 44 kann eine lichtemittierende Diode sein und, wie vorstehend erwähnt, kann der Widerstand der Heizspule 42 rasch bzw. bequem eingestellt werden. Der Widerstand der Heizspule 42 kann z. B. im Bereich von 0,92 bis 1,22 Ohm liegen, und der Widerstand des Lastwiderstands 47 kann 470 Ohm betragen.

Die Heizeinrichtung mit flexibler Schaltung wird so gestaltet, daß sie zu dem Kleidungsstück paßt, in das sie eingesetzt wird. Die flexible Schaltung kann die Form einer Sohle eines Schuhs oder Stiefels oder die Form eines Handschuhs annehmen, falls diese in einen dieser Kleidungsstücktypen eingesetzt werden soll. Außerdem kann, falls die Einlegesohle 26 verwendet wird, eine Vielzahl von Konturlinien, die unterschiedliche Schuh- oder Stiefelgrößen wiedergeben, auf der Oberfläche vorgesehen werden, so daß der Benutzer die Einlegesohle auf eine bestimmte Größe zuschneiden kann, und zwar in Vorbereitung auf die Kombination mit der eine flexible Schaltung aufweisenden Heizeinrichtung. Wenn die Sohle auf die geeignete Größe zugeschnitten ist, kann die Kombination aus Sohle und Heizeinrichtung in den Stiefel oder Schuh mit geeigneter Größe eingesetzt werden.

Claims (1)

1. Heizeinrichtung bestehend aus

   • - einer länglichen flexiblen Schaltung, die einen Leiterstreifen (15, 16) aufweist, der in einem fortlaufenden Muster angeordnet und in einem Isoliermaterial eingebettet ist,
   • - wobei die gegenüberliegenden Enden des Leiterstreifens in elektrischen Kontakten enden und die Hauptlänge des Leiterstreifens sich längs fixierten, im Abstand angeordneten linearen und parallelen leitenden Bahnen erstreckt, die in dem Leiterstreifenmuster enden, und
   • - wobei das Leiterstreifenmuster eine Vielzahl von linearen Verläufen mit einer Reihe von Schleifen (18) umfaßt, die im Endbereich der flexiblen Schaltung angeordnet sind, und die flexible Schaltung eine Konfiguration aufweist, die konform zu dem Kleidungsstück (10) ist, das die flexible Schaltung als Einsatz aufnimmt.