DE4102880A1 - Wasserbettheizung und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wasserbettheizung gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Seit Wasserbetten Eingang gefunden haben, wurden viele Verbesserung daran vorgenommen, um Nachteile auszuschalten, wie sie an den frühen primitiven Ausführungen zu finden waren. Ein Wasserbett besteht aus einem steifen kastenförmigen, oben offenen Rahmen, der eine im wesentlichen flache Matratze in Form einer ein Flüssigkeitsvolumen, gewöhnlich Wasser, umschließenden Umhüllung trägt. In dieser Umhüllung befinden sich normalerweise Unterteilungen oder Zwischenwände um exzessives Hin- und Herwandern des Wassers unter dem Körper des Benutzers zu verhindern. Ein wesentlicher Bestandteil eines Wasserbetts ist eine Heizung zum Erwärmen des Flüssigkeitsvolumens auf eine Temperatur beträchtlich oberhalb der Raumtemperatur. Dementsprechend ist es erforderlich, eine elektrische Heizung vorzusehen, die in der Lage ist, die Flüssigkeit in der Matratze auf eine Temperatur in der Größenordnung von 30°C (85°F) zu erwärmen.

Die Heizung befindet sich typischerweise auf der Oberseite des die Matratze tragenden Rahmens, wobei die Matratze unmittelbar auf der Heizung aufliegt. Es hat sich gezeigt, daß ein normales Wasserbett eine Heizung mit einer Heizleistung von 300 bis 400 Watt erfordert, um das Flüssigkeitsvolumen auf der gewünschten Temperatur von etwa 30°C zu halten. Wegen der Umgebung, in der sie sich befindet, und der Natur des Wärmeaustausches sowie der betreffenden Steuerungsprobleme unterliegt eine solche Heizung einigen ungewöhnlichen Anforderungen.

Obgleich eine präzise Temperatursteuerung des Flüssigkeitsvolumens in der Matratze nicht erforderlich ist, bestehen Probleme bei der Steuerung der Heizung, die ja ein verhältnismäßig großes Flüssigkeitsvolumen zu erwärmen hat. Die typischen herkömmlichen Wasserbettheizungen bestehen aus einer Widerstandsheizung, ähnlich wie sie auch in Heizkissen Verwendung findet, die jedoch von einer wasserdichten Umhüllung umschlossen ist und von einem Temperaturfühler gesteuert wird, der sich notwendigerweise in einem Abstand von dem Heizelement befindet und an der Unterseite der Matratze anliegt. Wegen der dadurch bedingten thermischen Verzögerung zwischen Heizung und Temperatursteuerung unterliegt die Heizung langen Regelperioden entsprechend einer großen Zeitkonstanten und darf dabei keine Überhitzungsprobleme hervorrufen.

Viele Arten von dauernd in Betrieb befindlichen Heizungen besitzen die Tendenz, in der Umgebung der Heizung lokale Überhitzungen entstehen zu lassen, während die Masse der Flüssigkeit in der Matratze eine Temperatur weit unter der gewünschten aufweist. Dies macht deutlich, daß die Heizung etwas "verteilt" angeordnet sein muß und die Wärmeabgabe nicht zu lokal sein darf, um keine Schäden an der Matratze entstehen zu lassen. Es ist jedoch nicht erforderlich, daß sich die Heizung über die gesamte Unterseite der Matratze erstreckt. Die Größe der mit der Heizung in Berührung stehenden Fläche hängt weitgehend von den verwendeten Materialien und der Art der Heizung ab.

Die gegenwärtig in Gebrauch befindlichen Widerstands- Wasserbettheizungen mit Sicherheitsthermostaten zum Schutz vor Überhitzungen bringen mancherlei Probleme mit sich. Ein Hauptproblem besteht darin, daß die Thermostate nicht auf Überhitzungen ansprechen können, die an irgendeiner Stelle innerhalb der Gesamtfläche der Heizung auftreten können. D. h., wenn eine Überhitzung sich an einer Stelle entfernt von dem Thermostaten einstellt, kann dieser letztere einen Schaden an der Matratze oder auch der Heizung selbst im Gefolge dieser Überhitzung nicht verhindern. Zum Verständnis dieses Problems braucht man nur die vielen möglichen Gründe von solchen Überhitzungen zu betrachten.

Faltet der Benutzer des Wasserbetts die Heizung oder bringt er eine textile Einlage zwischen die Heizung und die Matratze ein, so kommt es zu einer Überhitzung, die von dem Thermostaten möglicherweise nicht festgestellt wird, bevor ein Schaden eingetreten ist. Ist die Matratze unzureichend gefüllt oder wird sie von einer besonders schweren Person benutzt, so kommt es zu einem "Durchliegen", d. h. einem Zustand bei dem der Benutzer stellenweise nur unter Zwischenlage der oberen und unteren Wand der Matratze auf der Heizung aufliegt, und dieser Zustand führt zu einer Überhitzung und Beschädigung der Matratze, wenn der Thermostat nicht rechtzeitig anspricht.

Auch sind gute Wärmeübertragungseigenschaften zwischen der Heizung und dem Flüssigkeitsvolumen in der Matratze wichtig, wiederum zur Verhinderung einer Überhitzung im Bereich der Heizung.

Ein weiteres Problem in Zusammenhang mit der Umgebung, in welcher die Wasserbettheizung Verwendung findet, besteht in der Gefahr des Auftretens eines Lecks, wodurch Flüssigkeit, i. a. Wasser, an die Heizung gelangt. Aus diesem Grund muß eine jede derartige elektrische Wasserbettheizung dicht eingeschlossen und geerdet sein, um die Gefahr eines elektrischen Schlages für den Benutzer auszuschalten.

Wie bereits erwähnt, verwenden viele gebräuchliche Wasserbettheizungen herkömmliche Widerstands-Heizleiter, die, ähnlich einem Heizkissen, von einer Umhüllung umgeben sind. Es hat aber auch Versuche gegeben, elektrische Wasserbettheizungen aus Lagen von Widerstandsmaterialien mit positivem Temperaturkoeffizienten (sog. PTC-Materialien) herzustellen, bei denen über die gesamte Fläche der jeweiligen Lage hinweg einseitig ein Elektrodenmuster aufgebracht war, so daß die Lage selbst als Heizung fungierte. Heizungen dieser Art sind in den US-PSen 47 61 541, 47 19 335 und 47 74 397 angegeben. Andere Versuche liefen darauf hinaus, Streifen von PTC-Material zwischen Polyester- Folien mit im Abstand angeordneten Elektroden einzubringen, um den Streifen Strom zuzuführen. Untersuchungen derartiger Wasserbettheizungen unter Verwendung von Lagen oder Streifen aus PTC-Materialien ließen mancherlei Mängel dieser Heizungen in Erscheinung treten. Gegenwärtig befinden sich keinerlei praktisch oder wirtschaftlich verwertbare Wasserbettheizungen unter Verwendung von PTC-Materialien auf dem Markt. Einige wiesen niedrige Versagenstemperaturen und andere negative Temperaturkoeffizient- Eigenschaften auf, wenn sie längere Zeit in Betrieb waren.

Weitere einschlägige Vorveröffentlichungen sind die US- PSen 44 25 497 und 45 47 659, die PTC-Heizungen zeigen, welche zur Verbesserung der Wärmeabgabe zwischen Aluminiumfolien eingeschlossen sind, sowie die US-PS 43 14 231, die eine PTC-Heizung mit Maschenelektroden zeigt, die von einer Umhüllung aus isolierenden Polymer-Folien umschlossen ist.

In den letzten Jahren wurde der Möglichkeit zunehmend Beachtung geschenkt, daß elektromagnetische Felder, wie sie in Verbindung mit stromdurchflossenen Leitern auftreten, der Gesundheit abträglich, sein könnten. Diese Befürchtung ist größer bei Anwendungen oder Erzeugnissen, bei denen der Betroffene einer großflächigeren Einwirkung und über längere Dauer ausgesetzt ist, wie z. B. eben bei elektrischen Wasserbettheizungen.

Bislang sind keine elektrischen Wasserbettheizungen bekannt geworden, die diesem Problem der Einwirkung elektromagnetischer Felder irgendeine Beachtung schenken bzw. Maßnahmen zur Verhinderung einer solchen Einwirkung aufweisen.

Der Erfindung liegt nun in erster Linie die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige und sichere, dabei aber besonders einfache elektrische Wasserbettheizung zu schaffen, die in der Lage ist, die Flüssigkeit, in der Regel Wasser, in der Matratze auf etwa 30°C zu halten, und die narrensicher zu betreiben ist und jede Gefahr eines elektrischen Schlages für den Benutzer im Falle aus der Matratze austretender Flüssigkeit ausschließt. Darüberhinaus soll auch das Inerscheinungtreten elektromagnetischer Felder nach außen hin weitgehend ausgeschlossen sein.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Aufgrund der Verwendung von PTC-Material als Heizelement erfordert die betreffende Heizung keine Sicherheitsthermostate. Darüber hinaus werden durch die besondere Leiterführung nach außen in Erscheinung tretende elektromagnetische Felder weitgehend ausgeschaltet.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das PTC- Material aus einem kohlenstoffbeladenen Polymer derjenigen Art, wie in der US-PS 42 77 673 angegeben. Das Heizkabel ist mit dicht beieinanderliegend parallel zueinander verlaufenden Strängen mäanderförmig in einer Ebene angeordnet, um so eine rechteckige Flächenheizung zu bilden. Dabei wird die betreffende mäanderförmige Anordnung des Heizkabels von einer Sandwich-Anordnung aus zwei auf die beiden Seiten der mäanderförmigen Anordnung aufgeklebten Folien aus Polymer bzw. Aluminium gestützt und gehalten. Die gesamte Sandwichanordnung ist sodann dicht von einer Polyvinylchlorid-Umhüllung umschlossen. Die betreffende Heizung kann unmittelbar unter die Wasserbettmatratze gelegt werden.

Durch die Anordnung des Heizkabels an den aufgeklebten Folien unter Vermeidung dazwischen eingeschlossener Luft wie auch die unmittelbare Anlage der Heizung an der Wasserbettmatratze wird ein hervorragender Wärmeübergang erreicht. Das bevorzugt zur Anwendung kommende PTC-Material, nämlich kohlenstoffbeladenes Polymermaterial, hat derartige PTC-Eigenschaften, daß es bei etwa 130°C praktisch nichtleitend wird und damit eine Überhitzung selbständig ausschließt. Damit können Sicherheitsthermostate entfallen. Die Selbstbegrenzungseigenschaft des Heizkabels besteht über seine gesamte Länge, so daß es an keiner Stelle derselben zu einer Überhitzung kommen kann. Unter Verwendung des betreffenden Heizkabels reduziert sich die Wärmeabgabe im Bereich einer sonst möglichen Überhitzung von alleine, während des Heizkabels auf seiner restlichen Länge normal funktionieren kann. Somit wird eine sicherere und dennoch effektivere Wasserbettheizung geschaffen. Das PTC-Heizkabel wird an einem Ende gespeist, so daß die Ströme in den nebeneinander herlaufenden Leitern um 180° gegeneinander phasenverschoben erscheinen. Auf diese Weise wird das elektromagnetische Feld eines jeden Leiters innerhalb des Kabels im wesentlichen kompensiert, so daß nach außen zu kaum ein meßbares elektromagnetisches Feld in Erscheinung tritt.

Anspruch 19 gibt ein vorteilhaftes Herstellungsverfahren der im Anspruch 1 angegebenen Heizung an. Die Unteransprüche beinhalten jeweils vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten, wie sie vorausgehend z. T. bereits erwähnt wurden.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der Fig. im einzelnen beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines typischen Wasserbetts mit einer Wasserbettheizung der betreffenden Art,

Fig. 2 ein geometrisches sowie Schaltschema der betreffenden Wasserbettheizung samt Zuleitung und Temperatursteuerung,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der betreffenden Wasserbettheizung, wobei ein Teil der wasserdichten Umhüllung weggebrochen erscheint,

Fig. 4 einen vergrößerten Detailschnitt gemäß Linie IV-IV von Fig. 3,

Fig. 5 ein Diagramm, welches den Strom in Abhängigkeit von der Temperatur für das in der Heizung enthaltene PTC-Heizkabel zeigt,

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Heizung aus Fig. 3 in teilweise fertiggestelltem Zustand, wobei Teile weggebrochen erscheinen,

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Teil der Wasserbettheizung aus Fig. 3 in einem anderen Fertigungszustand, wobei wiederum Teile weggebrochen erscheinen,

Fig. 8 die elektrischen Verbindungen zwischen dem Heizkabel und dem Zuleitungskabel der Heizung nach Fig. 3,

Fig. 9 eine Draufsicht auf die Wasserbettheizung nach Fig. 3 bei fehlender Umhüllung, jedoch ansonsten fertiggestellt,

Fig. 10 einen vergrößterten Detailschnitt entsprechend der Linie X-X aus Fig. 9,

Fig. 11 einen vergrößerten Detailschnitt entsprechend der Linie XI-XI aus Fig. 9 und

Fig. 12 einen vergrößerten Detailschnitt entsprechend der Linie XII-XII aus Fig. 9.

Das in Fig. 1 gezeigte Wasserbett 20 weist einen oben offenen, kastenförmigen Tragrahmen 22 mit Füßen 24 auf, in dessen Hohlraum 26 eine Wasserbettmatratze 28 Aufnahme findet. Die Wasserbettmatratze 28 kann eine Umhüllung zum Schutz gegen austretendes Wasser aufweisen. Jedoch ist, ob sich die Wasserbettheizung unmittelbar unter der Matratze oder unter einer Umhüllung der Matratze befindet, ohne Bedeutung für die gegenwärtige Erfindung.

Das Wasserbett 20 ist also mit einer Heizung 30 ausgestattet, die den Gegenstand der Erfindung bildet. Die Heizung 30 ist über ein Anschlußkabel 32 an das Netz anschließbar. An dem Anschlußkabel 32 ist an einer Stelle abseits der eigentlichen Heizung 30, jedoch gleichfalls unter der Matratze 28 eine Thermostatsteuerung 34 vorgesehen, so daß diese auf die Temperatur des in der Matratze 28, eingeschlossenen Flüssigkeitsvolumens reagiert.

Gemäß Fig. 2 steht das Anschlußkabel 32 mit einem dreipoligen Stecker 38 ebenso wie mit der Thermostatsteuerung 34 in Verbindung. Die Thermostatsteuerung 34 ist herkömmlicher Art mit einem Schaltkontakt, der von einem Bimetallelement betätigt wird derart, daß er sich öffnet, wenn die Temperatur des Flüssigkeitsvolumens 36 in der Matritze 28 einen gewünschten Wert, normalerweise etwa 30°C, erreicht hat.

Die so weit beschriebene und in Fig. 2 schematisch dargestellte Heizung 30 soll nun anschließend, sowohl was ihren Aufbau als auch ihre Herstellung betrifft, im Detail beschrieben werden.

Die Heizung 30 enthält ein langgestrecktes Heizkabel 40 mit zwei elektrischen Leitern 40a und 40b, die in ein PTC-leitfähiges Polymermaterial 40c eingebettet sind und von diesem in einem gewissen gegenseitigen Abstand gehalten werden. Die Leiter 40a und 40b können entsprechend der US-PS 43 09 596 hergestellt sein. Das PTC-leitfähige Polymermaterial 40c ist vorzugsweise ein kohlenstoffbeladenes Polymermaterial nach der Lehre der US-PS 42 77 673. Durch das Polymermaterial 40c tritt der Strom zwischen den Leitern 40a und 40b über, wobei sich das Polymermaterial 40c erwärmt. Die dabei zunehmende Temperatur des Polymermaterials 40c bringt dessen elektrischen Widerstand zum Ansteigen, womit sich der Stromfluß verringert. Ein solches Material wird folglich auch als selbstbegrenzendes Heizmaterial bezeichnet.

Nach dem Diagramm der Fig. 5 nimmt ein typisches Stück des Heizkabels 40 mit einer Länge von etwa 43 m (140 Fuß) bei Raumtemperatur eine Leistung von 350 Watt auf, wobei der Stromfluß etwas weniger als 4A beträgt. Die in Fig. 5 angegebenen Daten wurden an einer Versuchsanordnung gewonnen, bei welcher das Heizkabel 40 in einem Ofen erhitzt und der durch das Kabel fließende Strom unter verschiedenen Temperaturen gemessen wurde. Um reproduzierbare Daten zu erhalten und den Heizeffekt der in dem Kabel auftretenden Leistung auszuschalten, erfolgte die Strommessung 5 Sekunden nach dem Einschalten bei einer jeden zugrundegelegten Temperatur. Diese Verzögerung vermied auch die einem jeden mit PTC-Materialien vertrauten Fachmann bekannten Stromanschwelleffekte (current in-rush effects).

Mit dem Ansteigen der Temperatur vergrößert sich der Widerstand des Polymermaterials 40c bis zu einer Temperatur von etwa 130°C, wo der Stromfluß im wesentlichen zu 0 wird. Der in dem Diagramm zu erkennende Temperaturabbruch ist etwas irreführend, da unter normalen Bedingungen die Wärmeabfuhr von dem Heizkabel 40 dessen Temperatur auf wesentlich niedrigere Werte begrenzt. Bei einer Lufttemperatur von etwa 22°C (72°F) wird sich die Temperatur des Heizkabels 40 bei etwa 82°C (180°F) stabilisieren, wenn dieses aus einer 120V-Quelle gespeist wird. So also ist das Heizkabel 40 selbstbegrenzend in einer Weise, dergemäß ein Versagen der Thermostatsteuerung 34 zu keinem Temperaturanstieg des Heizkabels bis zu einem Wert erfolgen würde, bei dem es zu einem Versagen eines angrenzenden Elements oder Materials kommen würde.

Es versteht sich, daß die selbstbegrenzende Wirkung des Heizkabels 40 im wesentlichen unabhängig von seiner Länge oder der Stelle des jeweiligen Temperaturanstiegs besteht. Das Heizkabel 40 vermag die Leistungsaufnahme in einem jeden seiner für eine Überhitzung in Betracht kommenden Abschnitte zu begrenzen, während in dem übrigen Teil des Kabels eine normale Leistungsaufnahme zu verzeichnen ist. So stellt, praktisch genommen, jeder denkbare Abschnitt des Kabels seinen eigenen Temperaturfühler und Thermostaten dar, der sicherstellt, daß eine jede Stelle des Kabels einer unmittelbaren und wirksamen Temperaturregelung unterliegt.

Das Heizkabel 40 wird vorzugsweise in einem Extrusionsprozeß hergestellt, bei dem das PTC-Material 40c um die Leiter 40a und 40b und sodann eine Isolierschicht 40d um das PTC-Material 40c herumgespritzt wird. In der bevorzugten Ausführungsform hat das betreffende Heizkabel 40 eine Leistungsaufnahme von etwa 8,2 Watt pro Meter (2,5 Watt pro Fuß) Kabellänge. Um den Wärmeübergang aus dem Heizkabel an die Wasserbettmatratze 28 zu optimieren, ist es wünschenswert, das Kabel in eine kompakte flache Anordnung zu bringen, so daß es leicht zwischen dem Tragrahmen 22 und der Matratze 28 untergebracht werden kann, wie dies Fig. 1 erkennen läßt. Um diese Anordnung des Kabels 40 zu erzielen, wird dieses auf eine Aufnahme 41 (Fig. 6) aufgewunden, die im wesentlichen aus einem rechteckigen Tisch 43 mit flacher Oberfläche besteht, von dem an beiden Enden Reihen von Stiften 42 bzw. 44 nach oben ragen. Die Stifte 42 und 44 erstrecken sich im wesentlichen senkrecht zu dem und etwa 12,7 (0,5 Zoll) mm über den Tisch 43, auf den das Kabel 40 beim Aufwinden um die Stifte 42 und 44 gemäß Fig. 6 aufgewunden wird. Die Stifte sind etwa 3,2 mm (0,125 Zoll) stark, während das Kabel 40 in seinem Querschnitt (Fig. 4) vorzugsweise etwa die Außenabmessung 3,2 mm (0,125 Zoll) × 1,6 mm (0.0625 Zoll) besitzt. Die Stifte 42 und 44 treten jeweils mit einem Teilungsabstand von etwa 12,7 mm (0,5 Zoll) auf. Das Kabel 40 wird zwischen den Stiften 42 und 44 hin- und hergewunden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden so 46 parallele, im Abstand angeordnete Stränge 48 erzielt, deren Länge jeweils etwa 915 mm (3 Fuß) beträgt und die durch die die Stifte 42 bzw. 44 umgebenden Umkehrungen 50 miteinander verbunden sind. Die Fläche der so geschaffenen Heizung 30, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist, beträgt etwa 380 mm (15 Zoll) × 915 mm (36 Zoll).

Das Kabel 40 wird sodann mit Anschlüssen 52 und 54 versehen (Fig. 8), die sich von dem mäanderförmig um die Stifte 42 und 44 aufgewundenen Kabel hinwegerstrecken.

Nachdem das Kabel 40, wie beschrieben, um die Stifte 42 und 44 aufgewunden worden ist, wird ein Stück klebstoffbeschichtete Polyesterfolie 56 auf die parallelliegenden Stränge 48 zwischen den Stiften aufgelegt, wie Fig. 6 zeigt. Eine solche Polyesterfolie 56, wie sie unter dem Warenzeichen "Mylar" vertrieben wird, wird mit einem Acryl-Kleber beschichtet. In Fig. 6 erscheint ein Stück der Folie 56 weggeschnitten, um die parallelen Stränge 48 des Kabels 40 erkennen zu lassen. Die Polyesterfolie 56 ist vorzugsweise 51 µm (0,002 Zoll) dick und trägt den Acryl-Kleber auf ihrer dem Kabel 40 zugewandten Seite. Eine solche kleberbeschichtete Mylar-Folie ist von der Firma Adhesive's Research, Inc., Glen Rock, Pannsylvanien/ V. St. A., unter der Bezeichnung DEV-7647 zu beziehen. Sie wird von oben auf das auf dem Tisch 43 befindliche Kabel 40 aufgelegt und darauf aufgepreßt, wodurch die Stränge 48 des Kabels dazu gebracht werden, sich flach gegen die Folie zu legen, wie dies die Fig. 11 und 12 in Verbindung mit der im wesentlichen fertiggestellten Heizung zeigen. Es ist bemerkenswert, daß dabei, wie aus Fig. 10 ersichtlich, die Umkehrungen oder haarnadelförmigen Enden 50 der Heizkabelwindungen zunächst aufrechtstehen.

Nachdem die mit Klebstoff beschichtete Polyesterfolie 56 fest auf das Heizkabel aufgelegt wurde, wie dies Fig. 6 erkennen läßt, wird die Anordnung aus der Aufnahme 41 mit den Stiften 42 und 44 entnommen und auf eine zweite Folie, 58, aus Aluminium von etwa 38 µm (0,0015 Zoll) aufgelegt, die zunächst ebenfalls mit einem Klebstoff, etwa einem Acryl-Kleber, beschichtet wurde. Alternativ hierzu kann die Folie 58 aus Mylar mit einer Aluminiumauflage bestehen, wobei die Mylarschicht etwa 51 µm (0,002 Zoll) und die Aluminiumschicht etwa 38 µm (0,0015 Zoll) dick ist. Die Mylarschicht in Verbindung mit dem Aluminium ist zweckmäßig für die Herstellung einer guten Reißfestigkeit, wenngleich sie aus Kosten- und Wärmeübertragungsgründen weniger erwünscht ist. Das Mylar-Aluminium-Laminat samt Acryl- Kleber ist seitens der Firma Adhesive's Research, Inc., Glen Rock Pennsylv., unter der Typenbezeichnung DEV-7422 erhältlich.

Die Größe der Folie 58 wird so gewählt, daß Enden 58a und 58b derselben über die Umkehrungen 50 des Heizkabels 40 und Ränder 58c über die äußersten Stränge 48 des Heizkabels 40 überstehen, während die Folie 56 so gewählt wird, daß seitliche Ränder 56a und 56b derselben sich über die äußersten Stränge 48 des Heizkabels 40 hinauserstrecken. Vor dem Aufbringen der Folie 56 samt dem aufgeklebten Heizkabel 40 auf die Folie 58 wird der Rand 56b der Folie 56 um den äußersten Strang 48 des Heizkabels herumgeschlagen, wie die Fig. 11 zeigt. Ebenso werden nach dem Aufbringen auf die Folie 58 deren Enden 58a und 58b umgeschlagen, wie dies Fig. 10 anhand des Endes 58b zeigt, sowie die seitlichen Ränder 58c gemäß Fig. 11 umgeschlagen. Zusätzlich wird der verbleibende Rand 56a nach unten, auf die Folie 58 umgeschlagen, wie aus Fig. 12 ersichtlich.

Die Folien 56 und 58 dienen dem zweifachen Zweck, die im wesentlichen flache Anordnung des Heizkabels 40 wie auch den parallelen Verlauf von dessen Strängen 48 sicherzustellen, wobei deren flache Seite parallel zu der Unterseite der Wasserbettmatratze 28 verläuft. Hierdurch wird der Wärmeübergang von dem Kabel 40 zu der Matratze verbessert. Die Polyesterfolie 56 verleiht der Heizkabelanordnung Steifigkeit, so daß diese nicht zur Faltenbildung neigt. Die Aluminiumfolie 58 ist weniger elastisch, jedoch geschmeidiger und paßt sich leicht der Konfiguration des Heizkabels 40 an, wobei die Stränge 48 besser in Position gehalten werden, als wenn die gesamte betreffende Sandwichanordnung mit zwei Polyesterfolien hergestellt wäre. Die Steifigkeit der Polyesterfolie tendiert dazu, diese bei Biegung von dem Heizkabel 40 zu trennen, wenngleich die Klebeverbindung im übrigen die Position des Heizkabels fixiert. Wie sich gezeigt hat, stellen die erwähnten Dickenabmessungen von etwa 38 µm der Aluminium- und 51 µm der Polyesterfolie die optimalen Werte für die beschriebene Sandwichanordnung dar. Die 38 µm starke Aluminiumfolie verleiht der Anordnung Festigkeit, während die Polyesterfolie einem Umschlagen oder Faltenwerfen entgegensteht. Indessen kann die Aluminiumfolie 58 durch ein Laminat aus 51 µm Polyester und 38 µm Aluminium ersetzt werden, um die Reißgefahr des Aluminiums herabzusetzen. Polyesterfolien von etwa 25 bis 76 µm erscheinen für die Erzielung der vorgenannten Eigenschaften geeignet, ebenso wie Aluminiumfolien von etwa 25 bis 51 µm.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, soll die Aluminiumfolie 58 geerdet werden, um Unfälle zu vermeiden, wie sie aus einem Kurzschluß mit einem der Leiter 40a und 40b entstehen könnten. Die in Fig. 9 gezeigte Sandwichanordnung 60 enthält das in der vorausgehend beschriebenen Weise gewundene Heizkabel 40 zwischen den Folien 56 und 58, wobei dessen beide Enden 52 und 54 nach außen treten. Gemäß Fig. 8 sind die Anschlüsse 52 und 54 auf einer Schaltungsplatte 62 mit dem Anschlußkabel 32 verbunden. Es verdient angemerkt zu werden, daß der Leiter 40a mit beiden Enden angeschlossen ist ebenso wie auch der Leiter 40b. D. h. ein jeder der Leiter bildet eine Schleife. Diese Anschlußart der Leiter verringert den Spannungsabfall entlang dem Kabel 40 zugunsten eines möglichst gleichförmigen Spannungsabfalles zwischen den beiden Leitern 40a und 40b, wodurch es entlang dem gesamten Kabel 40 zu einer sehr gleichmäßigen Leistungsaufnahme bzw. Wärmeabgabe kommt.

Nach Anschließen der Sandwichanordnung 60 über die Schaltungsplatte 62 an das Anschlußkabel 32 und die Thermostatsteuerung 34 wird die Sandwichanordnung in eine wasserdichte Hülle 64 gegeben, wie am besten aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich. Die Hülle 64 besteht aus zwei Lagen 64a und 64b eines Polyvinylchlorids (PVC), die an ihren Rändern 64c miteinander verschweißt sind, um so ein flaches, rechteckiges Gebilde für die Aufnahme der Sandwichanordnung 60 zu bilden. Das Anschlußkabel 32 besitzt eine äußere Isolierschicht aus PVC-Material, die es ermöglicht, die Hülle 64 abgedichtet mit dem Kabel 32 zu verbinden. In diesem Sinn wird an der Hülle 64 eine Mündung 64d gebildet, die mit dem PVC-Material des Kabels 32 verschweißt wird, um so die Sandwichanordnung 60 vollkommen wasserdicht einzuschließen. Vor dem Verschweißen wird die Hülle 64 evakuiert, um den Wärmeübergang zu verbessern. Die fertiggestellte Heizung 30 wird unter der Wasserbettmatratze 28 angeordnet, wobei die Aluminiumfolie 58 zur Verbesserung der Wärmeübertragung zweckmäßigerweise nach oben weist.

Das PVC-Material der Hülle 64 ist vorzugsweise etwa 0,76 mm stark, jedoch haben sich Materialien zwischen etwa 0,25 und 1 mm als geeignet erwiesen, und selbst Materialien bis zu 2,5 mm Dicke lieferten noch annehmbare Ergebnisse. Indessen ist so dickes Material unnötig kostspielig. Das bevorzugte PVC-Material ist für 105°C ausgelegt, jedoch erscheint auch noch 60°C-PVC-Material geeignet. Unter optimalen Bedingungen wird die Oberfläche des Heizkabels 40 im Betrieb eine Temperatur zwischen etwa 55°C und 60°C annehmen. Einer der besonderen Vorteile des PTC-Materials 40c besteht darin, daß die Leistungsaufnahme zu Beginn, wenn die Temperatur der in der Wasserbettmatratze 28 enthaltenen Flüssigkeit noch gering ist, entsprechend größer ist. Mit dem Ansteigen der Flüssigkeitstemperatur nimmt die Leistungsaufnahme ab.

Wie vorausgehend geschildert, wird eine besonders einfache, leistungsfähige und dabei sichere Wasserbettheizung geschaffen. Die bei vielen herkömmlichen PTC-Heizungen, die Lagen von PTC-Material verwenden, beobachteten Wärmeübergangsprobleme werden vermieden. Die Einkapselung der Heizung mittels der ersten Isolierschicht 40d und die umgebende PVC-Hülle 64 zusammen mit der geerdeten Aluminiumfolie 58 ergeben ein Höchstmaß an Sicherheit gegen Unfälle.

Die Temperatur-Selbstbegrenzungseigenschaft des Heizkabels 40 erübrigt vollkommen die Verwendung von Sicherheitsthermostaten in Verbindung mit dem Heizkabel, ebenso wie sie das Risiko eines Versagens solcher Sicherheitsthermostate vermeidet. Dazu noch schließt die Kompensation der durch die Leiter des Heizkabels hervorgerufenen elektromagnetischen Felder jede Gesundheitsbeeinträchtigung seitens solcher magnetischer Felder aus.

Claims (21)

1. Wasserbettheizung (30) zum Erhitzen der in einer Wasserbettmatratze (28) enthaltenen Flüssigkeit (36), mit einem Heizkabel (40), das zwei mit gegenseitigem Abstand angeordnete, über ein dazwischen angeordnetes Widerstandsmaterial (40c) mit positivem Temperaturkoeffizienten miteinander verbundene elektrische Leiter (40a, 40b) aufweist, die mitsamt dem Widerstandsmaterial von einem elektrisch isolierenden Material (40d) umgeben und mit den beiden aktiven Leitern eines Netzanschlußkabels (32) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizkabel (40) mit dicht beieinanderliegend parallel zueinander verlaufenden Strängen (48) mäanderförmig in einer Ebene angeordnet und die mäanderförmige Anordnung in eine sie stützende und fixierende Sandwichanordnung (60) aus zwei auf die beiden Seiten der mäanderförmigen Anordnung aufgeklebten flexiblen Folien (56, 58) eingeschlossen ist.

2. Wasserbettheizung (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial (40c) entsprechend ausgelegt ist, die Oberflächentemperatur des Heizkabels (40) auf etwa 65°C bzw. auf etwa 60°C bei Anordnung im Wasserbett (20) zu begrenzen.

3. Wasserbettheizung (30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial ein solches ist, daß sein Widerstand bei 130 bis 140°C gegen unendlich geht.

4. Wasserbettheizung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizkabel (40) für eine Leistungsaufnahme von etwa 6,6 bis 13,1 W pro Meter (2 bis 4 W pro Fuß) Kabellänge bei Speisung aus einer 120-V-Quelle ausgelegt ist.

5. Wasserbettheizung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizkabel (40) einen länglich-runden Querschnitt besitzt, wobei die Länge des Querschnitts vorzugsweise etwa das Doppelte seiner Breite beträgt, und daß es zumindest auf dem überwiegenden Teil seiner Länge mit seinen flachen Seiten an den beiden Folien (56, 58) der Sandwichanordnung (60) anliegt.

6. Wasserbettheizung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Leistungsaufnahme von etwa 400 W aufweist.

7. Wasserbettheizung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Fläche von etwa 0,37 bis 0,46 m² (4 bis 5 Quadratfuß) einnimmt.

8. Wasserbettheizung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Anschlußkabel (32) abseits der Sandwichanordnung (60) eine auf die Temperatur der Wasserbettmatratze (28) ansprechende Thermostatsteuerung (34) angeordnet ist.

9. Wasserbettheizung (30) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermostatsteuerung (34) entsprechend ausgelegt ist, die Temperatur der in der Wasserbettmatratze (28) enthaltenen Flüssigkeit (36) auf etwa 30°C zu halten.

10. Wasserbettheizung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (40a, 40b) des Heizkabels (40) jeweils mit ihren beiden Enden an die beiden Leiter des Anschlußkabels (32) angeschlossen sind.

11. Wasserbettheizung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine (58) der beiden Folien (56, 58) der Sandwichanordnung (60) elektrisch leitend und mit einem Erdleiter des Anschlußkabels (32) verbunden ist.

12. Wasserbettheizung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine (58) der beiden Folien (56, 58) der Sandwichanordnung (60) aus einer Metallfolie, vorzugsweise Aluminiumfolie, oder einem Laminat einer solchen Metallfolie mit einer Kunststoffolie, vorzugsweise einer Polyesterfolie, besteht.

13. Wasserbettheizung (30) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Metallfolie zwischen etwa 25,4 µm und 50,8 µm (0,001 und 0,002 Zoll) beträgt.

14. Wasserbettheizung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine (56) der beiden Folien (56, 58) der Sandwichanordnung (60) eine Polyesterfolie ist.

15. Wasserbettheizung (30) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Polyesterfolie zwischen etwa 12,4 µm und 50,8 µm (0,0005 und 0,002 Zoll) beträgt.

16. Wasserbettheizung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sandwichanordnung (60), vorzugsweise mitsamt den betreffenden Verbindungen des Anschlußkabels (32), von einer wasserdichten Umhüllung (64) umschlossen ist.

17. Wasserbettheizung (30) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (64) und die Außenisolation des Anschlußkabels (32) aus miteinander verschweißbaren Materialien, vorzugsweise Polyvinylchlorid, bestehen, und daß die Außenisolation des Anschlußkabels an dessen Herausführung aus der Umhüllung mit dieser abdichtend verschweißt ist.

18. Wasserbettheizung (30) nach Anspruch 16 oder 17 in Verbindung mit Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermostat (34) außerhalb der Umhüllung (64) angeordnet ist.

19. Verfahren zur Herstellung einer Wasserbettheizung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Länge des betreffenden Heizkabels (40) auf einer Aufnahme (41) im wesentlichen bestehend aus einem Tisch (43), von dem zwei zueinander parallele Reihen von Stiften (42, 44) emporragen, aufgewunden wird, wobei das Heizkabel hin- und herlaufend nacheinander um die einzelnen Stifte herumgeführt wird, daß auf die so entstandene mäanderförmige Kabelanordnung eine mit einem Kleber beschichtete flexible Folie (56) aufgelegt wird,
daß das so entstandene Gebilde aus Heizkabel (40) und Folie (56) von der Aufnahme (41) abgehoben wird, daß auf die andere Seite der mäanderförmigen Kabelanordnung eine zweite mit einem Kleber beschichtete flexible Folie (58) aufgelegt wird und
daß danach überstehende Ränder (56a, 56b, 58a, 58b, 58c, 58d) einer oder beider der Folien (56, 58) um die mäanderförmige Kabelanordnung herum auf deren andere Seite umgeschlagen werden.

20. Verfahren nach Anspruch 19 zur Herstellung einer Wasserbettheizung (30) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizkabel (40) mit einer seiner flachen Seiten an den Stiften (42, 44) anliegend um diese herumgeführt, jedoch mit oder nach dem Auflegen der ersten Folie (56) zumindest in seinen zwischen den Stiften verlaufenden Abschnitten niedergedrückt wird, um an Tisch (43) und Folie (56) flach anzuliegen.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizkabel (40) in einem Extrusionsprozeß hergestellt wird.