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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Spendersystem für ein fließfähiges Produkt, das mit einem
speziellen Wärmespeicher
ausgerüstet
ist. Der Wärmespeicher ist
durch Induktion oder mit Mikrowellen erwärmbar.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Spendersysteme
zur Abgabe eines erwärmten
Produkts sind bekannt. Herkömmliche
Spendersysteme weisen dabei einen Behälter zur Aufnahme eines fließfähigen Produkts,
eine Mechanik, mit der das Produkt aus dem Behälter austreibbar ist, sowie in
einigen Fällen
ein elektrisches Heizelement auf, mit dem sich das Produkt vor dem
Ausgeben erwärmen
lässt.
Bspw. offenbaren die US-Patentschriften 3 144 174 (Abplanalp) und
3 644 707 (Costello) jeweils einen Aerosol-Spender mit einem Heizelement
zum Erwärmen
eines fließfähigen Produkts – bspw.
Raisercreme – vor
dem Ausgeben. Diese Patentschriften offenbaren das Heizelement jeweils
als elektrisches Widerstandsheizelement. Die erstere der genannten
Patentschriften weist jedoch darauf hin, dass auch Heizelemente "anderer herkömmlicher Form" einsetzbar sind,
einschl. eines solchen des "Induktionstyps".
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Die
zweite der genannten Patentschriften offenbart weiterhin ein Wärmespeichermedium
wie Wasser, Alkohol, Metallpulver od. dergl. zur Aufnahme und zum
Vorhalten von Wärme,
die mit einer elektrischen Widerstandsheizwendel erzeugt wird. Nach dieser
Patentschrift speichert das Wärmespei chermedium
diese Wärme
einige Minuten lang, so dass nach dem Abnehmen der Spenderanordnung
von der Wandsteckdose warmer Rasierschaum für eine einzige Rasur noch zur
Verfügung
steht.
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Die
US-B1-6 454 127, die dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu Grunde liegt,
zeigt einen Spender für
ein Produkt, der ein Heizelement in einer Ausgabepumpe enthält. Die
Energiezufuhr erfolgt durch magnetische Induktion. Fest-zu-Fest-Phasenübergangsmaterialien
sind aus der US-A-4 983 798 in Behältern zum Warmhalten von Lebensmitteln
nach dem Erhitzen in einem Mikrowellenofen bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Spender- bzw. Ausgabesystem nach
Anspruch 1 bereit. Das System ist einfach anzuwenden, schnell und
zuverlässig
und ermöglicht
das Erwärmen
eines fließfähigen Produkts über eine
längere
Anwendungsdauer.
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Ausführungsformen
der Erfindung weisen einen Wärmespeicher
zum Erwärmen
eines fließfähigen Produkts
auf. Der Wärmespeicher
hat einen Hauptteil mit einem eingeformtem Durchgang, den ein fließfähiges Produkt
durchläuft,
ein erwärmbares Element
und ein wärmhaltendes
Material. Das erwärmbare
Element ist im Hauptteil in Wärmeflussverbindung
mit dem Durchgang enthalten und weist einen magnetisch oder mit
Mikrowellen kompatiblen Stoff auf. Das wärmehaltende Material steht
in Wärmeflussverbindung
mit dem erwärmbaren
Element und weist ein Fest-zu-Fest-Phasenänderungsmaterial auf.
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Das
erwärmbare
Element weist bevorzugt ein magnetisch kompatibles Material auf,
das durch Anordnen des heizbaren Elements in einem Magnetfeld erwärmbar ist.
Das erwärmbare
Element kann einen ferromagnetischen Stoff wie nicht rostenden Stahl
oder eine temperaturempfindliche Legierung oder ein Material auf
Graphitbasis wie bspw. eine flexibles Blattmaterial auf Graphitbasis
oder ein starres, graphitgefülltes
Polymerisat aufweisen. Der Wärmespeicher
kann auch eine Radiofrequenz-Identifikationsmarke (RFID-Chip) enthalten,
der Informationen über
den Wärmespeicher
oder das mit ihm zusammen eingesetzte fließfähige Produkt enthält. Der Wärmespeicher
lässt sich
als Patrone gestalten, die abnehmbar an unterschiedliche Spender
für fließfähige Produkte,
als Kappe auf einen Aerosol-Behälter auf-
oder als poröses
Kissen ansetzbar ist.
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Anstatt
eines magnetisch kompatbilen Materials kann alternativ das erwärmbare Element
ein mit Mikrowellen kompatbles Material aufweisen, das erwärmbar ist,
indem man den Wärmespeicher
einer Mikrowellenstrahlung aussetzt.
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Eine
Ausführungsform
weist einen Wärmespeicher
zum Erwärmen
eines fließfähigen Produkts auf,
der ein Hauptteil mit eingeformten Durchgang, den ein fließfähiges Produkt
durchläuft,
ein erwärmbares
Element und ein wärmehaltendes
Material aufweist, das mindestens einen Teil des Durchgangs auskleidet
und in Wärmeflussverbindung
mit dem erwärmbaren
Element steht. Das erwärmbare
Element wird erwärmt,
indem man es einem außerhalb
des Wärmespeichers
erzeugten Feld aussetzt. Der Wärmespeicher
enthält
keinerlei Teile zum Erzeugen eines Feldes zum Erwärmen des
erwärmbaren
Elements und arbeitet bevorzugt schnurlos.
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Eine
andere Ausführungsform
weist ein Kissen zum Erwärmen
und Ausgeben eines fließfähigen Produkts
auf. Das Kissen hat einen porösen
Körper bzw.
Hauptteil sowie einen aufreißbaren
Beutel. Der poröse
Hauptteil weist einen wärmehaltenden
Stoff sowie entweder einen magnetisch oder mit Mikrowellen kompatiblen
Stoff auf. Der aufreißbare
Beutel enthält
das fließfähige Produkt
und ist im porösen Hauptteil
in Wärmeflussverbindung
mit dem magnetisch oder mit Mikrowellen kompatiblen Stoff enthalten.
Das fließfähige Produkt
wird aus dem porösen Hauptteil
durch Zerdrücken
des aufreißbaren
Beutels freigesetzt.
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Eine
beschriebene Ausführungsform
weist einen Wärmespeicher
und eine Ladeeinrichtung auf. Der Wärmespeicher hat einen Hauptteil
mit eingeformtem Durchgang, ein im Hauptteil in Wärmeflussverbindung
mit dem Durchgang enthaltenes erwärmbares Element sowie ein wärmehaltendes
Material in Wärmeflussverbindung
mit dem beheizbaren Element. Der Wärmespeicher ist abnehmbar an
die Ladeeinrichtung angesetzt, so dass bei aktivierter Ladeeinrichtung
ein Feld erzeugt wird, das das erwärmbare Element des Wärmespeichers
durchsetzt und dadurch die Temperatur des beheizbaren Elements anhebt.
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Unten
beschrieben ist auch ein Verfahren zum Herstellen des Wärmespeichers.
Das Verfahren weist die Schritte des Formens eines wärmehaltenden
Hauptteils, Formens eines erwärmbaren
Elements aus entweder magnetisch oder mit Mikrowellen kompatiblen
Materials in Wärmekontakt
mit dem wärmehaltenden
Körper
und des Ausbilden eines Durchgangs im Wärmespeicher auf, wobei der Durchgang
einen Strömungsweg
für ein
fließfähiges Produkt
bildet. Auf den Wärmespeicher
lässt sich
außen
mindestens teilweise eine Isolierschicht aufformen. Ein RFID-Chip
lässt sich
an den Wärmespeicher
ansetzen, um Informationen über
diese aufzunehmen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A ist
ein vereinfachter Schnitt durch ein System nach einer ersten Ausführungsform
der Erfindung in de Ebene 1A-1A der 1D mit
einem Wärmespeicher
und einer Ladeeinrichtung zur Wandaufhängung. In allen Figuren der
Zeichnung wurde zur klareren Darstellung eine Schraffur des Wärmespeichers
unterlassen.
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1B und 1C sind
vereinfachte Schnitte durch alternative Ausführungsformen des Wärmespeichers
nach der ersten Ausführungsform der
Erfindung in der Ebene 1B-1B der 1D.
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1D zeigt
in einer Perspektivdarstellung die Zuordnung des Wärmespeichers
zur Ladeeinrichtung im System der 1A.
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1E und 1F zeigen
als Perspektivdarstellungen verschiedene Spenderanordnungen mit
einem Wärmespeicher
nach der ersten Ausführungsform.
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2A ist
ein Schnitt durch einen Warmschaum-Spender mit einem Wärmespeicher
nach einer zweiten Ausführungsform,
der an eine Ladeeinrichtung zur Wandaufhängung angesetzt ist.
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2B zeigt
als Perspektive den Warmschaumspender nach 2A an
eine Ladeeinrichtung zur Wandaufhängung angesetzt.
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2C zeigt
als Perspektive wie in einem Beispiel der Spender der 2A an
die Ladeeinrichtung ansetzbar ist.
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3A zeigt
als Schnitt einen Warmschaumspender mit einer Wärmespeichereinheit in einer
dritten Ausführungsform
an eine Ladeeinrichtung für
die Wandaufhängung
angesetzt.
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3B zeigt
als Perspektive den Warmschaumspender nach 3A an
eine Ladeeinrichtung mit Wandaufhängung angesetzt.
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4A zeigt
als Perspektive einen Warmschaumspender mit einem Wärmespeicher
in einer vierten Ausführungsform.
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4B zeigt
als Perspektive ein System mit dem Warmschaumspender und dem Wärmespeicher der 4A sowie
einer Ladeinrichtung für
Wandaufhängung.
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4C ist
ein Schnitt durch das System der 4B in
deren Ebene 4C-4C.
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4D ist
ein Schnitt durch eine gegenüber der 4C alternative
Ausgestaltung.
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4E ist
ein Schnitt durch eine andere, gegenüber der 4C alternativen
Ausgestaltung.
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5E ist ein Schnitt durch einen Wärmespeicher
in Form eines porösen
Kissens nach einer fünften
Ausführungsform
der Erfindung.
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5B zeigt
als Perspektive ein System mit dem porösen Kissen der 5A und
einer Ladeeinrichtung.
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5C zeigt
einen Schnitt durch das System der 5B in
deren Ebene 5C-5C.
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6 zeigt
schaubildlich die elektronischen Komponenten der Ladeeinrichtung
in den verschiedenen Ausführungsformen.
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7 zeigt
an einem Flussdiagramm das Verfahren zur Herstellung des Wärmespeichers
nach 1A.
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8 zeigt
an einem Flussdiagramm das Verfahren zur Herstellung des Wärmespeichers
nach 1B.
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9 zeigt
an einem Flussdiagramm ein alternative Verfahren zur Herstellung
des Wärmespeichers
nach 1B.
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In
allen Figuren der Zeichnung kennzeichnen gleiche bzw. entsprechende
Bezugszeichen gleiche bzw. entsprechende Teile.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
folgende Beschreibung betrifft allgemein einen Wärmespeicher, eine Spenderanordnung
und ein System zum Erwärmen
eines fließfähigen Produkts
wie bspw. einer Reinigerlösung,
eines Luftauffrischers, eines Rasiergels oder einer Rasiercreme, einer
Lotion, eines Insektizids od. dergl. Insbesondere weist das System
einen Wärmespeicher 2,
der als Teil einer Spenderanordnung oder allein einsetzbar ist,
sowie eine Ladeeinrichtung 6 zum Laden bzw. Erregen des
Wärmespeichers
auf. Die Ausdrücke "Laden" und "Erregen" sind hier austauschbar
verwendet, um auszudrücken,
dass dem Wärmespeicher Energie
zugeführt
wird, indem man ihn u.a. einem Magnetfeld oder einer Mikrowellenstrahlung
aussetzt. Der Wärmespeicher 2 dient
dazu, Wärme
auf ein fließfähiges Produkt
zu übertragen,
bevor dieses freigesetzt wird.
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Der
Wärmespeicher 2 weist
ein wärmehaltendes
Material 8 sowie ein erwärmbares Element 10 auf,
die in Wärmeflussverbindung
miteinander angeordnet sind. Im Hauptteil des Wärmespeichers 2 ist ein
Durchgang 12 ausgebildet, der einen Strömungsweg bildet, den fließfähiges Produkt
beim Ausgeben durchläuft.
Wahlweise kann der Wärmespeicher 2 eine
isolierende Schalenschicht 24 aufweist, die die Oberfläche des
Wärmespeichers 2 mindestens
teilweise bedeckt. Wird der Wärmespeicher 2 an
die Ladeeinrichtung 6 angesteckt und letztere aktiviert,
erzeugt sie Wärme,
die der Wärmespeicher 2 speichert,
so dass er sich lädt.
Der so geladene Wärmespeicher 2 gibt
dann allmählich
und über
einen längeren
Zeitraum die Wärme
an das fließfähige Produkt im
Durchgang 12 ab.
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Das
erwärmbare
Element 10 weist vorzugsweise ein magnetisch kompatibles
Material (MCM) auf. Mit diesem Begriff ist hier ein Stoff gemeint,
der erwärmbar
ist, indem man ihn einem magnetischen Wechselfeld aussetzt; spezielle
Beispiele hierfür
sind unten diskutiert. Bevorzugt weist das erwärm bare Element 10 ein
ferromagnetisches Metall oder eine solche Legierung auf wie nicht
rostenden Stahl oder eine temperaturempfindliche Legierung (TSA).
TSA's verlieren
ihre magnetischen Eigenschaften, wenn man sie über eine bestimmte Temperatur
hinaus erwärmt;
sie enthalten so eine Sicherung, die ein Überhitzen verhindern. Die US-PS
6 232 585, die durch die Bezugnahme als Teil der vorliegenden Anmeldung
gelten soll, offenbart Beispiele von ferromagnetischen Stoffen,
die für
den Einsatz als erwärmbares Element 16 geeignet
sind.
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Alternativ
kann es sich bei dem erwärmbaren Element 10 um
ein Material auf Graphitbasis handeln, bspw. ein Blattmaterial der
Bezeichnung GRAFOIL® oder EGRAFTM,
das von der Fa. Graftech Inc., Lakewood, Ohio [US] (einer Abteilung
der Fa. UCAR Carbon Technology Corporation) erhältlich ist. Ein anderes bevorzugtes
Material auf Graphitbasis ist ein starres, mit Graphit gefülltes Polymerisat,
das die Fa. Bulk Molding Compounds, Inc., West Chicago, Illinois [US],
unter der Bezeichnung BMC 940 vertreibt. Noch andere starre Materialien
auf Graphitbasis mit kleineren Anteilen Polymerisat-Füllstoff
als BMC 940 lassen sich ebenfalls verwenden. Diese Materialien auf
Graphitbasis sind in den US-Patentschriften 6 657 170 und 6 664
520 diskutiert.
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Bei
GRAFOIL®-
oder EGRAFTM-Blattmaterial handelt es sich
um flächige
Graphitprodukte, die hergestellt werden, indem man hochwertige Graphitflocken
in einem Interkalationsverfahren mit starken Mineralsäuren behandelt.
Das Flockenmaterial wird erwärmt,
um die Säuren
auszutreiben, und expandiert dabei auf das Vielfache der Ausgangsgröße. Bindemittel
werden nicht eingebracht. Das Ergebnis ist ein Flachmaterial mit
typischerweise mehr als 98 Gew.-% Kohlenstoff. Es ist biegsam, leicht,
komprimierbar, federelastisch, chemisch inert, feuersicher sowie
last- und temperaturstabil.
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GRAFOIL®-
und EGRAFTM-Blattmaterial haben in der Blattebene
eine signifikant höhere
elektrische und thermische Leitfähigkeit
als in Durchgangsrichtung. Es hat sich experimentell herausgestellt, dass
diese Anisotropie zweierlei Nutzen erbringt. Erstens bewirkt der
höhere
elektrische Widerstand in der Quer- bzw. Durchgangsrichtung bei
20 kHz–50 kHz
eine Impedanz, bei der eine magnetische Induktionsheizung, die mit
solchen Frequenzen arbeitet, das Material wirkungsvoll erwärmen kann,
während die
höhere
thermische Leitfähigkeit
in der Blattebene dem Blatt erlaubt, sich schnell und gleichmäßig über die
gesamte Breite aufzuheizen. Zweitens lassen sich aufeinander folgende
Schichten aus GRAFOIL®- und EGRAFTM-Blattmaterial
induktiv gleichzeitig erwärmen,
auch wenn sie elektrisch gegeneinander isoliert sind. Bspw. lassen
sich alle GRAFOIL®-Schichten in einem Laminat
aus mehreren GRAFOIL®-Schichten jeweils zwischen
Lagen eines isolierenden oder wärmehaltenden
Materials angenähert
gleich schnell induktiv erwärmen.
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Auch
das starre graphitgefüllte
Polymerisatmaterial BMC 940 hat Vorteile für die Anwendung als erfindungsgemäßes erwärmbares
Element 10. Da es sich leicht zu komplexer Gestalt spritzen
oder druckformen lässt,
kann man ihm problemlos jede gewünschte
Form oder Größe erteilen.
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Alternativ
kann es sich an Stelle von MCM bei dem erwärmbaren Element 10 um
ein mit Mikrowellen kompatibles Material (MiCM) handeln. Der Ausdruck "mit Mikrowellen kompatibles
Material" soll hier
jeden dielektrischen Isolierstoff bezeichnen, der, wenn er Mikrowellenstrahlung
(d.h. elektromagnetischer Strahlung einer Frequenz im Bereich von
etwa 300 MHz bis etwa 300 GHz) ausgesetzt ist, Energie absorbiert
und dadurch aufgeheizt wird.
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Bei
dem wärmehaltenden
Material 8 handelt es sich um ein Fest-zu-Fest-Phasenübergangsmaterial. Fest-zu-Fest-Phasenübergangsmaterialien
speichern große
Latentwärmemengen
pro Masseneinheit durch eine kristalline Fest-zu-Fest-Phasentransformation
bei eindeutigen konstanten Transformationstemperaturen weit unter
den zugehörigen
Schmelzpunkten. Durch Kombination unterschiedlicher Fest-zu-Fest-Phasenübergangsmaterialien
lässt sich die
Transformationstemperatur innerhalb eines breiten Temperaturbereichs – etwa 25 °C bis etwa
188 °C – einstellen.
Die US-Patentschriften 6 316 753 und 5 954 984, die durch die Bezugsnahme
als Teil der vorliegenden Anmeldung gelten sollen, enthalten jeweils eine
Diskussion von für
die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeigneten Fest-zu-Fest-Phasenübergangsmaterialien.
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Das
Fest-zu-Fest-Phasenübergangsmaterial enthält vorzugsweise
mindestens ein Polyethylenharz und auch Strukturzuschläge, Wärmeleitadditive, Antioxidantien
u. dergl. Vorzugsweise sind mindestens etwa 70 Gew.-% des wärmehaltenden
Materials ein Polyethylenharz wie LD- oder lineares LD-Polyethylenharz.
Beispiele bevorzugter Harze für
den Einsatz in der vorliegenden Erfindung sind u.a.: ein lineares
LD-Polyethylenharz mit der Bezeichnung GA 564 der Fa. Equistar Chemicals,
LP, Houston, Texas [US], und ein LD-Polyethylenharz mit der Bezeichnung
LDPE 640I der Fa. Dow Plastics, Midland, Michigan [US]. Andere Polyethylenharze
unterschiedlicher Dichte lassen sich erfindungsgemäß ebenfalls verwenden.
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Ein
oder mehr Antioxidantien lassen sich dem Polyethylenharz durch Kompundieren
od. dergl. hinzufügen,
um einem Abbau des wärmehaltenden Materials
entgegenzuwirken, wenn es während
seiner Lebensdauer periodisch Temperaturen über seinem Kristallschmelzpunkt
ausgesetzt ist. Beispiele bevorzugter Antioxidantien sind: IRGANOX®-1010 oder
IRGANOX®-1330
der Fa. Ciba Specialty Chemicals, Schweiz; UVASIL®2000ML
der Fa. Great Lakes Chemical Corporation, West Lafayette, Indiana
[US]; ULTRANOX®-641
und WESTONTM618 der Fa. GE Specialty Chemicals,
Parkersburg, West Virginia [US]; und DOVERPHOS®S-9228
der Fa. Dover Chemical Corp. Dover, Ohio [US]. Bevorzugt machen
das Antioxidans/die Antioxidantien nicht mehr als etwa 1,0 Gew.-%
des wärmehaltenden
Materials aus.
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Strukturell
und/oder wärmeleitfähige Materialien
wie gehackte Glasfasern, Glasteilchen, Kohlenstoffpulver, Kohlenstofffasern
u. dergl. können
dem Polyethylenharz ebenfalls in Mengen bis etwa 30 Gew.-% des wärmehal tenden
Materials durch Kompundieren od. dergl. zugegeben werden. Bspw.
erteilen gehackte Glasfasern dem wärmehaltenden Material bei Temperaturen über dem
Schmelzpunkt des Polyethylenharzes eine höhere Eigenfestigkeit. Geeignet
sind die gehackten Glasstränge
des Typs 415A CRATEC®, die von der Fa. Owens
Corning erhältlich
und speziell zum Optimieren der Glas-Polymerisat-Haftung angesetzt
sind.
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Mit
Kohlenstoffpulver versetzte LD- und Linear-LD-Polyethylen-Harze wie bspw. MPC
Channel Black der Fa. Keystone Anilin Corporation, Chicago, Illinois
[US], und XPB-090 der Fa. Degussa Chemicals, Akron, Ohio [US], zeigen
nicht nur eine höhere Eigenfestigkeit
bei hohen Temperaturen und eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit, sondern auch eine niedrigere
Oxidationsrate des Polyethylens.
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Zusammenfassend
lässt sich
ein besonders bevorzugtes wärmehaltendes
Material 8 als Fest-zu-Fest-Phasenübergangsverbund mit etwa 70 Gew.-%
Polyethylenanteil und 0 % bis etwa 30 Gew.-% Zusätzen wie Antioxidantien, Wärmeleitzusätzen, Strukturzuschlägen od.
dergl. charakterisieren.
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Die
Isolierschicht 24 bildet eine Oberfläche, die bei Berührung kalt
erscheint und den Wärmedurchgang
aus dem Wärmespeicher 2 an
die Umluft begrenzt. Vorzugsweise weist die Isolierschicht 24 eine
Innenlage aus Isolierstoff angrenzend an eine Außenlage auf. Die Innenlage
aus Isolierstoff ist ausgelegt, den höchsten Temperaturen des wärmehaltenden
Materials 8 und des erwärmbaren
Elements 10 zu widerstehen, aber auch einen hohen Isolierwert aufrechtzuerhalten,
damit die angrenzende Außenlage
nicht zu heiß wird.
Für die
Innenlage lassen sich viele bekannte Faser-, Schaum- oder Vlies-Isolierstoffe
einsetzen. Beispiele bevorzugter Isoliermaterialien sind MANNIGLASS® V1200
und V1900 der Fa. Lydall, Troy, New York [US]. Zum Aufbau der Außenlage
der Isolierschicht 24 lassen sich auch viele Kunststoffarten
wie u.a. Polypropylen, Polyethylen, verschiedene eingebaute Harze
sowie Acrylnitril-Butadien-Styrol
(ABS) verwenden.
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Nachfolgend
sind mehrere bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es sei darauf hingewiesen,
dass sich je nach den gewünschten
Eigenheiten Besonderheiten dieser Ausführungsformen hinzufügen, fortlassen und/oder
verschiedentlich kombinieren lassen.
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Erste Ausführungsform
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Eine
erste bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist unten an Hand der 1A-1F beschrieben.
In dieser Ausführungsform
ist der Wärmespeicher 2 als
abnehmbare schnurlose Patrone ausgeführt, die sich mit jeder einer
Vielzahl unterschiedlicher Spender einsetzen lässt. In dieser Ausführungsform
ist das erwärmbare Element 10 ein
MCM.
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Im
Betrieb wird der Wärmespeicher 2 in
eine Ladeeinrichtung 6 eingesteckt und die Ladeeinrichtung 6 dann
aktiviert, um ein hochfrequentes magnetischen Wechselfeld F zu erzeugen,
das eine Wirbelstrom-, Hysterese- oder
Widerstandserwärmung
einzeln oder in Kombination entlang des induzierten Stroms bewirkt.
Das wärmehaltende
Material 8 absorbiert und behält die vom erwärmbaren
Element erzeugte Wärme
bei und erregt damit den Wärmespeicher 2.
Der geladene Wärmespeicher 2 lässt sich vom
Ladegerät
abnehmen und in einen beliebigen einer Anzahl unterschiedlicher
Spender wie die in den 1E und 1F gezeigten
einsetzen. Der Wärmespeicher 2 gibt
die im erwärmbaren
Element 10 und im wärmehaltenden
Material 8 gespeicherte Wärme an das fließfähige Produkt
ab. je nach Anwendung lässt
der Wärmespeicher 2 sich
so konfigurieren, dass er seine Ladung von mehreren Minuten bis
zu mehreren Stunden beibehält.
Der Fachmann wird einsehen, dass die Wärmehaltung des Wärmespeichers 2 größtenteils
von der Größe und der
Anordnung des erwärmbaren
Elements 10, des wärmehaltenden
Materials 8 und der Isolierschale 24 abhängt.
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Der
Wärmespeicher 2 der
ersten Ausführungsform
lässt sich
unterschiedlich gestalten; einige sind in den 1A-1C gezeigt.
Der Fachmann wird einsehen, dass die Anordnung und Größe des erwärmbaren
Elements 10 und des wärmehaltenden Materials 8 unterschiedlich
wählbar
sind abhängig von
den Soll-Heizparametern wie der Höchsttemperatur, der Wärmehalte-
und der Ladezeit sowie von den Soll-Ausgabeeigenschaften des fließfähigen Produkts
wie bspw. der Ausgaberate und -menge.
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In
einer ersten Variante der ersten Ausführungsform der 1A sind
das erwärmbare
Element 10 und das wärmehaltende
Material 8 gemeinsam als homogene Mischung aus dem erwärmbaren
und dem wärmehaltenden
Material ausgeführt.
Einheitlich ausgeführt
sind das erwärmbare
Element 10 und das wärmehaltende
Material 8 mit einer Isolierschicht 24 bedeckt.
Im Wärmespeicher 2 ist
ein gewundener Durchgang 12 ausgebildet, der einen langen
Strömungsweg
für das
fließfähige Produkt
beim Freisetzen anlegt. An entgegengesetzten Enden des Durchgangs 12 sind
ein Zulauf 16 und ein Ablauf 18 gebildet. Der
gewundene Durchgang 12 bietet über seine Länge eine große Schnittfläche zwischen
dem Wärmespeicher 2 und
dem fließfähigen Produkt,
so dass die Wärme
schnell auf letzteres übergehen
kann. Bevorzugt ist der Durchgang 12 mindestens doppelt
so lang wie jede andere Abmessung des Wärmespeichers 2. Da
die Wärme
beim Durchlauf des fließfähigen Produkts
durch den Durchgang 12 schnell auf es übergehen kann, kann der Wärmespeicher 2 eine
Erwärmung "am Einsatzort" bereit stellen.
D.h. der Wärmespeicher
kann in dieser Ausgestaltung das fließfähige Produkt mit praktisch
der gleichen Geschwindigkeit erwärmen,
wie es ausgegeben wird.
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In
dieser Anordnung sind das erwärmbare und
das wärmehaltende
Material vorzugsweise formbare Stoffe wie bspw. graphitgefülltes Polymerisat des
Typs BMC 940 bzw. Fest-zu-Fest-Phasenänderungsverbundmaterial. Ein
Verfahren zur Herstellung des Wärmespeichers 2 in
dieser ersten Variante wird an Hand der 7 beschrieben.
Zunächst
wird im Schritt 701 das erwärmbare mit dem wärmehaltenden
Material gemischt. Dieses Mischen lässt sich durch einen separaten
Mischvorgang erreichen; alternativ kann man die beiden Materialien
sich einfach beim Einbringen in die Formen mischen lassen. Dann wird
in den Schritten 703a, 703b der Wärmespeicher 2 zu
zwei separaten Hälften
jeweils mit der halben Kontur des gewundenen Durchgangs 12 geformt.
In den Schritten 705a, 705b werden dann die erste
und die zweite Hälfte
des Wärmespeichers 2 aus
ihren Formen ausgeworfenen und im Schritt 707 mit durchgehendem
Durchgang 12 aneinander angeordnet und schmelzverklebt.
Im Schritt 798 wird die Isolierschicht 24 auf
den Wärmespeicher 2 außen aufgeformt.
Während
der Wärmespeicher 2 an
Hand der 7 als in zwei Hälften geformt
beschrieben ist, die dann schmelzverklebt werden, lässt sich
der Wärmespeicher 2 alternativ
auch als einteilig formen. Weiterhin lässt sich der Wärmespeicher 2 in
dieser Variante durch Spritzguss, Druckformen oder jedes andere
geeignete Formverfahren herstellen.
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Die 1b zeigt
eine zweite Variante der ersten Ausführungsform. In dieser zweiten
Variante ist der Wärmespeicher 2 ähnlich der
in 1 gezeigten ersten Variante aufgebaut;
jedoch sind das erwärmbare
und das wärmehaltende
Element 10, 8 nicht zusammen als Mischung von
erwärmbarem und
wärmehaltendem
Material gebildet, sondern einzeln, wie unten an Hand der 8 bechrieben.
In dieser Variante wird im Schritt 801 das erwärmbare Material
bereit gestellt und in den Schritten 803a, 804 das
erwärmbare
Element 10 zu zwei separaten Stücken geformt, die jeweils den
halben Durchgang 12 enthalten. Im Schritt 805a, 805b werden
die beiden Hälften
aus ihren Formen ausgeworfen und im Schritt 807 aneinander
gelegt und zum erwärmbaren
Element 10 schmelzverklebt, durch das der Durchgang 12 verläuft. Sodann
wird im Schritt 809 das wärmehaltende Material außen auf
das erwärmbare
Element 10 aufgeformt, um den Wärmespeicher 2 auszubilden.
Danach formt man im Schritt 811 die Isolierschicht 24 außen auf
den Wärmespeicher 2 auf.
In dieser Variante ist der Durchgang 12 gewunden gestaltet,
wie im wesentlichen in der 1A gezeigt und
oben diskutiert. Die für
das wärmehaltende
Material 8 und das erwärmbare
Element 10 eingesetzten Werkstoffe sind bevorzugt die gleichen
wie oben zur 1A diskutiert.
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In
einem alternativen Aufbau lässt
sich die zweite Variante der ersten Ausführungsform mit dem wärmehaltenden
Material 8 im Inneren ausführen. Das Verfahren zur Herstellung
dieser speziellen Alternative wird an Hand der 9 beschrieben.
In dieser Alternative der zweiten Variante wird im Schritt 901 das
wärmehaltend
Material bereit gestellt und in den Schritten 903a, 903b zu
zwei separaten Stücken geformt,
die jeweils eine Hälfte
des Durchgangs 12 enthalten. Die beiden Hälften des
erwärmbaren
Elements 10 aus dem wärmehaltenden
Material 8 werden dann in den Schritten 905a, 905b aus
ihren Formen ausgeworfen und im Schritt 907 bspw. durch Schmelzverkleben
zusammengefügt,
um das wärmehaltenden
Material 8 mit dem Durchgang 12 auszubilden. Das
erwärmbare
Matrial wird dann im Schritt 909 außen auf das wärmehaltende
Material 8 aufgeformt, um den Wärmespeicher 2 auszubilden. Im
Schritt 911 wird die Isolierschicht 24 außen auf den
Wärmespeicher 2 aufgeformt.
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Die 1C zeigt
eine dritte Variante der ersten Ausführungsform, in der das wärmehaltende
Material 8 und das erwärmbare
Element 10 separat ausgebildet werden. Anstatt eines langen
gewundenen Durchgangs wie in den ersten beiden Varianten ist der
Durchgang 12 hier zu einem Reservoir im Inneren des Wärmespeichers 2 aufgeweitet.
Das Reservoir 20 hat einen Einlass 16 und einen
Auslass 18, die an im wesentlichen entgegengesetzten Enden des
Reservoirs 20 angeordnet sind und einen Strömungspfad
für das
fließfähige Produkt
anlegen. Das Reservoir 20 ist zur Aufnahme mindestens einer
und bis zu fünf
Dosen des fließfähigen Produkts
ausgelegt. Eine "Dosis" des fließfähigen Produkts
ist hier definiert als die Produktmenge, die typischerweise bei
jedem Aktivieren eines bestimmten Spenders ausgegeben wird. (Bspw.
liegt eine Durchschnittsdosis Rasiercreme oder -gel zwischen etwa
5 g und etwa 15 g, eine Durchschnittsdosis flüssiger Reiniger, der aus einer
Sprühflasche
ausgegeben wird, zwischen etwa 0,5 g und etwa 1,5 g.) Diese Anordnung,
in der nur eine kleine Menge des fließfähigen Produkts erwärmt wird,
ist als "One-shot
heating" bzw. "Einzeldosis-Erwärmung" bekannt. M.a.W.:
Es wird jeweils eine endliche Anzahl von Einzeldosen (mindestens
eine) des Ausgabeguts erwärmt.
Eine derartige Anordnung kann bevorzugt sein, wenn das fließfähige Produkt
auf eine hohe Tempratur erwärmt werden
soll oder wenn die Größe und die
Kosten des Wärmespeichers 2 eine
Rolle spielen. Auch bei Anwendungen wie Lotionsspender, Sprühflaschen
und Rasiercremes oder -gels, in denen jeweils nur wenige Produktdosen
nacheinander ausgegeben werden, ist diese "Einzeldosis-Erwärmung" besonders gut einsetzbar.
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Das
erwärmbare
Element 10 weist in der dritten Variante eine Anzahl Streifen
aus GRAFOIL®- oder
EGRAFTM-Blattmaterial auf, die im Inneren
des Reservoirs 20 in direkter Berührung mit dem dort enthaltenen
fließfähigen Produkt
angeordnet sind. Wie aus 1C ersichtlich,
steht das wärmehaltende Material 8 in
Wärmeflussverbindung,
aber nicht unbedingt in direkter Berührung mit dem erwärmbaren Element 10.
Die Wärme
wird also durch das fließfähige Produkt
hindurch auf das wärmehaltende
Material 8 übertragen.
Die 1C stellt das erwärmbare Element 10 als
ein Paar paralleler Streifen dar; es lässt sich jedoch eine beliebige
Anzahl Streifen effektiv benutzen. Einzusehen ist, dass das erwärmbare Element 10 das
fließfähige Produkt
umso schneller erwärmen
kann, je größer der
Gesamt-Flächeninhalt der
Streifen (durch die Größe, Gestalt
und Anzahl der Streifen) ist. So lassen sich die Streifen, aus denen sich
in dieser dritten Variante der ersten Ausführungsform das erwärmbare Element 10 zusammensetzt,
nach Größe, Gestalt
und Anzahl auf Grund der Art des eingesetzten fließfähigen Produkts
und der Soll-Erwärmungsrate
wählen.
Weiterhin sind verschiedene andere Anordnungen des wärmehaltenden
Materials 8 und des erwärmbaren
Elements 10 möglich,
wie dem Durchschnittsfachmann bekannt. Bspw. lassen sich die Orte
des erwärmbaren
Elements 10 und des wärmehaltenden
Materials 8 gegeneinander austauschen, können das
erwärmbare Element 10 und
das wärmehaltende
Material 8 unmittelbar aneinander inner- oder außerhalb
des Reservoirs angeordnet sein, usw.
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Weiterhin
wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass die in den 1A, 1B und 3A gezeigten "Einsatzort"-Wärmespeicher 2 auch
wirksam zur Einzeldosis-Erwärmung
einsetzbar sind, indem man einfach den in ihnen ausgebildeten Durchgang 12 verkürzt. Da
in einem Einzeldosis-System der Wärmespeicher 2 das
fließfähige Produkt
nicht so schnell erwärmen
muß wie
es ausgegeben wird, braucht der Durchgang nur so lang zu sein, wie
jeweils zur Aufnahme einer Einzeldosis des fließfähigen Produkt nötig. In
dieser modifizierten Anordnung würde
der Durchgang 12 im wesentlichen als langgestreckte enge
Version des Reservoirs der 1C und 2A wirken.
Mit dem verkürzten Durchgang 12 würden sich
in dieser Variante die Größe – und folglich
die Kosten – des
Wärmespeiches 2 vorteilhafterweise
verringern. Vergrößert man
umgekehrt den Flächeninhalt
der erwärmbaren
Elemente 10 in den Einzeldosis-Wärmespeichern 2 der 1C und 2A,
lässt sich
auch mit einer derartigen Anordnung eine für die Einsatzort-Erwärmung ausreichende
Wärmeübertragungsrate
erreichen. Diesen größeren Flächeninhalt
des erwärmbaren
Elements erreicht man bspw. mit einer höheren Anzahl sowie längeren und
dünneren
und/oder mit gewellten oder akkordeongefalteten Streifen.
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Wie
oben beschrieben, lassen die Patronen-Wärmespeicher 2 der
ersten Ausführungsform sich
mit unterschiedlich gearteten Spenderanordnungen einsetzen. Die 1E zeigt
einen Patronen-Wärmespeicher 2 nach
der ersten Ausführungsform
in einen Handspender 200 mit Scheuerbürste eingesetzt. Der Durchgang 12 im
Wärmespeicher 2 bildet
einen Teil eines Ausgabepfads des fließfähigen Produkts, der durch den
Scheuerbürsten-Spender verläuft. Der
Spender 200 enthält
einen Behälter 30 zur
Aufnahme eines fließfähigen Produkts
(bspw. einer Reinigerlösung)
und ein Betätigungselement 36, das
mit einer Pumpeinrichtung (nicht gezeigt) verbunden ist, mit der
sich das fließfähige Produkt
ausgeben lässt.
Drückt
ein Benutzer das Betätigungselement 36,
wird fließfähiges Produkt
aus dem Behälter 30 durch
den Wärmespeicher 2 und
aus einer Austrittsöffnung
(nicht gezeigt) des Spenders 20 in dessen Boden hinaus
gepumpt, und zwar beim Drücken des
Betätigungselements 36 jeweils
eine erwärmte Einzeldosis.
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1F zeigt
einen Patronen-Wärmespeicher 2 nach
der ersten Ausführungform
in einen Sprühflaschen-Spender 100 eingesetzt.
Der Sprühflaschen-Spender 100 arbeitet ähnlich dem
Scheuerbürsten-Spender 200 und
weist ebenfalls einen Behälter 30 zur
Aufnahme eines fließfähigen Produkts (bspw.
einer Reinigerflüssigkeit)
und auch ein mit einer Pumpeinrichtung (nicht gezeigt) verbundenes Betätigungselement 36 auf,
um das fließfähige Produkt
auszugeben. Wird das Betätigungselement 36 des
Sprühflaschen-Spenders 100 durchgezogen, wird
fließfähges Produkt
aus dem Behälter 30 durch den
Wärmespeicher 2 und
erwärmt
aus einer Austrittsöffnung 38 des
Spenders hinaus gepumpt. Beim Betätigen des Elements 36 wird
jeweils eine Einzeldosis des erwärmten
fließfähigen Produkts
ausgegeben.
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Die
Ladeeinrichtung 6 der ersten Ausführungsform weist, wie am besten
aus 1A zu ersehen, generell eine Steckerplatine 64,
eine Schaltungsplatine 50, einen Magnetfeldgenerator 52 und ein
Detektorelement 58 auf.
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Die
Steckerplatine 64 ist herkömmlich ausgeführt und
dient sowohl zur Stromversorgung der restlichen Elektronik der Ladeeinrichtung 6 aus
einer Standard-Wechselstrom-Wandsteckdose S als auch zur Halterung
der Ladeeinrichtung 6 in dieser. Alternativ kann die Ladeeinrichtung
mit einer Adapterschnur (nicht gezeigt) zum Anschluss an eine abgesetzte
Steckdose oder einen Kfz-Zigarettenanzünder versehen oder als batterie-
bzw. akkumulatorgespeiste tragbare oder Tischeinheit ausgeführt sein.
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Bei
Aktivierung erzeugt der Feldgenerator 52 ein hochfrequentes
magnetisches Wechselfeld F, das in das erwärmbare Element 10 eine
elektromotorische Kraft (EMK) induziert. In einer bevorzugten Ausführungsform
bewirkt die in das erwärmbare
Element 10 induzierte EMK "Wirbelströme", die das Element 10 in direkter
Relation zur Leistung (I2R) des durch das
Element 10 fließenden
Stroms aufheizen. Einzusehen ist jedoch, dass in anderen Ausführungsformen
der Erfindung das erwärmbare
Element auch zur Joule'schen
Erwärmung
durch magnetisch induzierte Ströme,
die in ein Drahtsegment des er wärmbaren
Elements gezwungen werden, und/oder zur Hysterese-Erwärmung in
Folge seiner Anordnung im Magnetfeld ausführbar ist.
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Wie
die 6 ausführlicher
zeigt, trägt
die Schaltungsplatine 50 vorzugsweise (i) einen Gleichrichter 54,
der die Wechselspannung aus der Wandsteckdose gleichrichtet; (ii)
einen Festkörper-Wechselrichter 68,
der an den Gleichrichter 54 angeschlossen ist und den Gleichstrom
zu einem ultraschallfrequenten Strom zur Speisung des Feldgenerators 52 (vorzugsweise
etwa 20 kHz bis 100 kHz) und (iii) eine auf einem Mikroprozessor
basierenden Steuerung 56 mit einem Mikroprozessor, der
mit dem Wechselrichter 68 gekoppelt ist und diesen steuert.
Die Steuerung 56 kann auch einen Schaltungsparametersensor 70 aufweisen,
der mit der Steuerung 56 gekoppelt ist und einen Parameter
misst, der mit der Belastung, die die Schaltung erfährt, zusammenhängt bzw.
von ihr abhängt.
Diese Parametersensor 70 kann bspw. ein Stromsensor im
Wechselrichter 68 sein, der den in einem Schalttransistor
im Wechselrichter fließenden
Strom misst. Eine Meldelampe 62 kann vorgesehen sein, um
bspw. zu signalisieren, wenn der Feldgenerator 52 aktiviert
und/oder der Wärmespeicher 2 vollständig geladen
ist.
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Vorzugsweise
weist der Feldgenerator 52 eine Induktionsspule auf Kupferbasis
auf, die auf die Schaltungsplatine 50 gedruckt oder sonstwie
aufgebracht ist. Der Feldgenerator 52 kann alternativ aus anderen
Metall- oder Legierungsdrähten
oder -spulen bestehen, die ein Magnetfeld erzeugen, wenn ein Wechselstrom
durch sie fließt,
und können
auch als von der Schaltungsplatine getrenntes Element 50 ausgeführt sein,
wie in den Zeichnungsfiguren gezeigt. Induktionsspulen können flach
oder gekrümmt konfiguriert
sein; eine Zylinderspule ist jedoch bevorzugt, weil sie die effektivste
Erwärmung
ergibt. Vorzugsweise ist die Induktionsspule so angeordnet, dass
bei an die Ladeeinrichtung 6 angesetztem Wärmespeicher 2 der
Abstand zwischen der Induktionsspule und dem erwärmbaren Element 10 weniger
als etwa 0,7 cm beträgt.
Größere Abstände sind
möglich, erfordern
aber eine stärkere
Leistungszufuhr zur Induktionsspule, um ein zum Erwärmen des
erwärmbaren
Elements 10 ausreichend starkes Magnetfeld zu erzeugen,
da die erforderliche Leistung dem quadratischen Abstand zwischen
der Spule und dem erwärmbaren
Element proportional ist.
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Wie
oben beschrieben, wird das Magnetfeld außerhalb des Wärmespeichers 2,
d.h. von der Ladeinrichtung 6 erzeugt und weist der Wärmespeicher 2 selbst
keine Komponenten zum Erzeugen des Magnetfelds auf. Alternativ lässt sich
die Induktionsspule 52 in den Hauptteil des Wärmespeichers 2 in
festem Abstand zum erwärmbaren
Element 10 aufnehmen, wie in 4E gezeigt.
Die beiden Enden der Induktionsspule 52 können elektrisch
an ein Paar elektrischer Kontakte 28 angeschlossen sein,
die von außerhalb
des Wärmespeichers 2 her
zugänglich
sind. Die Ladeeinrichtung 6 weist ein Paar entsprechender elektrische
Kontakte 72 auf, die bei an die Ladeinrichtung 6 angestecktem
Wärmespeicher 2 die
Induktionsspule 52 mit der Steckerplatine 64 der
Ladeeinrichtung 6 elektrisch verbinden.
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Optional
lässt sich
auch eine Radiofrequenz-Identifikations-(RFID)-Lese- oder Lese-/Schreib-Einheit 58 an
die Steuerung 56 anschalten. RFID ist eine selbsttätige Identifikationstechnologie ähnlich der
Strichcodetechnologie, außer
dass RFID mit Radio- bzw. Funksignalen an Stelle von optischen Signalen
arbeitet. Der Leser (bzw. die Lese-/Schreib-Einheit) 58 erzeugt
ein schwaches radiofrequentes Magnetfeld von typischerweise 125
kHz oder 13,56 MHz, das der Leser (bzw. die Lese-Schreib-Einheit) 58 über eine
Sendeantenne 132 (typischerweise eine Spule) abstrahlt.
Der Wärmespeicher 2 kann
einen RFID-Chip 22 (vergl. insbesondere die 1D und 2A)
enthalten, der typischerweise eine Antenne und einen integrierten Schaltkreis
(nicht gezeigt) enthält.
Der RFID-Chip ist vorzugsweise außen am Wärmespeicher 2 bspw.
mit einem Klebstoff, Befestigern od. dergl. angesetzt. Alternativ
kann der RFID-Chip 22 einteilig mit dem Wärmespeicher 2 ausgeführt sein,
bspw. in einen Teil des Wärmespeichers 2 eingeformt
oder auf den Behälter 30 aufgetragen.
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Das
RFID-System kann entweder ein Nur-Lese- oder ein Lese-/Schreib-System
sein. Wie der Name zeigt, erlauben Nur-Lese-Systeme eine Informationsübernahme
von der Marke, jedoch nicht umgekehrt. In Lese-/Schreib-Systemen
ist eine 2-Weg-Übertragung
zwischen der Marke und der Lese-/Schreib-Einheit möglich; beide
Systemkomponenten enthalten typischerweise einen elektronischen
Speicher zur Aufnahme von Informationen aus der jeweils anderen.
Die hier beschriebene bevorzugte Ausführungsform arbeitet mit einem
Lese-/Schreib-RFID-System.
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Um
eine einwandfreie ungestörte Übertragung
zwischen dem RFID-Chip 22 und der Lese-Schreib-Einheit 58 zu
gewährleisten,
beschränkt die
Steuerung 56 die Übertragungen
zwischen der Marke 22 und der Lese-/Schreib-Einheit 58 vorzugsweise
auf Zeitintervalle, in denen der Feldgenerator 52 nicht
gerade ein Magnetfeld F erzeugt. In einigen RFID-Systemen – wie mit
dem RFID-Chip des Typs C330 und dem RFID-Leser P031 der Fa. TagSys – ist eine Übertragung
auch möglich,
wenn der Feldgenerator 52 gerade ein Magnetfeld F erzeugt.
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Der
RFID-Chip 22 kann dazu dienen, der Lese-/Schreib-Einheit 58 zu
signalisieren, dass und wann ein geeigneter Wärmespeicher 2 in die
Ladeeinrichtung 6 eingesetzt ist; die Steuerung 56 kann dann
den Feldgenerator 52 aktivieren. So wird der Feldgenerator 52 nicht
aktiviert, wenn ein falscher oder kein Gegenstand in die Ladeeinrichtung 6 eingesetzt
wird. Das Anbringen eines RFID-Chips 22 am Behälter 30 anstelle
des oder zusätzlich
zum Wärmespeicher 2 kann
das Laden des Wärmespeichers
verhindern, wenn ein falscher Behälter an den Wärmespeicher
angesetzt werden soll oder kein Behälter an ihn angesetzt ist,
so dass die Sicherheit des Systems verbessert wird.
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In
einer weiter entwickelten Ausführungsform
kann der RFID-Chip 22 an
die Lese-/Schreib-Einheit 58 auch Informationen übertragen
betreffend bevorzugte Erwärmungsbedingungen (bspw.
5 min mit 180 °F
(82,2 °C)
heizen, dann 1 min ausgeschaltet, usw.) für den jeweils eingesetzten Wärme speicher übertragen,
desgl. zusätzlich
zu den ausführlichen
Heizvorgaben Informationen zur Identität des mit dem Wärmespeicher 2 zusammen
einzusetzenden fließfähigen Produkts
wie bspw. eine flüssige
Reinigerlösung,
eine Rasiercreme oder ein Rasiergel, eine Lotion usw. Die Steuerschaltung 56 kann
einen elektronischen Speicher 134 enthalten, der mehrere
Heizalgorithmen enthält,
d.h. jeweils einen zum Erwärmen
eines bestimmten fließfähigen Produktansatzes.
Wird also ein Wärmespeicher 2 mit einem
bestimmten fließfähigen Produkt
in die Ladeeinrichtung 6 eingesetzt, überträgt der RFID-Chip 22 dessen
Identität
an die Lese-/Schreib-Einheit 58 und löst die Steuerschaltung 56 den
diesem Ansatz zugehörigen
Heizalgorithmus aus.
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Optional
lässt sich
dem RFID-Chip 22 ein beschreibbarer elektronische Speicher
(nicht gezeigt) zuordnen, der Informationen aufnimmt, die aus der Lese-/Schreib-Einheit 58 in
regelmäßigen Abständen aktualisiert
werden – bspw.
Informationen hinsichtlich des zeitlichen Heizverlaufs des Wärmespeichers 2. Damit
kann eine an die Steuerschaltung 56 angeschlossene Echtzeituhr 136 ein Überhitzen
des Wärmespeichers 2 verhindern – wie wenn
der Wärmespeicher 2,
obgleich die in ihm gespeicherte Wärme nicht vollständig ausgegeben
ist, erneut in die Ladeeinrichtung 6 eingesetzt wird. Anstelle
des oder zusätzlich
zum elektronischen Speicher kann der RFID-Chip mit einem Temperaturfühler (nicht
gezeigt) versehen sein. Ein beispielhaftes Lese-/ Schreibsystem
mit Temperaturfühlfunktion
ist der RFID-Chip TagSys C330 mit externem Temperaturfühler und
zugehörigem
RFID-Leser P031, die oben erwähnt
sind. Der Temperaturfühler
lässt sich
in Wärmeflusszuordnung
zu demjenigen Teil des Wärmespeichers 2 anordnen,
dessen Temperatur beim Laden bevorzugt überwacht wird, und kann so
ein Überladen
des Wärmespeichers 2 verhindern.
So kann auch der Wärmefühler dem
Nutzer die Temperatur des Wärmespeichers 2 graphisch,
bildlich oder akustisch anzeigen.
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Wird
als erwärmbares
Element 10 ein MiCM verwendet, ist alternativ die Ladeeinrichtung
so konfigurierbar, dass sie ein elektrisches Feld mit einer Frequenz
m Mikrowellenbereich erzeugt. Die Mikrowellen- Ladeeinrichtung lässt sich als spezialisierte Ladeeinrichtung ähnlich der
der 1A, die keinen Magnetfeld-, sondern einen Mikrowellengenerator enthält, oder
als herkömmlicher
Mikrowellenofen ausführen.
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Zweite Ausführungsform
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Eine
zweite bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung wird an Hand der 2A-2C beschrieben.
Wie am besten aus 2A ersichtlich, ist in dieser
Ausführungsform
der Wärmespeicher 2 als Überkappe 40 ausgeführt, die
abnehmbar auf einen druckbeaufschlagten Behälter 30 aufgesetzt
ist, der ein fließfähiges Aerosol-Produkt
enthält.
Die Überkappe 40 und
der Behälter 30 bilden
zusammen eine Aerosol-Spenderanordnung 300. Die Überkappe 40 ist
am Behälter 30 mittels
einer Haltelippe abnehmbar angeordnet, die im Inneren der Überkappe 40 ausgebildet
ist. In dieser Ausführungsform überdeckt die Überkappe 40 im
wesentlichen das Äußere des Behälters 30.
Bei der Lagerung und zum Laden ist die Überkappe 40 auf einen
Bereich 66 aufsetzbar, der auf der Ladeinrichtung 6 ausgebildet
ist.
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Der
Wärmespeicher 2 dieser
Ausführungsform
ist ähnlich
der dritten Variante der ersten Ausführungsform ausgebildet, die
oben diskutiert und in der 1C gezeigt
ist. Der Wärmespeicher 2 dieser Ausführungsform
ist mit separat ausgebildetem wärmehaltendem
Material 8 und erwärmbarem
Element 10 ausgeführt.
In dieser Ausführungsform
ist der Durchgang ein aufgeweitetes Reservoir 20 im Inneren
des Wärmespeichers 2.
Das Reservoir 20 hat einen Zulauf 16 und einen
Ablauf 18, die an im wesentlichen entgegengesetzten Enden
des Reservoirs 20 liegen, und bildet einen Strömungspfad
für das
fließfähige Produkt.
Das Reservoir 20 ist zur Aufnahme mindestens einer und
bis zu fünf
Dosen des fließfähigen Produkts
bemessen; es handelt sich also um ein "Einzeldosis"-System, wie oben beschrieben. In der Überkappe 40 ist
direkt über
dem Ventilschaft 34 ein Betätigungselement 36 ausgebildet.
Beim Hinabdrücken
des Betätigungselements 36 drückt es seinerseits
den Ventilschaft 34 hinab, so dass fließfähiges Produkt aus dem Behälter 30 durch
den Einlass 16 in das Reservoir 20, dort erwärmt und
schließlich
durch den aus dem Ablauf 18 hinaus freigesetzt wird.
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Die
Ladeeinrichtung 6 dieser Ausführungsform weist im wesentlichen
die gleichen Teile auf, die oben zur ersten Ausführungsform beschrieben sind, einschl.
einer Steckerplatine 64, einer Schaltungsplatine 50,
eines Magnetfeldgenerators 52 und eines Detektorelements 58.
Die Schaltungsplatine 58 trägt u.a. eine Steuerung 56 und
einen Festkörper-Wechselrichter 68.
In dieser Ausführungsform – vergl. 2A – ist der
Gleichrichter 54 als separate Einheit dargestellt, obgleich
diese Anordnung für
die Ausführungsform
nicht funktionswesentlich ist. Die Detektoreinrichtung ist vorzugsweise
eine RFID-Lese-/Schreib-Einheit 58, die mit einem RFID-Chip 22 im
Spendergehäuse 40 auf
die gleiche Weise kommuniziert wie in der beschriebenen ersten Ausführungsform.
Weiter enthält
die Ladeeinrichtung dieser Ausführungsform
einen Betätigungsschalter 60,
mit dem die Ladeeinrichtung 6 von Hand aktivierbar ist, um
das Laden des Wärmespeichers 2 zu
beginnen, sowie eine Meldelampe 62, die anzeigt, wann die
Ladeeinrichtung 6 lädt.
Ist der RFID-Chip ein passives Nur-Lese-Element, ist er vorzugsweise
parallel zum Leser und in einem Abstand von höchstens etwa 3 cm bis 4 cm
zur Antenne angeordnet. Aktive Chips brauchen andererseits nicht
parallel liegen und lassen sich aus wesentlich größeren Entfernungen
zum Detektorelement 58 auslesen und beschreiben.
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Weist
die Ladeeinrichtung 6 sowohl eine RFID-Lese-/Schreib-Einheit 58 als
auch einen Hand-Betätigungsschalter 60 auf,
wie in 2A gezeigt, wird sie erst aktiviert,
um ein Magnetfeld zu erzeugen, wenn die RFID-Lese-/Schreib-Einheit 58 erfasst,
dass der Spender 300 in den Ansetzbereich 66 eingesetzt
ist und danach der Schalter 60 gedrückt wird. Ein Benutzer kann
also den Spender 300 nur zur Aufbewahrung an den Ansetzbereich 66 ansetzen.
Will er den Spender 300 anwenden, braucht er nur den Schalter 60 zu
drücken,
womit die Ladeeinrichtung 6 aktiviert wird, um ein Magnetfeld
F zu erzeugen und den Wärmespeicher 2 zu
laden. Mittels einer der vorgenannten Anzeigen (d.h. entweder der Meldelampe 62 oder
einem akustischen Signal) teilt die Ladeeinrichtung dem Benutzer
mit, wenn der Speicher 2 vollständig geladen ist.
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Dritte Ausführungsform
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Eine
dritte bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird an Hand der 3A, 3B beschrieben.
Wie am besten in 3A zu sehen, ist der Wärmespeicher 2 wieder
als Überkappe 40 eines
Aerosol-Spenders 300 gestaltet. In vielerlei Hinsicht ähnelt diese
Ausführungsform
der zweiten, wobei jedoch die Überkappe 40 des
Spenders 300 hier kleiner ist und nur den Oberteil eines
Behälters 30 überdeckt.
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Der
Wärmespeicher 2 dieser
Ausführungsform
wird bei der Fertigung mit dem Gehäuse 40 des Aerosol-Spenders 300 permanent
zusammengefasst. In dieser Ausführungsform
ist der Wärmespeicher 2 jedoch
als "Einsatzort"-Wärmespeicher ähnlich dem
der ersten Variante der ersten Ausführungsform nach 1A ausgestaltet.
Der Wärmespeicher 2 ist
so aufgebaut, dass das erwärmbare
Element 10 und das wärmehaltende
Material 8 als homogene Mischung des erwärmbaren
mit dem wärmehaltenden Material
zusammengefasst ist. Das Äußere des
erwärmbaren
Elements 10 und des wärmehaltenden Materials 8 ist
mit einer Isolierschicht 24 belegt. Durch den Wärmespeicher 2 hindurch
verläuft
ein gewundener Durchgang 12, der einen langen Strömungspfad
für das
fließfähige Produkt
bei der Ausgabe bildet. An entgegengesetzten Enden des Durchgangs
sind ein Zulauf 16 und ein Ablauf 18 ausgebildet,
in der Überkappe 40 unmittelbar über dem
Wärmespeicher 2 ein
Betätigungselement 36.
Beim Drücken
des Betätigungselements 36 drückt es seinerseits
den Wärmespeicher 2 und
damit den Ventilschaft 34 hinab, so dass fließfähiges Produkt
aus dem Druckbehälter 30 durch
den Zulauf 16 entlang des gewundenen Kanals 12 strömen kann,
wo es erwärmt
und schließlich
durch den Ablauf 18 freigesetzt wird.
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Die
Ladeeinrichtung 6 der dritten Ausführungsform entspricht im wesentlichen
der zweiten, wobei jedoch ein Hand-Betätigungsschalter fehlt und der
Ansetzbereich 66 anders gestaltet ist. In der dritten Ausführungsform
hat der Ansetzbereich 66 die Form eines bogenförmigen Haltearms,
der den Behälter 30 außen umgreift,
um den Spender 300 an der Ladeeinrichtung 6 zu
haltern. Die Ladeeinrichtung 6 weist eine Steckerplatine 64,
eine Schaltungsplatine 50, einen Magnetfeldgenerator 52 und
ein Detektorelement 58 auf. Eine ausführliche Beschreibung der verschiedenen
elektrischen Komponenten entfällt,
da sie bereits ausführlich
zur ersten und zweiten Ausführungsform
erläutert
wurden.
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Vierte Ausführungsform
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Eine
vierte bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird an Hand der 4A bis 4E beschrieben.
In dieser Ausführungsform
ist der Wärmespeicher 2 als Überkappe 40 gestaltet,
die abnehmbar auf einen Aerosol-Behälter 30 aufsetzbar
ist, der ein fließfähiges Produkt – bspw.
ein Rasiergel – enthält. Die Überkappe 40 und
der Behälter 30 bilden gemeinsam
einen Aerosol-Spender 300. Die Überkappe 40 ist abnehmbar
am Behälter 30 mit
einer Haltelippe festgelegt, die in ihrem Inneren ausgebildet ist.
Die Überkappe 40 lässt sich
vom Behälter 30 durch
Drücken
eines Freigabeknopfes 42 lösen. In dieser Ausführungsform
wird der Spender 300 mit einer Ladeeinrichtung 6 zusammen
eingesetzt, die eine Öffnung
enthält,
durch die bei mit der Ladeeinrichtung 6 zusammengesetztem
Spender 300 die Überkappe 40 hindurch
ragt. Die Überkappe 40 lässt sich
in der Ladeeinrichtung 6 mit beliebigen geeigneten Mitteln
festlegen – bspw.
die Koppeleinrichtung der US-PS 6 415 957, deren Offenbarung durch
die Bezugnahme als Teil der vorliegenden Anmeldung gelten soll.
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In
einer ersten Variante dieser Ausführungsform (vergl. 4C)
weist der Wärmespeicher 2 ein Reservoir 20 auf,
das von einer Kammer gebildet ist, die das erwärmbare Element 10 aufweist.
Beim erwärmbaren
Element 10 handelt es sich bevorzugt um magnetisch kompatiblen,
nicht rostenden Stahl mit etwa 0,14 cm bis etwa 0,24 cm (ca. 0.055
Zoll bis ca. 0.095 Zoll) Dicke und am besten um nicht rostenden Stahl
der Sorte 430 von etwa 0,19 cm (0.075 Zoll) Dicke. Eine Hülse aus
wärmehaltendem
Material 8 – vorzugsweise
Poylethylen mit etwa 0,25 cm (0.1 Zoll) Dicke – kleidet das Innere des Reservoirs 20 aus. Vorzugsweise
weist auch die Überkappe 40 eine
Isolierschale 24 aus Polypropylen, ABS-Kunststoff od. dergl.
auf. Wahlweise kann zwischen dem erwärmbaren Element 10 und
der Isolierschale 24 ein Luftspalt 26 belassen
sein, der eine zusätzliche
Isolierung bewirkt.
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Das
Reservoir 20 hat einen Zulauf 16 und einen Ablauf 18 an
im wesentlichen gegenüberliegenden
Enden desselben. Das Reservoir 20 ist zur Aufnahme mindestens
einer und bis zu fünf
Dosen des fließfähigen Produkts
bemessen; es handelt sich also um ein "Einzeldosis"-System. Ein Ventilschaft 34 ist in
Strömungsverbindung
mit dem Zulauf 16 angeordnet. Die Überkappe 40 weist
ein Betätigungselement 36 auf,
das, wenn gedrückt,
bewirkt, dass fließfähiges Produkt
aus dem Druckbehälter 30 durch
den Zulauf 16 in das Reservoir 20 getrieben, dort
erwärmt und
schließlich
durch den Ablauf 18 hindurch ausgegeben wird.
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Die
Ladeeinrichtung 6 dieser Ausführungsform weist im wesentlichen
die gleichen Teile auf, die oben zur dritten Ausführungsform
offenbart sind, d.h. u.a. eine Steckerplatine 64, eine
Schaltungsplatine 50, eine Induktionsspule 52 zum
Erzeugen eines Magnetfeldes F, einen Betätigungsschalter 60,
eine Meldelampe 62 und einen RFID-Leser (nicht gezeigt), der
einen RFID-Chip (ebenfalls nicht gezeigt) in bzw. an der Überkappe 40 oder
in bzw. am Behälter 30 aufweist.
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Im
Betrieb lässt
die Ladeeinrichtung 6 sich selbsttätig, wie wenn der Wärmespeicher 2 mit
der Ladeeinrichtung 6 zusammengefügt wird, oder von Hand durch
Drücken
des Betätigungsschalters 60 aktivieren.
Die Meldelampe 62 ist bspw. so programmierbar, dass sie
rot blinkt, wenn der Wär mespeicher 2 geladen
wird, und auf Grün
umschaltet, wenn er vollständig
geladen ist.
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Die
Temperatur, auf die das erwärmbare
Element 10 aufgeheizt wird, hängt von mehreren Faktoren ab
wie bspw. von der Solltemperatur, auf die das fließfähige Produkt
erwärmt
werden soll, sowie vom Aufbau des Wärmespeichers 2. Ein
Rasiergel wird bspw. auf eine Temperatur von etwa 49 °C bis etwa 60 °C (etwa 120 °F bis etwa
140 °F)
erwärmt.
Ist der Wärmespeicher
gestaltet, wie in 4C gezeigt und oben beschrieben,
muss das erwärmbare
Element 10 auf eine Temperatur zwischen etwa 54 °C und etwa
79 °C (etwa
130 °F bis
etwsa 175 °F)
aufgeheizt werden.
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Eine
zweite Variante der vierten Ausführungsform
ist in 4D dargestellt. In dieser Variante wird
das Reservoir 20 von einer Kammer gebildet, die das wärmehaltende
Material 8 – bspw.
Polyethylen oder Polypropylen – aufweist.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass Anordnungen, die nicht mit
einem Fest-zu-Fest-Phasenübergangsmaterial
arbeiten, nicht unter die Erfindung fallen. Die Kammer ist außen mit
einer Hülse
umkleidet, die das erwärmbare Element 10 aufweist.
Die Kammer lässt
sich bspw. durch Spritzformen ausbilden. Alternativ lässt sie sich
als extrudierte Hülse
herstellen, in der das erwärmbare
Element – vorzugsweise
GRAFOIL®-Blattmaterial – zwischen
Schichten des wärmehaltenden Materials
eingelegt ist. In einer noch anderen alternativen Ausführungsform
weist das erwärmbare
Element ein poröses
maschen – bzw.
netzartiges MCM – bevorzugt
nicht rostenden Stahl – auf,
das in der Kammer angeordnet ist, die bevorzugt aus Poylethylen
gebildet ist. Da das netzartige Material porös ist, kann das fließfähige Produkt
unmittelbar durch das erwärmbare
Material strömen,
so dass es sich rasch ewärmen
kann.
-
Vorzugsweise
sind in allen vorgenannten Ausführungsformen
der Wärmespeicher 2 und
die Ladeeinrichtung 6 so gestaltet, dass der Abstand zwischen
dem erwärmbaren
Element 10 und der Induktionsspule 52 nicht größer ist
als etwa 0,64 cm (0.25 Zoll). Größere Abstände sind
möglich,
erfordern aber eine höhere
Energiezufuhr zur Spule zum Erzeugen eines Magnetfeldes, das zum
Erwärmen
des erwärmbaren
Elements stark genug ist.
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Die 4E zeigt
eine dritte Variante der vierten Ausführungsform. Diese Variante
entspricht der Ausführungsform
gem. 4C, außer
dass die Induktionsspule 52 in der Überkappe 40 und entsprechende
elektrische Kontakte 28, 72 an der Überkappe 40 bzw.
der Ladeeinrichtung 6 angeordnet sind.
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Fünfte Ausführungsform
-
Eine
fünfte
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird an Hand der 5A bis 5C beschrieben.
In dieser Ausführungsform
ist der Wärmespeicher 2 als
flexibles poröses
Kissen 44 ausgeführt,
das als "warmer
Schwamm" bspw. für Reinigungs-
und Körperpflegeanwendungen
ausgeführt wird.
Das Kissen 44 enthält
einen aufreißbaren
Beutel 14 (auch als "Blasenpackung" bekannt), der ein fließfähiges Produkt
wie bspw. eine Reinigungslösung
oder ein Rasiergel enthält.
Geeignete aufreißbare
Beutel zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung sind u.a. von der
Fa. Klocke of America, Inc. erhältlich.
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Das
Kissen 44 weist eine Kombination des wärmehaltenden mit erwärmbaren
Material 8 bzw. 10 auf. Vorzugsweise enthält es zwei
oder drei Schichten GRAFOIL®-Blattmaterial mit zwischengelegtem Fest-zu-Fest-Phasenübergangsmaterial.
Alternativ kann es aus Flocken des erwärmbaren Materials bestehen,
die im wärmehaltenden
Material verteilt sind. In noch anderen Varianten kann das Kissen
aus Graphitfasern, die in einem Polymerisat-Gewebemattenmaterial
verteilt sind, oder aus Graphitfasergewebe mit eingewebten wärmehaltenden
Polymerisatfasern bestehen.
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Wie
in den vorgehenden Ausführungsformen wird
der Wärmespeicher 2 der 5A bis 5C mit einer
Ladeeinrichtung 6 aufgeheizt. Die Lade einrichtung 6 enthält im wesentlichen
die gleichen Funktionselemente, die oben beschrieben sind, wie u.a. eine
Schaltungsplatine 50, eine Induktionsspule 52 zum
Erzeugen eines Magnetfeldes F, einen Betätigungsschalter 60 und
eine Meldelampe 62. In der in den 5B, 5C dargestellten
Ausführungsform wird
die Ladeeinrichtung von Hand durch Drücken des Betätigungsschalters 60 aktiviert,
wenn man das Kissen 44 an die Ladeeinrichtung 6 ansetzt.
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Im
Betrieb wird das fließfähige Produkt
aus dem Kissen 44 durch Beaufschlagung desselben mit Druck
ausgegeben, wodurch der aufreißbare
Beutel 14 komprimiert und das fließfähige Produkt aus ihm in das
Kissen 44 gedrückt
wird. Das Kissen 44 ist porös und enthält zahlreiche Durchgänge, durch
die das fließfähige Produkt
hindurchtritt. Dabei wird es von dem erwärmbaren und dem wärmehaltenden
Stoff erwärmt,
aus denen sich das Kissen sich zusammensetzt.
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Das
gesamte Kissen 44 einschl. des aufreißbaren Beutels 14 ließe sich
so ausführen,
dass es sich, nachdem das fließfähige Produkt
erschöpft
ist, entsorgen lässt;
es lässt
sich auch wiederholt verwenden, wenn man den Beutel nach Bedarf
auswechselt.
-
Während die
Erfindung oben an Hand mehrerer bevorzugter Ausführungsformen beschrieben ist,
dienen diese nur zur Erläuterung
und sollen die Erfindung selbst nicht einschränken. Insbesondere sind die
verschiedenen Merkmale der Ausführungsformen
der Erfindung kombinier- und modifizierbar, um sie den Anforderungen
einer bestimmten Anwendung anzupassen. Bspw. ist der Wärmespeicher
mit beliebigen Spender und fließfähigen Produkten
einsetzbar, wo diese mit einer höheren
Temperatur ausgegeben werden sollen. Andere Anwendungen, die aus
den Vorteilen der Erfindung Nutzen ziehen können, sind u.a. Körperpflegeprodukte
wie Haarsprays, Haargels, Schäume,
Schampune, Konditionierer u. dergl., weiterhin Lebensmittel wie
Gewürze,
Speiseeis-Überzüge (warmer
Fondant, Karamel usw.), Suppen u. dergl., Industrieprodukte wie
Farbsprühgeräte, Druckwäscher u.
dergl. sowie zahlreiche andere Anwendungen. Darüber hinaus gelten die zur Herstellung
des erfindungsgemäßen Wärmespeichers
beschriebenen Verfahren nur repräsentativ.
Sie lassen sich in verschiedenen Kombinationen und Reihenfolgen
miteinander oder mit anderen Verfahrensschritten gemeinsam ausführen, die
hier nicht speziell beschrieben sind.
-
6
- 58
- RFID-Lese-/Schreib-Einheit
- 68
- Wechselrichter
-
7
- 701
- Wärmehaltendes
mit erwärmbarem
Material mischen
- 703a
- Wärmespeicherhälfte formen
- 703b
- Wärmespeicherhälfte formen
- 705a
- Erste
Wärmespeicherhälfte auswerfen
- 705b
- Zweite
Wärmespeicherhälfte auswerfen
- 707
- Wärmespeicherhälften verschmelzen
- 711
- Isolierschicht
auf den Wärmespeicher
aufformen
-
8
- 801
- Erwärmbares
Material bereit stellen
- 803a
- Hälfte des
erwärmbaren
Elements formen
- 803b
- Hälfte des
erwärmbaren
Elements formen
- 805a
- Erste
Hälfte
des erwärmbaren
Elements auswerfen
- 805b
- Zweite
Hälfte
des erwärmbaren
Elements auswerfen
- 807
- Hälften des
erwärmbaren
Elements verschmelzen
- 809
- Wärmehaltendes
Material auf erwärmbares Element
aufformen
- 811
- Isolierschicht
auf Wärmespeicher
aufformen
-
9
- 901
- Wärmehaltendes
Material bereit stellen
- 903a
- Hälfte des
wärmehaltenden
Elements formen
- 903a
- Hälfte des
wärmehaltenden
Elements formen
- 905a
- Erste
Hälfte
des wärmehaltenden
Elements auswerfen
- 905b
- Zweite
Hälfte
des wärmehaltenden
Elements auswerfen
- 907
- Hälften des
wärmehaltenden
Elements verschmelzen
- 909
- Erwärmbares
Material auf wärmehaltendes Element
aufformen
- 911
- Isolierschicht
auf Wärmespeicher
aufformen