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Gegenstand der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft thermische Kissen, sowie ihre Verwendung.
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Stand der Technik
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Im
Krankenhausbereich und der medizinischen Ambulanz finden thermische
Kissen eine bedeutende Verwendung, insbesondere für die äußere thermische
Regulierung und zur Schmerzlinderung oder in verschiedenen Therapien
wie zum Beispiel der Kryotherapie.
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Man
weiß in
der Tat, dass Kälteanwendungen
Schmerzen lindern können
(Kopfschmerzen, Migräne,
Zahnschmerzen, Muskel- oder Entzündungsschmerzen
usw.) oder die Resorption von Hämatomen, Ödemen und
die Narbenbildung bei Unfall- oder chirurgischen Wunden beschleunigen
können.
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In
dem amerikanischen Patent
US
3 545 230 wird ein Kühlkissen
vorgeschlagen, das die Schmelzwärme
einer festen Substanz nutzt. Während
dieser Schmelzphase bleibt die Temperatur konstant. Das Kissen besteht
aus einer Schicht eines hydrophilen und unlöslichen Gels in einer dichten,
flexiblen Hülle. Ein
träges,
flexibles Substrat (zum Beispiel Fasern oder ein Stoff), das in
das Gel eintaucht, dient der Verstärkung der mechanischen Festigkeit
des Kissens und ermöglicht
es ihm, eine beliebige geometrische Form anzunehmen. Um dem Kissen
eine ausreichende Flexibilität
zu verleihen, werden mehrere Gelschichten von sehr geringer Dicke
(kaum einige Millimeter) übereinander
geschichtet und zwischen die Gelschichten eine flexible und träge Folie
eingebracht. Dieses bekannte Kissen weist den Nachteil auf, dass
es von schwieriger und kostspieliger Herstellung ist, seine Leistung
ist zudem schwach und seine Anwendungen sind begrenzt.
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In
der Druckschrift
EP 0 123 949 besteht
die kryogene Substanz des Kissens aus Gelstücken von besonderer Konstitution,
die eine Elastizität ähnlich der
von Gummi aufweisen und bei der Temperatur der Kälteerzeugung nicht zusammenkleben.
Durch das Verschieben der Gelstücke
untereinander im Kissen erhält
dieses die gewünschte
Weichheit. Diese bekannten Kissen haben dennoch den Nachteil, dass sie
ein teures Gel benötigen
und dass ihre Herstellung schwierig und teuer ist.
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Im
amerikanischen Patent
US 3 885
403 wird vorgeschlagen, für die kryogene Substanz ein
Gel zu verwenden, das einen großen
Anteil eines Mittels enthält,
das den Gefrierpunkt unter die normale Gebrauchstemperatur herabsetzt.
Für das
Mittel zum Herabsetzen des Gefrierpunkts wird Glyzerin und Propylenglycol
vorgeschlagen. Bei diesem bekannten Kissen resultiert die Kälteerzeugung
nicht aus einer latenten Schmelzwärme, sondern aus dem allmählichen
Erwärmen
des Gels. Dieses bekannte Kissen hat die Eigenschaft, einen einfachen
Aufbau zu haben und eine gute Flexibilität und eine gute Eignung zur
weichen Verformung aufzuweisen, da das Gel keine feste Phase durchläuft. Dagegen
weist es den Nachteil einer kurzen Verwendungsdauer auf, da die
Kälteerzeugung
nicht aus der Schmelzwärme
resultiert, sondern aus der allmählichen
Erwärmung des
Gels. Außerdem
ist die Produktivität
des Kissens (die Kälteerzeugung
oder der Kalorienentzug pro Zeiteinheit) nicht konstant, sondern
nimmt mit zunehmender Erwärmung
des Gels immer mehr ab, was ein weiterer Nachteil dieses bekannten
Kissens ist.
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In
der Druckschrift
WO 97/11657 werden Wabenplatten
beschrieben, die aus einem Gitter von Zellen bestehen, die mit einem
thermischen Mittel gefüllt
sind. Zwischen diesen Zellen weist die Platte geradlinige Bereiche
mit schwacher Bruchgrenze auf, die es ermöglichen, sie beliebig (durch
Scheren oder Zug) in thermische Kissen von vordefinierten Abmessungen
in Abhängigkeit
von den vorgesehenen Anwendungen dieser Kissen aufzuteilen. In diesen
Wabenplatten sind die Zwischenräume
der Grund für mehrere
Nachteile. Einerseits reduzieren sie die thermische Kapazität der Platte
und andererseits behindern sie die gleichmäßige Wirkung der Platte, wenn diese
auf der Haut des Patienten angewendet wird.
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In
der Druckschrift
FR
1 018 835 A werden thermische Kissen beschrieben, die ein
Netz von Abteilen umfassen, die ein thermisches Material enthalten
und untereinander durch flexible Membranen verbunden sind. Das Netz
der Abteile ist in einer flexiblen Hülle eingeschlossen, die mit
der Wand der Abteile eine Umfassung bildet, die mit einem thermischen Medium
gefüllt
ist. Diese bekannten thermischen Kissen weisen eine sehr schlechte
Flexibilität
auf und eignen sich schlecht für
eine Verformung, hauptsächlich
wenn das thermische Medium der Hülle
eine Flüssigkeit
oder ein Feststoff im Teilchenzustand ist. Infolgedessen eignen
sie sich schlecht für
eine gleichmäßige Anwendung
auf menschlichen oder tierischen Gliedmaßen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung dient dazu, die vorstehend angeführten Nachteile der bekannten
thermischen Kissen zu beseitigen und den Bedürfnissen der potenziellen Anwender
(insbesondere im Krankenhausbereich) Genüge zu leisten, indem ein thermisches
Kissen von neuer Gestaltung geliefert wird, das eine ausgezeichnete
Flexibilität/Elastizität und die
Fähigkeit,
sich perfekt an Formen in Bewegung anzupassen, mit einem hohen und
dauerhaften Heizwert bei weitgehend konstanter Temperatur verbindet
und dessen Wirkung einheitlich ist (insbesondere, wenn es auf einem
Teil des menschlichen Körpers
angewendet wird); dessen Dicke bei der Verwendung weitgehend konstant
gehalten werden kann, dessen Abmessungen und Form praktisch unbegrenzt
sind, das hohen Druckänderungen
ohne Verformung standhalten kann, und das, dank der vorstehend genannten
Eigenschaften, für
vielseitige Zwecke, insbesondere im Krankenhausbereich geeignet
ist, ohne dass größere Änderungen
notwendig wären.
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Folglich
betrifft die Erfindung ein thermisches Kissen, bestehend aus einem
Netz aus Blöcken,
die über
Gelenkstücke
miteinander verbunden und durch Zwischenräume voneinander getrennt sind;
die besagten Blöcke
enthalten ein thermisches Material, während die besagten Zwischenräume zumindest teilweise
mit einem verformbaren thermischen Material gefüllt sind. Das thermische Kissen
ist dadurch gekennzeichnet, dass für die Gelenkstücke aus
den folgenden Möglichkeiten
gewählt
werden kann:
- – Elastische, an den Blöcken befestigte
feste Körper,
die somit zumindest einen Teil des besagten verformbaren thermischen
Materials darstellen;
- – Elastische
Membranen, die an den Blöcken
befestigt und so unter Spannung gebracht werden, dass sie einen
verformbaren Körper,
der in den Zwischenräumen
vorhanden ist, zusammendrücken;
der besagte verformbare Körper
stellt somit zumindest einen Teil des verformbaren thermischen Materials
dar; und
- – Gelenkstücke, die
gegenüber
einem in den Zwischenräumen
vorhandenen Fluid durchlässig sind;
das besagte Fluid stellt somit zumindest einen Teil des verformbaren
thermischen Materials dar.
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Das
thermische Kissen gemäß der Erfindung ist
dazu bestimmt, mit einem materiellen Körper in Berührung zu kommen, mit dem Ziel,
den Wärmeaustausch
dieses Körpers
mit der Umgebung zu beeinflussen.
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Der
Ausdruck „Körper" muss hier im allgemeinen
Sinne verstanden werden und bezeichnet einen materiellen Gegenstand.
Er bezeichnet gleichermaßen
einen festen Körper,
einen flüssigen
Körper oder
einen gasförmigen
Körper.
Im Falle eines festen Körpers
kann dieser zum Beispiel die Oberfläche eines festen Gegenstandes
oder einen Teil der Anatomie eines Tieres oder eines Menschen umfassen.
Im Falle eines flüssigen
Körpers
kann dieser die Oberfläche
einer Wasserfläche
oder eines flüssigen
Bades umfassen. Bei dieser Anwendung der Erfindung kann das Kissen
zum Beispiel als dichte Wand zwischen zwei unterschiedlichen Flüssigkeiten
oder einer Flüssigkeit
und der umgebenden Atmosphäre, zum
Beispiel der Umgebungsluft dienen.
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Im
Falle eines gasförmigen
Körpers
besteht dieser aus einer Atmosphäre.
Bei dieser Anwendung der Erfindung kann das Kissen gemäß der Erfindung zum
Beispiel ein Schutzschild zwischen zwei unterschiedlichen Atmosphären bilden,
zum Beispiel einer warmen Atmosphäre (der Atmosphäre eines
Industrieofens) und einer Atmosphäre mit moderater Temperatur.
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Als
Variante kann der Körper
im Falle eines flüssigen
oder gasförmigen
Körpers
eventuell in einer dichten Hülle,
zum Beispiel einer weichen Membran, eingeschlossen sein.
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Das
umgebende Milieu kann gasförmig
oder flüssig
sein. Bei einem gasförmigen
Milieu kann es sich zum Beispiel um die atmosphärische Luft, die Atmosphäre eines
beheizten Raums, die Atmosphäre eines
gekühlten
Raumes (zum Beispiel einer Kühlkammer)
oder die Atmosphäre
eines Industrieofens (nicht vollständige Aufzählung) handeln.
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Falls
das umgebende Milieu ein flüssiges
Milieu ist, kann es sich zum Beispiel um Wasser oder ein industrielles
chemisches Bad handeln.
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In
dieser Schrift wird im Weiteren die Temperatur des thermischen Materials
der Blöcke
und/oder der Zwischenräume
im Augenblick der Verwendung des Kissens als „normale Nutzungstemperatur" bezeichnet.
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In
dieser Schrift wird im Weiteren das Wort „Kissen" ganz allgemein für jedes feste und weiche Element
verwendet, das dazu bestimmt ist, mit dem Körper (wie vorstehend definiert)
in Kontakt zu kommen, um ihn wenigstens teilweise zu bedecken oder ihn
vollständig
oder teilweise einzuwickeln. Das thermische Kissen gemäß der Erfindung
kann folglich auf sehr unterschiedliche Weise je nach gewünschtem Verwendungszweck
angepasst werden. Es kann zum Beispiel die Form eines Bettgegenstandes (Kopfkissen,
Decke, Matratze), einer Tasche, eines Ärmels, eines Kleidungsartikels
oder eines Teils eines Kleidungsstücks, einer Verpackung, eines Schutzschildes
oder Vorhangs, einer Abdeckung (unvollständige Liste) haben. Es kann
aus verschiedenen, zusammenbaubaren Modulen hergestellt werden.
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Das
thermische Kissen gemäß der Erfindung ist
ein Kissen, das bei der normalen Nutzungstemperatur, wenn es mit
einem Körper
in Kontakt kommt (gemäß der obenstehenden
Definition), einen Wärmeübergang
zwischen dem besagten Kissen und dem besagten Körper verursacht oder dazu dient,
die Temperatur des besagten Körpers
weitgehend konstant zu halten.
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Das
thermische Kissen nach der Erfindung wird als „Wärmekissen" oder „kryogenes Kissen" bezeichnet, wenn
seine normale Nutzungstemperatur von der des Körpers abweicht, mit dem man
es in Kontakt bringt, so dass ein Wärmetransfer zwischen dem besagten
Kissen und dem besagten Körper stattfindet.
Wenn der Wärmeübergang
auf natürliche Weise
in Richtung vom Körper
zum thermischen Kissen stattfindet, handelt es sich um ein kryogenes
Kissen. Falls der Wärmeübergang
in Richtung vom Wärmekissen
auf den Körper
stattfindet, ist das thermische Kissen gemäß der Erfindung ein Wärmekissen.
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Das
thermische Kissen gemäß der Erfindung wird
als „isothermisches
Kissen" bezeichnet,
wenn seine normale Nutzungstemperatur weitgehend der des Körpers entspricht,
mit dem es in Kontakt gebracht wird, so dass kein Wärmeübergang
zwischen dem besagten Körper
und dem thermischen Kissen stattfindet. Ein isothermisches Kissen
nach der Erfindung übt
folglich die technische Funktion einer Wärmeisolierung aus, indem es
einen Wärmetransfer zwischen
dem Körper
und der Umgebung verhindert.
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Das
thermische Kissen gemäß der Erfindung umfasst
ein Netz aus Blöcken,
zwischen denen Zwischenräume
ausgespart sind. Die Zwischenräume sind
im allgemeinen miteinander verbunden.
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Definitionsgemäß ist jeder
Block des Kissens ein festes Element. Die Form der Kissenblöcke nach der
Erfindung wird weiter unten im Detail beschrieben.
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Die
Blöcke
sind als Netz zusammengefügt. Sie
sind im Übrigen
durch Abstände
voneinander getrennt, so dass zwischen ihnen ein Netz aus Zwischenräumen gebildet
wird. Das Kissen nach der Erfindung umfasst somit ein Flechtwerk
von Zwischenräumen
in einem Flechtwerk von Blöcken.
Das Netz aus Blöcken
umfasst im Allgemeinen eine einzige Schicht von Blöcken, obwohl
ein Netz, das aus mehreren Schichten von übereinander liegenden Blöcken gebildet
wird, gemäß der Erfindung
nicht ausgeschlossen ist.
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Die
Blöcke
des Netzes sind untereinander beweglich verbunden. Mit anderen Worten
sind Blöcke
des Netzes untereinander durch Gelenkstücke verbunden. Details über die
Gelenkstücke
werden weiter unten geliefert.
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In
dem Kissen gemäß der Erfindung
sind die Form und die Abmessungen der Blöcke, die Form und die Abmessungen
der Zwischenräume
und die Wahl der Gelenke so angepasst, dass das Netz aus Blöcken eine
feste Struktur bildet, die durch Biegen und/oder Verdrehen und/oder
Drehen um mehrere Achsen, die in einem dreidimensionalen Raum angeordnet
sind, verformbar ist. Diese Besonderheit des Kissens nach der Erfindung
ermöglicht
es ihm, sich leicht an praktisch jede beliebige Körperform
anzupassen, auf der es angewendet wird (zum Beispiel einem Teil
der menschlichen oder tierischen Anatomie) und deren Bewegung zu
begleiten.
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In
dem Kissen gemäß der Erfindung
enthalten die Blöcke
und die Zwischenräume
ein thermisches Material. Das thermische Material wird weiter unten
erläutert.
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Die
Form der Blöcke
hängt von
der Verwendung des Kissens ab und ist für die Definition der Erfindung
unkritisch. Die Blöcke
können
zum Beispiel eine runde, halbrunde, eiförmige, ringförmige, linsenförmige, kegelförmige, kegelstumpfförmige oder
polyedrische Form haben. Die Blöcke
können
flache, gewölbte
oder linksgängige,
zum Beispiel schraubenförmige
Seiten haben oder einen Zusammenschluss aus flachen, gewölbten oder
linksgängigen Seiten
umfassen. Sie können
zum Beispiel tonnenförmig
sein, so dass eine gewölbte
ringförmige
Seite mit flachen Seiten an den Enden verbunden ist. Allgemein ist
jede Form möglich,
die, in Verbindung mit den Zwischenräumen und den Gelenken, die
die Blöcke
verbinden, eine Verformung des Kissens wie vorstehend ausgeführt ermöglicht.
Polyedrische Formen werden im Allgemeinen bevorzugt.
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Von
den polyedrischen Formen werden gerade oder pyramidenförmige Polyeder
bevorzugt. Pyramidenstümpfe
werden besonders empfohlen. Unter geraden oder pyramidenförmigen Polyedern
werden Polyeder mit dreieckiger, trapezförmiger, quadratischer, rechteckiger
oder achteckiger Grundfläche bevorzugt.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird jeder Block aus
zwei Pyramidenstümpfen
gebildet, die entlang der größeren Grundfläche miteinander
verbunden sind, zum Beispiel zwei dreieckige, trapezförmige, quadratische
oder achteckige Pyramidenstümpfe.
Bei dieser bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Blöcke in vorteilhafter
Weise in der geometrischen Ebene der vorstehend genannten großen Grundfläche der
beiden Pyramidenstümpfe
gelenkig miteinander verbunden.
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Wie
vorstehend ausgeführt,
haben die Zwischenräume,
die zwischen den Blöcken
ausgespart sind, die Funktion, ein Verschieben dieser Blöcke um die
Gelenke, die sie verbinden, zu ermöglichen. Die Form der Zwischenräume wird
von verschiedenen Parametern abhängen,
wie dem Typ der gewünschten
Verformung für
das Netz aus Blöcken
(ein-, zwei- oder dreiachsiges Biegen, Verdrehen, Ausdehnen, oder
Kombination aus einem oder mehreren dieser Verformungsarten), der
Amplitude dieser Verformungen, der Form und den Abmessungen der
Blöcke, den
verwendeten Gelenken und der Anordnung dieser Gelenke zwischen den
Blöcken.
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In
dem thermischen Kissen gemäß der Erfindung
umfassen die Blöcke
ein thermisches Material. Das thermische Material der Blöcke verleiht
dem thermischen Kissen nach der Erfindung seine thermischen Eigenschaften.
Im Falle eines kryogenen Kissens wird das thermische Material der
Blöcke
aus denen ausgewählt,
die bei der normalen Nutzungstemperatur und einer anschließenden Kühlung eine
große
Wärmemenge
freisetzen.
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Im
Falle eines Wärmekissens
wird das thermische Material der Blöcke unter denen ausgewählt, die
bei der normalen Nutzungstemperatur und einer anschließenden Erwärmung eine
große
Wärmemenge
aufnehmen.
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Im
Falle eines isothermischen Kissens wird das thermische Material
der Blöcke
unter denen ausgewählt,
die einem Wärmetransfer
entgegenwirken oder die bei der normalen Nutzungstemperatur anschließend eine
hohe Wärmezufuhr
benötigen,
um ihre Temperatur zu ändern.
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Die
thermischen Materialien, die bei der normalen Nutzungstemperatur
eine hohe spezifische Wärme
besitzen, eignen sich im Allgemeinen für drei Typen von Kissen gemäß der Erfindung.
Diese thermischen Materialien sind die in der Technik aufgrund ihrer
Eigenschaft, hohe Wärmemengen
zu speichern, bekannten und verwendeten Materialien, die vor allem
als Wärmespeicher
Verwendung finden.
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In
dem thermischen Kissen nach der Erfindung können die Blöcke ganz aus dem thermischen Material
gebildet werden, das dann notwendigerweise bei der normalen Nutzungstemperatur
sowie bei normalen Lagerbedingungen des thermischen Kissens fest
ist. Als Variante- können
die Blöcke
außer dem
thermischen Material auch ein weiteres Material umfassen, das für sich allein
nicht die Funktion des vorstehend definierten thermischen Materials
erfüllt.
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Das
thermische Material kann für
alle Blöcke gleich
sein oder je nach Block verschieden sein. Im übrigen kann jeder Block ein
einziges thermisches Material umfassen oder eine Mischung aus zwei
oder mehr thermischen Materialien. In dieser Schrift bezeichnet
der Begriff „thermisches
Material" gleichermaßen ein
einziges thermisches Material oder eine Mischung aus verschiedenen
thermischen Materialien.
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Bei
einer besonderen Ausgestaltung des thermischen Kissens nach der
Erfindung umfassen die Blöcke
Zellen, in derem Inneren sich das thermische Material befindet.
Diese Ausgestaltung des thermischen Kissens nach der Erfindung ist
besonders für
den Fall geeignet, bei dem das thermische Material der Blöcke bei
der normalen Nutzungstemperatur sowie bei normalen Lagerbedingungen
des thermischen Kissens nicht fest ist. Bei dieser Ausgestaltung
des Kissens gemäß der Erfindung
müssen für die äußere Form
der Zellen die vorstehend genannten Bedingungen für die Form
beachtet werden, was die Blöcke
betrifft. Die Wahl des Materials der Zellen wird durch die Notwendigkeit
für die
genannten Zellen bedingt, in Bezug auf das thermische Material,
das sie enthalten, und in Bezug auf die chemische und thermische
Umgebung während
ihrer normalen Nutzung chemisch träge zu sein. Die Zellen müssen im Übrigen mechanische
Eigenschaften besitzen, die mit den mechanischen Beanspruchungen, denen
das Kissen normalerweise bei der normalen Nutzungstemperatur oder
während
der Lagerung ausgesetzt ist, vereinbar sein und weitgehend unverformbar
sein (sie müssen
aus einem steifen oder halbsteifen Material von angemessener Form
bestehen). In diesem besonderen Fall kann jede Zelle ganz von den
benachbarten Zellen isoliert sein oder als Variante können die
Zellen miteinander verbunden sein, um dem enthaltenen Medium der
besagten Zellen einen Umlauf durch die Zellen zu ermöglichen. Falls
das thermische Material des Kissens flüssig oder gasförmig ist,
ist die Zellenwand im Allgemeinen undurchlässig für Flüssigkeiten oder Gase. Kunststoffe
eignen sich im Allgemeinen gut für
die Bildung der Zellen. Verwendbare Kunststoffe sind Polyolefine,
besonders Polymere und Ethylen- und Propylencopolymere, Chlorpolymere,
besonders Vinylchlorid- und Vinylidenchloridpolymere und Copolymere,
Styren-Ethylen- Butyl-Styren-Copolymere
und Polyurethan. Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid und Styren-Ethylen-Butyl-Styren-Copolymere
eignen sich gut für
die meisten dieser Anwendungen. Als Variante können die Zellen auch aus Metall
gebildet werden, zum Beispiel durch Tiefziehen von Metallfolien
oder weichen Legierungen wie Aluminium und Aluminiumlegierungen.
Gemäß einer
weiteren Variante werden die Zellen oder manche unter ihnen aus Verbundmaterialien
gebildet: ein Teil der Zelle wird aus einem Material gebildet und
ein anderer Teil der Zelle aus einem anderen Material. Gemäß einer
weiteren Variante wird ein Teil des Netzes von Zellen aus einem
Material gebildet und ein anderer Teil des Netzes von Zellen wird
aus einem anderen Material gebildet.
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Jedes
bekannte Verfahren zur Formgebung kann verwendet werden, um das
Netz aus Zellen herzustellen. Die Verfahren durch Gießen, Tiefziehen, Extrudieren,
Einspritzen eignen sich gut.
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Nach
einer anderen geeigneten Methode bildet man eine Prägefolie
aus Kunststoff oder Metall, die so ein Wabennetz oder Halbzellennetz
aufweist. Anschließend
klebt oder schweißt
man eine andere Folie auf die Prägefolie
und verschließt
so de Waben der Prägefolie,
um die Zellen zu bilden. Diese andere Folie kann eine einförmige oder
eine Prägefolie
sein.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das thermische
Material der Blöcke eine
Substanz, die bei der normalen Nutzungstemperatur eine Zustandsänderung
durchläuft.
Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist der Ausdruck „Zustandsänderung" in seiner allgemeinen
Definition zu verstehen und bezeichnet jede physikalische oder chemische Änderung
der Substanz, die bei einer weitgehend konstanten Temperatur erfolgt
und durch eine latente Wärme
der Zustandsänderung
gekennzeichnet ist.
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Je
nach verwendeter Substanz kann die Zustandsänderung insbesondere das Schmelzen
eines Festkörpers,
die Verfestigung einer Flüssigkeit,
das Verdampfen einer Flüssigkeit,
die Kondensation eines Gases, die vollständige oder teilweise Hydratisierung
eines Salzes, die vollständige
oder teilweise Dehydratisierung eines Salzes, die Kristallisierung
eines amorphen Festkörpers
oder die Rekristallisierung einer allotropischen Form eines Kristalls
in eine andere allotropische Form umfassen. Bei dieser Ausgestaltung
der Erfindung kann das thermische Material der Blöcke exklusiv
aus der besagten Substanz gebildet werden, die eine Zustandsänderung
bei der normalen Nutzungstemperatur erfährt. Als Variante kann das
thermische Material der Blöcke
außerdem andere
Substanzen oder Materialien enthalten, die keine Zustandsänderung
bei der normalen Nutzungstemperatur erfahren. In der Folge gehen
wir davon aus – um
den Text nicht unnütz
auszudehnen – dass
es das ganze thermische Material ist, das eine Zustandsänderung
bei der normalen Nutzungstemperatur erfährt. Es versteht sich jedoch,
dass die Erfindung, wie vorstehend ausgeführt, nicht den Fall ausschließt, bei
dem nur ein Teil des thermischen Materials der Blöcke eine
Zustandsänderung
erfährt (im
vorliegenden Fall, wenn es aus einer Mischung mehrerer chemischer
Verbindungen besteht, von denen eine einzige eine Zustandsänderung
bei der normalen Nutzungstemperatur erfährt oder wenn man ein zusätzliches
Material einbaut, das nicht an der thermischen Funktion des thermischen
Kissens beteiligt ist, zum Beispiel einen Magnet).
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Bei
der obenstehend definierten, bevorzugten Ausgestaltung entspricht
die vom thermischen Material der Blöcke bei der normalen Nutzungstemperatur
erfahrene Zustandsänderung
einer Wärmeabsorption
durch das besagte Material im Falle eines kryogenen Kissens und
einer Wärmeabgabe
im Falle eines Wärmekissens.
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Im
Falle eines isothermischen Kissens entspricht die vom thermischen
Material der Blöcke
erfahrene Zustandsänderung
bei der normalen Nutzungstemperatur einer Wärmeabsorption durch das besagte
thermische Material, wenn die besagte normale Nutzungstemperatur
(die auch die Temperatur des Körpers
ist, für
den das Kissen bestimmt ist), niedriger ist als die Umgebungstemperatur.
Die Zustandsänderung
entspricht einer Wärmeabgabe durch
das thermische Material, wenn die normale Nutzungstemperatur höher ist
als die Umgebungstemperatur.
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Um
ein thermisches Kissen entsprechend seiner bevorzugten Ausgestaltung,
die soeben beschrieben wurde, zu nutzen, ist es angebracht, den Zustand
des thermischen Materials der Blöcke
angemessen auszuwählen.
Sofern das Kissen als kryogenes Kissen verwendet wird, ist es notwendig,
das thermische Material der Blöcke
zuerst in einen Zustand zu bringen, der bei der normalen Nutzungstemperatur
eine Zustandsänderung
erfahren wird, die einer Wärmeabsorption
entspricht (zum Beispiel dem Schmelzen eines Festkörpers oder
dem Verdampfen einer Flüssigkeit).
Sofern das Kissen als Wärmekissen
verwendet wird, ist es erforderlich, das thermische Material der
Blöcke
zuerst in einen Zustand zu bringen, der bei der normalen Nutzungstemperatur eine
Zustandsänderung
erfahren wird, die einer Wärmeproduktion
entspricht (zum Beispiel die Verfestigung oder Kristallisierung
einer Flüssigkeit
oder die Kondensation eines Gases). Sofern das Kissen als isothermisches
Kissen in einer Umgebung, deren Temperatur höher ist als die normale Nutzungstemperatur,
verwendet wird, ist es notwendig, zuerst das thermische Material
der Blöcke
in einen Zustand zu bringen, der bei der normalen Nutzungstemperatur eine
Zustandsänderung
erfahren wird, die einer Wärmeabsorption
entspricht (zum Beispiel das Schmelzen eines Festkörpers oder
das Verdampfen einer Flüssigkeit).
Sofern das Kissen als isothermisches Kissen in einer Umgebung verwendet
wird, deren Temperatur niedriger ist als die normale Nutzungstemperatur,
ist es notwendig, zuerst das thermische Material der Zellen in einen
Zustand zu bringen, der bei der normalen Nutzungstemperatur eine
Zustandsänderung
erfahren wird, die einer Wärmeproduktion
entspricht (zum Beispiel die Verfestigung oder das Kristallisieren
einer Flüssigkeit
oder die Kondensation eines Gases). Im Übrigen sind alle anderen Dinge
bei der soeben beschriebenen bevorzugten Ausgestaltung gleich und
die besten Ergebnisse werden mit thermischen Materialien erzielt,
die bei der normalen Nutzungstemperatur eine hohe latente Zustandsänderungswärme besitzen.
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Bei
der soeben beschriebenen bevorzugten Ausgestaltung kann das thermische
Material der Blöcke,
das eine Zustandsänderung
bei der normalen Nutzungstemperatur erfährt, ein reiner Körper sein. Als
Variante kann es eine chemische Verbindung sein, die mit der besagten
normalen Nutzungstemperatur übereinstimmt,
so dass die Zustandsänderung bei
einer weitgehend konstanten Temperatur erfolgt.
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Bei
der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltung und ihren
Ausführungsvarianten "wird die Wahl des
thermischen Materials der Blöcke
durch die normale Nutzungstemperatur des Kissens bedingt. Diese
wird ihrerseits durch die Anwendung bedingt, für die das Kissen bestimmt ist.
Wasser und wässrige
Lösungen
eignen sich im Allgemeinen gut für
den besonderen Fall eines kryogenen Kissens, das für therapeutische
Anwendungen bestimmt ist. Reines Wasser eignet sich gut für Anwendungen, bei
denen die normale Nutzungstemperatur des Kissens nahe 273 K (0 °C) liegt.
Für Anwendungen,
bei denen die normale Nutzungstemperatur unter 273 K liegt, werden
wässrige
Lösungen
empfohlen, bei denen der gelöste
Körper
und seine Konzentration in Abhängigkeit
von der normalen Nutzungstemperatur des kryogenen Kissens gewählt werden.
Es wird empfohlen, den gelösten
Körper
und seine Konzentration so zu wählen,
dass ein teilweises oder vollständiges
Ausfällen
des besagten gelösten
Körpers
bei der normalen Nutzungstemperatur des Kissens vermieden wird.
Beispiele für
gelöste
Körper
umfassen Natriumchlorid, Kalziumchlorid, Natriumkarbonat, Glykolpropylen,
Glyzerin, Ethylalkohol und Propylalkohol.
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Wie
vorstehend dargestellt, ist das thermische Material der Blöcke, wenn
es flüssig
ist, in Zellen eingeschlossen, deren Wand im Allgemeinen undurchlässig für Flüssigkeiten
ist. Wenn man ein flüssiges
thermisches Material verwendet, das bei der normalen Nutzungstemperatur
verdampft, kann es sich als vorteilhaft erweisen, für die Zellen
eine Wand mit orientierter Permeabilität zu verwenden, oder eine Wand,
die für
die flüssige
Phase des thermischen Materials undurchlässig ist, aber für seine
gasförmige
Phase durchlässig
ist (zum Beispiel wasserdichtes atmungsaktives PU). Die Erfindung
ist jedoch nicht auf diese Form der Ausführung begrenzt und deckt auch
den Fall, bei dem die Zellenwand für die flüssige und die gasförmige Phase
des thermischen Materials der Zellen undurchlässig ist.
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Bei
dem thermischen Kissen gemäß der Erfindung
bildet das thermische Material der Blöcke das aktive Hauptelement
des Kissens und verleiht ihm seine thermischen Eigenschaften (kryogene,
Wärme-
oder isothermische Eigenschaften je nach Verwendungszweck).
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Das
thermische Material der Zwischenräume hat die Funktion, die Wirksamkeit
des Kissens zu steigern, indem seine aktive Oberfläche und
sein aktives Volumen erhöht
werden. Das thermische Material der Zwischenräume muss thermische Eigenschaften
besitzen, die zu den vorstehend genannten Eigenschaften des thermischen
Materials der Blöcke analog
sind. Seine thermischen Eigenschaften müssen folglich an den Verwendungszweck
des Kissens, an die normale Nutzungstemperatur desselben, an die
Temperatur des Körpers,
für den
das Kissen bestimmt ist und an die Umgebungstemperatur angepasst
werden. Was die thermischen Eigenschaften des thermischen Materials
der Zwischenräume
betrifft, so kann man folglich wiederholen, was zuvor für das thermische
Material der Blöcke
dargelegt wurde.
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Das
thermische Material der Zwischenräume muss im Übrigen verformbar
sein. Diese zusätzliche Eigenschaft
des thermischen Material der Zwischenräume ist notwendig, um die Bewegung
der beweglichen Blöcke
und die Verformung des Kissens zu ermöglichen. Die Wahl des thermischen
Materials der Zwischenräume
und/oder die Art seiner Anwendung sind folglich durch bauliche Parameter
des Kissens wie die Form der Blöcke,
die Form der Zwischenräume,
die die Blöcke
trennen, die Gelenkstücke
der Blöcke
und die Position dieser Gelenke im Netz aus Blöcken bedingt.
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Bei
einer besonderen Ausgestaltung des thermischen Kissens nach der
Erfindung umfasst das thermische Material der Zwischenräume einen
elastischen Festkörper.
Dieser kann zum Beispiel ein Schaum aus Synthese-Polymer oder ein
Elastomer, zum Beispiel Naturkautschuk oder synthetisches Kautschuk,
sein. Im Falle eines Schaums kann dieser vom Typ mit offenen Poren
oder vom Typ mit geschlossenen Poren sein. Bei einem Schaum mit geschlossenen
Poren können
diese Poren durch ein Gas besetzt sein, dessen Wärmeübertragungskoeffizient unter
dem der Luft liegt, zum Beispiel Stickstoff oder Argon.
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Bei
einer anderen Ausgestaltung des thermischen Kissens gemäß der Erfindung
umfasst das thermische Material der Zwischenräume ein Fluid. Das Fluid kann
eine Flüssigkeit,
ein Gas, ein Gel (oder zähflüssige Flüssigkeit)
oder ein Festkörper
im Zustand von beweglichen Teilchen (zum Beispiel ein Pulver) sein.
Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung müssen die Zwischenräume verschlossen
werden, um das thermische Material darin zurückzuhalten. Das verwendete
Verschlussorgan darf die Bewegung der Blöcke in ihren Gelenken nicht
behindern. Ergänzende
Informationen über
das Verschlussorgan der Zwischenräume werden weiter unten geliefert.
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Bei
dem thermischen Kissen nach der Erfindung können die Zwischenräume teilweise
oder vollständig
mit dem thermischen Material gefüllt
sein. Es wird bevorzugt, dass die Zwischenräume des Netzes aus Blöcken vollständig mit
dem thermischen Material gefüllt
sind.
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In
Abhängigkeit
von den Anwendungen, für die
das thermische Kissen gemäß der Erfindung
bestimmt ist, können
den thermischen Substanzen der Blöcke und der Zwischenräume und/oder
gegebenenfalls den Membranen oder Hüllen Substanzen zugefügt werden,
die Infrarot- und Ultraviolettstrahlung reflektieren. Beispiele
für solche
reflektierenden Substanzen umfassen insbesondere Aluminiumpulver.
In ähnlicher
Weise kann man für
andere besondere Anwendungen den thermischen Materialien und/oder gegebenenfalls
den Membranen oder Hüllen
Substanzen zufügen,
die Infrarotstrahlung absorbieren, zum Beispiel Kohlenstoffpulver.
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Bei
dem thermischen Kissen gemäß der Erfindung
können
die Zwischenräume
zwischen den Blöcken offen
sein. Diese Ausführungsform
der Erfindung eignet sich, wenn das verformbare thermische Material
der Zwischenräume
bei der normalen Nutzungstemperatur und normalen Lagerbedingungen des
thermischen Kissens ein verformbarer Festkörper (zum Beispiel ein Schaum)
ist. Alternativ können die
Zwischenräume
zwischen den Blöcken
durch ein Verschlussorgan verschlossen werden. Diese Alternative
ist dann erforderlich, wenn das thermische Material der Zwischenräume bei
der normalen Nutzungstemperatur und normalen Lagerbedingungen des
thermischen Kissens ein Fluid (so wie vorstehend definiert) ist.
Sie eignet sich auch, wenn das thermische Material der Zwischenräume ein
verformbarer Festkörper
ist. Wie oben dargelegt, ist es angebracht, ein Verschlussorgan
zu wählen,
das die Bewegung der beweglichen Blöcke nicht behindert.
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Eine
Besonderheit des thermischen Kissens gemäß der Erfindung ist die Gestaltung
der Gelenkstücke
der Blöcke.
Eine Besonderheit ist vor allem die originelle Wahl der besagten
Gelenke in Zusammenhang mit der Wahl des thermischen Materials der Zwischenräume, so
dass das Netz aus Blöcken
Verformungen in die drei Richtungen des Raums durch Biegen, Verdrehen
und Drehen erfahren kann.
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Folglich
umfassen die Gelenkstücke
der Blöcke
gemäß einer
ersten Ausgestaltung der Erfindung elastische Festkörper, die
an den Blöcken
befestigt sind und die so zumindest einen Teil des thermischen Materials
der Zwischenblöcke
bilden. Informationen über
den elastischen Festkörper
wurden weiter oben geliefert.
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Bei
dieser ersten Ausgestaltung der Erfindung kann die Befestigung des
elastischen Festkörpers
an den Blöcken
durch jedes geeignete Mittel erfolgen, zum Beispiel durch Kleben,
Schweißen
oder mittels Schrauben oder Dübel
(unvollständige
Aufzählung).
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Bei
einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Gelenkstücke der
Blöcke
elastische Membranen, die an den Blöcken befestigt sind und die
unter Spannung gesetzt werden, so dass ein in den Zwischenräumen vorhandener
verformbarer Körper
komprimiert wird, wobei der besagte verformbare Körper dann
zumindest einen Teil des verformbaren thermischen Materials bildet.
Der verformbare Körper
kann ein elastischer Festkörper
oder ein Fluid sein. Wenn es sich um ein Fluid handelt, kann dieses ein
nicht komprimierbares oder ein komprimierbares Fluid sein. Informationen über elastische
Festkörper und
Fluide wurden weiter oben geliefert.
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Bei
dieser Ausgestaltung der Erfindung kann jeder Zwischenraum mit einer
einzelnen Membran bedeckt sein. Die Membranen werden in diesem Fall in
geeigneter Weise an den Blöcken
befestigt, damit sie gespannt werden können. Jedes geeignete Mittel kann
angewendet werden, zum Beispiel Kleben oder Schweißen. Die
Befestigung der Membranen an den Blöcken muss dicht sein, wenn
das thermische Material der Zwischenräume ein Fluid (Gas oder Flüssigkeit)
ist.
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Bei
einer besonderen Variante der vorstehend genannten zweiten Ausgestaltung
der Erfindung bedeckt eine dichte und elastische Folie mindestens
einen Teil oder das gesamte Netz aus Blöcken und sie ersetzt dabei
die einzelnen Membranen, die die Zwischenräume verschließen.
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Bei
einer anderen besonderen Variante der vorstehend genannten zweiten
Ausgestaltung der Erfindung ist das Netz aus Blöcken in einer dichten, elastischen
Hülle eingeschlossen.
Bei dieser anderen Variante kann die Hülle in geeigneter Weise an den
Blöcken
befestigt werden, um die Zwischenräume dicht zu verschließen, wenn
das thermische Material der Zwischenräume ein Fluid (Gas oder Flüssigkeit)
ist. Falls das thermische Material der Zwischenräume ein verformbarer Festkörper ist
(zum Beispiel ein Schaum oder Elastomer), kann die Hülle gleichermaßen an allen
Blöcken
des Netzes aus Blöcken,
oder nur an bestimmten Blöcken
(und nicht an den anderen) oder an gar keinem Block befestigt werden.
Die Befestigung der Hülle
an den Blöcken kann
mit allen geeigneten Mitteln erreicht werden. Geeignete Mittel umfassen
Kleben und Schweißen. Die
Hülle kann
einfach sein oder aus einer komplexen Folie bestehen oder mehrere
Schichten umfassen, die untereinander verbunden sind oder nicht.
Sie kann auf jeder Seite von unterschiedlicher Zusammensetzung sein.
Sie kann Behandlungen und Zusätze
tragen, die ihr spezifische aktive Eigenschaften je nach Anwendung
verleihen. Sie kann Ein-/Auslassstutzen für die Einführung oder den Umlauf des thermischen
Materials der Zwischenräume
umfassen, wenn dieses ein Fluid ist.
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Bei
einer dritten Ausgestaltung der Erfindung enthalten die Zwischenräume zwischen
den Blöcken ein
Fluid und die Gelenke sind für
das besagte Fluid durchlässig.
Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung kann das Fluid eine Flüssigkeit,
ein Gas, ein Gel oder ein Festkörper
im Zustand von beweglichen Teilchen (zum Beispiel ein Pulver) sein
und es bildet zumindest einen Teil des verformbaren thermischen
Materials der Zwischenräume.
Informationen über
das Fluid der Zwischenräume
wurden weiter oben geliefert. Bei dieser dritten Ausgestaltung der
Erfindung hängt
die Wahl der Gelenkstücke
vom Zustand des in den Zwischenräumen
vorhandenen Fluids ab. Die besagten Gelenkstücke können zum Beispiel flexible (eventuell
elastische), für
Gase oder Flüssigkeiten poröse Membranen
sein, flexible und perforierte Trennwände, ein Netzwerk, Scharniere
mit Perforationen oder jedes andere Gelenk, das den freien Umlauf
des in den Zwischenräumen
vorhandenen Fluids nicht behindert.
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In
Abhängigkeit
vom Typ des verformbaren thermischen Materials, das in den Zwischenräumen vorhanden
ist, kann das Kissen gemäß der Erfindung mehrere
Arten von Gelenken kombinieren, zum Beispiel elastische Festkörper, die
an den Blöcken
befestigt sind, Zapfen und Membranen. Als Variante können die
Blöcke
des Netzes zusätzlich
zu den Gelenkstücken
untereinander durch starre Zapfen mit einer schwachen und kontrollierten
mechanischen Biegefestigkeit verbunden sein. Bei dieser Variante der
Erfindung dienen die starren Zapfen dazu, dem Kissen eine Steifheit
zu verleihen, um seine Lagerung zu vereinfachen; sie brechen, sobald
man das Kissen auf dem Körper
anwendet und es verformt.
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Das
thermische Kissen gemäß der Erfindung weist
die vorteilhafte Eigenschaft auf, ausgezeichnete Lager- und Wärmetauscheigenschaften
mit einer ausgezeichneten Flexibilität/Elastizität zu verbinden, die eine sofortige
Anpassung an die Form des materiellen Körpers ermöglicht, auf dem es angewendet wird,
so dass es sich der Form dieses Körpers perfekt anpasst und somit
eine einheitliche Temperaturregulierung oder einen Wärmeaustausch
auf der gesamten bedeckten Fläche
des besagten Körpers
ermöglicht.
Aufgrund der Konstruktion und des Aufbaus des thermischen Kissens
gemäß der Erfindung
hat die Dicke desselben keinen Einfluss auf seine Flexibilität und seine
Eignung zur Verformung. Mit anderen Worten ermöglicht es die Erfindung, die
Dicke des Kissens an die gewünschten
thermischen Eigenschaften (seine thermische Kapazität) anzupassen,
ohne der Flexibilität
oder der Fähigkeit,
sich leicht an Körper
unterschiedlicher Formen anzupassen, zu schaden.
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Bei
einer besonderen Ausgestaltung des thermischen Kissens gemäß der Erfindung
trägt das Netz
aus Blöcken
zumindest auf einem Teil der Oberfläche eine elastische, dichte
Hülle,
die im Allgemeinen mit einer Vorrichtung zum Ein- und Auslassen
eines Fluids (zum Beispiel eines Gases) ausgestattet ist. Bei dieser
Ausgestaltung der Erfindung dient die Hülle dazu, mit dem vorstehend
erwähnten
materiellen Körper
in Kontakt gebracht zu werden, mit dem ein Wärmeaustausch stattfinden soll.
Durch das Einführen
eines festgelegten Volumens eines geeigneten Fluids in die Hülle (im
Allgemeinen Luft) ist es möglich,
den Wärmetransfer
zwischen dem thermischen Kissen und dem materiellen Körper zu
regulieren.
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Bei
dem thermischen Kissen gemäß der Erfindung
kann das Netz aus Blöcken
aus einer einzigen Schicht bestehen. Als Variante kann das Netz aus
Blöcken
aus mehreren übereinander
gelagerten Schichten bestehen. Die Schicht oder die geschichtete
Einheit kann auf vorteilhafte Weise zwischen zwei elastischen, dichten
Hüllen
gelagert sein, die jede mit einer Vorrichtung zum Ein- und Auslassen
eines Fluids (zum Beispiel eines Gases) versehen sind. Bei dieser
Ausgestaltung der Erfindung dient also eine der Hüllen, die
auf einem geeigneten Träger (zum
Beispiel einer Bandage oder einer Schale) aufliegt, zum Auflegen
des thermischen Kissens auf den Körper mit einem festgelegten
Druck. Die andere Hülle
dient zur Regulierung des Wärmeübergangs zwischen
den thermischen Materialien und dem Körper, wie vorstehend dargelegt.
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Das
thermische Kissen gemäß der Erfindung findet
zahlreiche Anwendungen. Es findet insbesondere eine Verwendung als
isothermisches Kissen (oder Thermostat), um die Temperatur von Behältern wie
thermostatischen Flaschen oder Fläschchen aufrecht zu erhalten.
Eine solche Verwendung des thermischen Kissens gemäß der Erfindung
findet seine Anwendungen in der Industrie für das Halten von chemischen
Produkten bei bestimmten Temperaturen, sowie im Lebensmittelsektor
zur Erwärmung, Kühlung oder Aufrechterhaltung
der Temperatur von Behältern
mit Lebensmitteln.
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Das
thermische Kissen gemäß der Erfindung findet
auch eine Anwendung als kryogenes Kissen, insbesondere in der chemischen
oder pharmazeutischen Industrie für das Halten von chemischen
Produkten bei niedrigen Temperaturen, sowie in der Lebensmittelindustrie
zur Haltbarmachung von Lebensmitteln.
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Aufgrund
seiner verformbaren und anpassungsfähigen Eigenschaft eignet sich
das thermische Kissen besonders für Anwendungen, die mit dem Wohlbefinden
in Zusammenhang stehen, sei es als Kleidungsartikel wie auch als
Artikel für
die Körperpflege
(zum Beispiel: Kompressen, Masken, Massagewerkzeuge).
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Aufgrund
seiner ausgezeichneten Verformbarkeit eignet sich das thermische
Kissen gemäß der Erfindung
speziell für
medizinische, paramedizinische Anwendungen sowie Anwendungen im
Sportbereich, insbesondere zur Wärmeregulation
und in der Kryotherapie. Die Kryotherapie ist eine weit verbreitete
medizinische Technik, vor allem zur Linderung von Schmerzen (zum
Beispiel Kopfschmerzen, Migräne,
Zahnschmerzen, Muskelschmerzen und Entzündungsschmerzen), um die Resorption
von Hämatomen
oder Ödemen
und die Vernarbung von Unfall- oder chirurgischen Wunden zu begünstigen.
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Die
Erfindung betrifft folglich auch eine Vorrichtung, die ein thermisches
Kissen gemäß der Erfindung
umfasst, zur therapeutischen Behandlung des menschlichen oder tierischen
Körpers.
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Bei
der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden
das Kissen und sein Netz aus Blöcken
in Abhängigkeit
von der Behandlungsart und von dem Teil des menschlichen oder tierischen
Körpers,
für den die
besagte Vorrichtung bestimmt ist, angepasst.
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Bei
einer besonderen Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung
ist das Kissen in Inneren einer starren Schale untergebracht. Bei
dieser Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird die Schale
normalerweise an den Teil des menschlichen oder tierischen Körpers, auf
dem das Kissen angewendet werden soll, angepasst. Zum Beispiel hat
sie die Form eines Ellbogens, eines Knies, eines Fingers, eines
Fußes
oder eines Schädels.
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Bei
dieser Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann die Schale
aus zwei oder mehreren, mit Gelenken verbundenen Elementen bestehen,
um ihre Platzierung auf dem menschlichen oder tierischen Körper zu
erleichtern. Diese Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung
ist besonders angezeigt, wenn die Vorrichtung dazu bestimmt ist,
auf dem Kopf einer Person oder eines Tieres angewendet zu werden.
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Bei
einer vorteilhaften Variante der soeben beschriebenen Formgestaltung
wird eine elastische, dichte Hülle
zwischen die Schale und das Netz aus Blöcken des Kissens gelegt und
diese Hülle
ist normalerweise mit einer Vorrichtung zum Ein- und Auslassen einer
Flüssigkeit
ausgestattet. Diese Variante der Erfindung ermöglicht eine einheitliche Anwendung
des thermischen Kissens auf dem menschlichen und tierischen Körper. Sie
ermöglicht
es außerdem,
das thermische Kissen auf dem menschlichen oder tierischen Körper mit
einem definierten Druck anzuwenden, der durch den Druck des in die
Hülle eingelassenen
Fluids bestimmt wird.
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Bei
einer anderen Variante der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung
ist eine Platte über
ein Gelenk mit der Schale verbunden und so bemessen, dass sie mit
der Schale eine luftdichte Kammer bilden kann, die das thermische
Kissen enthält.
Bei dieser Variante der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind das thermische
Kissen und die Schale Bestandteile eines luftdichten Kastens, der
zur Lagerung der Vorrichtung dient. Durch die Verwendung einer ausreichend
isolierten Platte ermöglicht
es die so gebaute Vorrichtung, bestimmte thermische Eigenschaften
zu bewahren. Auf diese Weise ist die Vorrichtung besonders gut für eine Notfallanwendung
außerhalb
eines Krankenhauses geeignet, zum Beispiel im Straßenverkehr.
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Bei
der vorstehend genannten Variante der Vorrichtung gemäß der Erfindung
können
die Schale und die bewegliche Platte mit medizinischen Instrumenten
wie zum Beispiel Thermometern und Druckmessgeräten ausgestattet werden. Sie
kann auch mit einem unabhängigen
Gerät zur
Erzeugung von Wärme
oder Kälte
während
der Beförderung
der Vorrichtung, vor allem ihrem Transport oder ihrer Lagerung, versehen
sein.
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Die
Erfindung betrifft auch eine thermische Wand, die eine Reihe thermischer
Kissen gemäß der Erfindung
zwischen zwei Trennwänden
oder zwischen einer Trennwand und einem Körper enthält. Die thermische Wand kann
eine Wärmewand,
eine kryogene Wand oder eine isostatische Wand sein, je nachdem
ob die zwischen den beiden Trennwänden gelagerten thermischen
Kissen Wärmekissen,
kryogene Kissen oder isostatische Kissen sind.
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Die
thermische Wand gemäß der Erfindung kann
zum Beispiel die Wand eines Thermosbehälters bilden.
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Bei
der thermischen Wand gemäß der Erfindung
verwendet man vorzugsweise thermische Kissen, in denen das Netz
aus Blöcken
in einer Hülle
angeordnet ist, die mit einem verformbaren thermischen Material
gefüllt
ist. Wenigstens ein Teil des thermischen Materials der Hülle kann
das thermische Material der Zwischenräume umfassen.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Besonderheiten
und Details der Erfindung werden im Laufe der folgenden Beschreibung
der beigefügten
Figuren deutlich werden, die besondere Ausführungsbeispiele der Erfindung
zeigen.
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1 ist
eine schematische Querschnittsansicht einer besonderen Ausführungsform
des thermischen Kissens gemäß der Erfindung;
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2 zeigt
einen Teilausschnitt eines Details des thermischen Kissens aus 1 in
Perspektive;
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3 zeigt
ein Detail aus 2 in Perspektive; 4 zeigt
einen horizontalen Schnitt einer anderen Ausführungsform des thermischen
Kissens gemäß der Erfindung;
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5 zeigt
das thermische Kissen aus 4 im vertikalen
Schnitt;
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6 zeigt
eine besondere Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung in perspektivischer
Ansicht;
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7 ist
eine Seitenansicht einer anderen Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung mit
einem Teilausschnitt;
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8 ist
eine Rückansicht
der Vorrichtung aus 7.
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9 ist
ein Querschnittsschema einer dritten Ausgestaltung der Vorrichtung
gemäß der Erfindung;
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10 zeigt
einen vertikalen Querschnitt einer thermischen Wand gemäß der Erfindung;
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11 zeigt
ein thermisches Kissen gemäß der Erfindung,
das in der thermischen Wand aus 10 verwendbar
ist, und
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12 zeigt
ein anderes thermisches Kissen gemäß der Erfindung, das in der
thermischen Wand aus 10 verwendbar ist.
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Die
Figuren sind nicht maßstabsgetreu
gezeichnet. Im Allgemeinen bezeichnen die gleichen Bezugsnummern
gleiche Teile.
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Ausführliche
Beschreibung von besonderen Ausführungsbeispielen
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Das
in den 1 und 2 dargestellte thermische Kissen
umfasst ein Netz aus Blöcken 1, die
aus hohlen Zellen gebildet werden. Die Blöcke oder Zellen 1 haben
die Form von Prismen mit quadratischer Grundfläche. Jede Zelle 1 wird
aus zwei Pyramidenstümpfen 3 und 4 gebildet,
die entlang ihrer großen
quadratischen Grundfläche
verbunden sind. Die seitlichen Kanten der beiden Pyramidenstümpfe sind
abgeschrägt
(2). Das Netz der Zellen 1 wird aus der Verbindung von
zwei Prägefolien 5 aus weichem
Polymermaterial (zum Beispiel aus plastifiziertem Polyvinylchlorid
oder Styren-Ethylen-Butyl-Styren-Copolymer) gebildet, die zuvor
tiefgezogen und entlang von Zungen 6 zwischen den Zellen aneinander
geschweißt
wurden (eine Prägefolie 5 ist in 3 dargestellt).
Die Zungen 6 sind weich und elastisch und dienen als Gelenkstücke zwischen
den Zellen 1. Sie sind mit Öffnungen 9 versehen,
deren Funktion später
erläutert
wird. Durch Biegen oder Verdrehen der Folieneinheit 5 kann
man das Zellenkissen so an komplexe Profile anpassen, um es an einen
geeigneten Körper
anzupassen, zum Beispiel an einen Teil der menschlichen oder tierischen
Anatomie.
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Das
thermische Kissen der 1 bis 3 ist ein
kryogenes Kissen, das für
eine Kryotherapie bestimmt ist. Dazu sind die Zellen 1 mit
einem geeigneten thermischen Material gefüllt, das obenstehend definiert
wurde. Das thermische Material ist vorteilhafterweise eine wässrige Lösung, deren
Gefrieren übereinstimmt
und bei einer Temperatur stattfindet, die der Temperatur entspricht,
für die
das Kissen bestimmt ist (normale Nutzungstemperatur). Wenn die normale
Nutzungstemperatur nahe an 273 K (oder 0°C) liegt, kann die wässrige Lösung durch
destilliertes oder mineralisiertes Wasser ersetzt werden.
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Die
zwischen den Zellen 1 abgegrenzten Zwischenräume 8 und
die Zungen 6 sind mit einem verformbaren thermischen Material 10 gefüllt (nur
in 1 dargestellt). Das in 1 dargestellte
thermische Material 10 ist ein elastischer Festkörper, zum Beispiel
eine Elastomer- oder Polymerschaummasse. Sie wird vorzugsweise so
gewählt,
dass sie bei der normalen Nutzungstemperatur eine hohe spezifische
Wärme aufweist.
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Eine
weiche und elastische Hülle 7 umgibt das
Zellennetz 1 und das Netz aus Zwischenräumen 8. Die elastische
Hülle 7 ist
zum Beispiel eine Folie aus Styren-Ethylen-Butyl-Styren-Copolymer.
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Bevor
das thermische Kissen aus den 1 bis 3 in
einer therapeutischen Anwendung verwendet wird, wird es zum Beispiel
in einem Kühlschrank
bei ausreichend niedriger Temperatur aufbewahrt, um die wässrige Lösung der
Zellen 1 einzugefrieren. Das thermische Kissen wird zum
Zeitpunkt seiner Anwendung aus dem Kühlschrank genommen und man
kann es augenblicklich auf einem Teil des menschlichen Körpers anwenden,
den man durch eine Kryogentherapie behandeln will, zum Beispiel auf
der Hand, dem Kopf oder einem Arm. Dank der Biegsamkeit der Hülle 7 und
der Zungen 6 und der Elastizität des thermischen Materials 10,
das in den Zwischenräumen 8 enthalten
ist, verformt sich das Kissen und passt sich perfekt der Morphologie
des menschlichen Körpers
an.
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Bei
einer geänderten
Ausgestaltung des thermischen Kissens der 1 bis 3 ist
die elastische Hülle 7 an
die Zellen 1 geschweißt
und gespannt, so dass der elastische Festkörper 10 der Zwischenräume 8 in
einem elastischen Kompressionszustand in diesen Zwischenräumen 8 gehalten
wird.
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Wenn
das thermische Kissen, das in den 1 bis 3 dargestellt
ist, für
eine medizinische Therapie verwendet wird, kann man eine Kompresse zwischen
das thermische Kissen und das menschliche Körperteil legen. Jede normalerweise
in der medizinischen Therapie verwendete Kompresse ist geeignet.
Sie kann zum Beispiel aus Verbandstoff bestehen. Nachdem das thermische
Kissen auf die Kompresse gelegt wurde, verbindet man dieses fest mit
dem behandelten Körperteil
durch einen Verband (Klebeverband oder anderer Verband), so dass
es sich durch Verformung perfekt an das behandelte Körperteil
anpasst. Als Variante kann das Kissen selbst mit wiederverwendbaren
medizinischen Klebebereichen versehen sein. In diesem besonderen Fall
erübrigt
sich der Verband.
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Um
die thermische Wirkung des Kissens auf den behandelten Körperteil
zu verbessern, kann man vorteilhafterweise ein zweites thermisches
Kissen auf das erste thermische Kissen legen. In diesem Fall wird
nur das erste thermische Kissen (das direkt auf den menschlichen
Körper
oder die Kompresse aufgelegt wird) im Kühlschrank aufbewahrt, während das
andere thermische Kissen bei Umgebungstemperatur aufbewahrt wird.
Bei dieser Anwendung kann das zweite thermische Kissen als thermische
Isolierung wirken. Es kann insbesondere als isolierende Bandage
zur Befestigung und/oder als Druckverband wirken. Es kann mit einer
aufblasbaren Tasche für eine
optimale Anwendung auf Körpern
von konkaver Form versehen sein.
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Bei
bestimmten Ausgestaltungen kann das Kissen in einem einzigen Artikel
die thermische Funktion, die Funktion der isolierenden Bandage vereinen und
die vorstehend erwähnte Kompresse
enthalten, die zwischen das thermische Kissen und den menschlichen
Körperteil
gelegt wird.
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Bei
einer abgeänderten
Ausgestaltung des thermischen Kissens aus den 1 bis 3 sind die
Zungen 6 mit Löchern 9 versehen
(deren Funktion weiter unten beschrieben wird) und das thermische
Material 10 der Zwischenräume 8 ist bei der normalen
Nutzungstemperatur in flüssigem
Zustand oder als Gel vorhanden. Bei dieser Ausgestaltung des Kissens
ist die Hülle 7 an
den Zellen 1 befestigt, so dass die Zwischenräume 8 luftdicht
verschlossen werden. Die Öffnungen 9 haben
die Funktion, einen Umlauf des als Fluid vorhandenen thermischen
Materials in dem Netz aus Zwischenräumen 8 zu ermöglichen,
wenn das Kissen sich verformt.
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Die
Struktur des thermischen Kissens ermöglicht eventuell seine Nutzung
durch Zirkulieren des Fluids in den Zwischenräumen und/oder Zellen (die durch
Füll-/Umlaufkanäle miteinander
verbunden sind).
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Reaktionen
von thermogenen/kryogenen Mischungen können benutzt werden, um die
thermische Funktion selbständig
zu starten oder um die Wirkungsdauer zu verlängern, ohne dass die Ablage des
Kissens zum Nachladen erforderlich wäre.
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Das
Kissen kann Elemente zur Steuerung und Regulierung der Temperatur
enthalten.
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Bei
der in den 4 und 5 dargestellten Ausgestaltung
umfasst das Kissen ein Zellennetz 1, zwischen denen sich
ein Netz aus einer festen, elastischen Masse 10 befindet.
Die feste, elastische Masse 10 ist zum Beispiel eine Elastomermasse
oder eine Masse aus Polymerharzschaum. Das elastische Netz 10 ist
am Zellennetz 1 durch Kleben oder Schweißen befestigt.
Das elastische Netz 10 dient so als Gelenk zwischen den
Zellen 1.
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6 zeigt
die Verwendung des thermischen Kissens gemäß der Erfindung in einer Vorrichtung
für die
therapeutische Behandlung eines menschlichen Körperteils. Die therapeutische
Behandlung kann zum Beispiel eine Kryogenbehandlung eines Arms oder
Oberschenkels sein. Dazu umfasst die Vorrichtung ein thermisches
Kissen, das in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 11 gekennzeichnet
ist. Wie oben dargelegt, umfasst das thermische Kissen ein Netz
aus Blöcken 1 und
aus Zwischenräumen 8,
die geeignete thermische Materialien enthalten. Das thermische Kissen 11 ist
an einer Bandage 12 befestigt, die dazu dient, es am Arm einer
Person zu befestigen. Eine rechteckige Öffnung 13 befindet
sich in dem Netz aus Blöcken 8.
Die Öffnung 13 dient
dazu, Zugang zu einem definierten Bereich des Arms zu gewähren, um
diesen einer geeigneten therapeutischen Behandlung zu unterziehen (zum
Beispiel, um dort eine Wunde, eine Prellung oder eine andere lokale
Verletzung zu behandeln). Die Öffnung 13 kann
verwendet werden, um ein Pflaster auf den Arm zu kleben. Als Variante
kann sie ein abnehmbares, kleines thermisches Kissen gemäß der Erfindung
enthalten. Das thermische Kissen 11 der Vorrichtung aus 6 kann
zum Beispiel ein kryogenes Kissen sein, das so konzipiert wurde,
dass der behandelte Arm in Hypothermie gebracht wird, während man
den durch die Öffnung 13 zugänglichen
Bereich einer geeigneten therapeutischen Anwendung unterzieht.
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Die
Vorrichtung aus 6 kann natürlich an die Behandlung eines
Körperglieds
eines Tieres angepasst werden, zum Beispiel an den Fuß eines
Pferdes.
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Die 7 und 8 zeigen
eine Vorrichtung gemäß der Erfindung
für die
therapeutische Behandlung des menschlichen Schädels. Die Vorrichtung umfasst
eine starre Schale 14, die die Form eines Helms hat, der
genau auf den Kopf 15 und der Hals der Person passt. Der
Helm 14 wird aus drei beweglichen Elementen 16, 17 und 18 (8)
gebildet. Das Element 16 dient dazu, die Schädeldecke
zu bedecken und die Elemente 17 und 18 sind dazu
bestimmt, den Hals zu umfassen. Das Innenteil des Helms 14 wird
in größerem Maßstab in
einem Bereich mit dem Bezugszeichen X in 7 dargestellt. Dieses
umfasst ein thermisches Kissen unter der Schale 14. Das
thermische Kissen entspricht der Erfindung und umfasst nacheinander
eine Isolierschicht 19, eine dichte Hülle 20 (deren Funktion
später
erläutert
wird), ein Netz 11 aus beweglichen Blöcken, die ein thermisches Material
enthalten und eine zweite dichte Hülle 22.
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Die
dichte Hülle 20 umfasst
eine Vorrichtung (nicht dargestellt), um ein Fluid unter Druck einzuführen. Es
handelt sich im Allgemeinen um Luft, die mittels einer elektrischen
oder manuellen Pumpe (vom Typ Fahrradpumpe oder Pumpe für medizinische oder
paramedizinische Blutdruckmessgeräte). Die Tasche 22 ist ähnlich der
Tasche 20 und ist auch für das Befüllen mit einem bestimmten Volumen
Druckluft vorgesehen. Wenn es darum geht, den Kopf eines Patienten
einer Kryogenbehandlung zu unterziehen, zum Beispiel ihn in Hypothermie
bringen, werden der Helm 14 und sein Wärmekissen für eine geeignete Zeitdauer
in einen Kühlschrank
gelegt, damit sie eine bestimmte Temperatur annehmen. Anschließend wendet
man das Element 16 des Helms 14 auf der Schädeldecke
des Kopfes 15 des Patienten an und klappt die Elemente 17 und 18 gegen
den Hals des Patienten. Danach bläst man ein bestimmtes Volumen
Luft in die Tasche 20 um das Netz aus beweglichen Blöcken 11 mit
einem bestimmten Druck auf den Kopf des Patienten 15 zu
drücken.
Schließlich bläst man eventuell
ein bestimmtes Volumen Luft in die Tasche 22. Die Lufttasche 22 dient
dazu, eine isolierende Schicht zwischen dem Netz aus Blöcken 11 und
dem Kopf 15 zu bilden, um den Wärmefluss zwischen dem Kopf 15 und
der thermischen Material der Blöcke 11 des
thermischen Kissens zu regulieren. Man reguliert diesen Wärmefluss
durch eine geeignete Wahl des Luftvolumens, das in die Tasche 22 eingeblasen
wird, in beliebiger Weise. Die Schale 14 der Vorrichtung
aus den 7 und 8 kann vorteilhafterweise
mit medizinischen Instrumenten versehen sein, zum Beispiel mit Thermometern
oder Blutdruckmessgeräten.
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9 zeigt
eine Ausführungsvariante
der Vorrichtung aus den 7 und 8. In der
Vorrichtung aus 9 hat die Schale 14 die
Form einer Halbkugel, die geeignet ist, die Schädeldecke einer Person zu bedecken.
Sie wird aus zwei Elementen 23 und 24 gebildet,
die gelenkig mit einem Ring 25 verbunden sind, der dazu
dient, den Schädel
in Stirnhöhe
zu umringen. Die Elemente 23 und 24 tragen auf
ihrer Innenseite ein thermisches Kissen (nicht dargestellt) gemäß der Erfindung.
Zwei Platten 26 und 27 sind im Übrigen gelenkig
mit dem Ring 25 verbunden. Die beiden Platten 26 und 27 bilden
mit den Elementen 23 und 24 eine Kammer, in der
man die thermischen Kissen der Elemente 23 und 24 einschließt. Die
Schale 14 und ihre thermischen Kissen sind Bestandteile
einer Kiste (die luftdicht und isolierend sein kann) für den Transport
und die Lagerung der Vorrichtung. Die in 9 dargestellte
Vorrichtung ist besonders gut für
eine Notfallanwendung außerhalb
des Krankenhauses geeignet, zum Beispiel für einen Notfalleinsatz im Straßenverkehr.
Die Schale 14 kann außerdem
mit einem unabhängigen
Gerät zur
Erzeugung von Wärme
oder Kälte
während
des Transports der Vorrichtung oder ihrer Lagerung ausgestattet
sein.
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10 zeigt
eine andere Anwendung des thermischen Kissens gemäß der Erfindung.
Sie zeigt teilweise eine kryogene Wand 28 eines Thermosbehälters, der
zur Aufbewahrung von Organen oder kalten Lebensmitteln bestimmt
ist. Die kryogene Wand 28 umfasst ein Paar Trennwände 29 und 30,
die die Grenzen einer Kammer bilden, die mit kleinen kryogenen Kissen 31 gemäß der Erfindung
gefüllt
ist.
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Gemäß der Erfindung
umfasst jedes kryogene Kissen 31 Blöcke 32 (11),
die durch eine weiche Membran 33 miteinander verbunden
sind und mit einer starren kryogenen Substanz gefüllt sind,
zum Beispiel mit Eis. Das Netz aus Blöcken 32 ist in einer weichen
und luftdichten Hülle 34 eingeschlossen,
die mit einem kryogenen Fluid 35 gefüllt ist. Das kryogene Fluid 35 kann
zum Beispiel ein Gel sein. Die Verformbarkeit des kryogenen Materials 35 optimiert
die Kühleigenschaften
der Wand 28.
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12 zeigt
eine andere Ausgestaltung der kryogenen Kissen 31, die
in der kryogenen Wand 28 aus 10 verwendbar
sind. Bei dieser Ausgestaltung umfasst das kryogene Kissen eine
Kette aus Blöcken 32,
die durch Zapfen 33 miteinander verbunden sind und ein
starres kryogenes Material (zum Beispiel Eis) enthalten. Die Kette
aus Blöcken 32 ist in
einer rohrförmigen
Hülle 34 eingeschlossen,
die mit einem kryogenen Gel 35 gefüllt ist.
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Erweiternd
betrifft die Erfindung auch thermische Wände, in denen thermische Kissen
aus einem einzigen Block 32 (der ein starres thermisches
Material enthält)
bestehen, in einer weichen Hülle,
die ein thermisches Fluid (Flüssigkeit,
Gas, Gel oder Festkörper
im Zustand von beweglichen Teilchen (Pulver) enthält.