DE29612037U1

DE29612037U1 - Matratze

Info

Publication number: DE29612037U1
Application number: DE29612037U
Authority: DE
Original assignee: HUKLA WERKE GmbH
Current assignee: HUKLA WERKE GmbH
Priority date: 1996-07-10
Filing date: 1996-07-10
Publication date: 1996-10-24
Anticipated expiration: 2006-07-11

Description

Die Erfindung betrifft eine Matratze enthaltend mindestens ein textiles Flächenheizelement aus einem Gewebe aus elektrisch leitenden, Heizwiderstände bildenden Textilfasern.

In der DE 26 28 731 C3 ist ein elektrisch heizbares Flächenheizelement für Flugzeugkonstruktions-Profile mit einer Heizschicht und einem Trägermaterial aus einem Kohlefaserverbundwerkstoff beschrieben, wobei zwischen der Heizschicht und dem Trägermaterial eine Isolierschicht angeordnet ist. Damit soll einer Vereisung in Betrieb vorgebeugt werden.

Die DE 35 25 333 Al offenbart eine elektrische Widerstandsheizung mit Kohlenstoff- und Graphit-Bauelementen in Form

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Bremen:

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München:

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Berlin-Brandenburg:

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D-40593 Düsseldorf

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Leipzig:

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13-04103 Uipflü
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Tolofav >03 411 31 03 25

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Nicmannsweg 133 U-24105 Kiel

Telephon (04 51] S 40 75 TclcfiiA 104 31J S40 77

Alicante: ■

Plaza Calvo Sütclo 1-2 i:S-03001 Alicante (Spanien)

Telephon 434-6-598 0038 Telefax +34-6-5WOI^

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von Fasern in allgemeiner Form.

Aus der DE 40 19 447 C2 ist zur Vorheizung von Motorrad- und Autoreifen ein biegsames elektrisches Flächenheizelement mit einem aus Kett- und Schussfäden bestehenden Glasfaser-Trägergewebe bekannt, in dem elektrische Heizleiter allein als Kettfäden eingewebt sind. Dabei sollen die Heizleiter aus Kohlefasern bestehen und durch Glasfaser-Kettfäden voneinander elektrisch isoliert sein. Ferner soll eine äußere Hülle aus einem flexiblen und reißfesten Textilmaterial vorhanden sein, die durch Längsnähte in mehrere Hohlräume unterteilt ist.

Schließlich ist aus dem DE-GM 295 05 270.8 eine Matte mit einem nicht näher spezifizierten Temperatur-Regelungssystem bekannt, die auf einen Sitz, wie einen Autositz oder eine Liege gelegt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine heizbare Matratze zu schaffen, die eine sehr gleichmäßige Erwärmung der Liegefläche auf eine vom Benutzer individuell einstellbare Temperatur in einem körperfreundlichen Temperaturbereich ermöglicht, wobei Sicherheit gegen Überhitzen gewährleistet sein soll.

Diese Aufgabe ist gelöst durch eine Matratze enthaltend mindestens ein textiles Flächenheizelement, aus einem Gewebe aus elektrisch leitenden. Heizwiderstände bildenden Textilfasern, wie Kohlefasern, längs dessen gegenüberliegenden Rändern Elektroden zur Stromversorgung angeordnet sind, mit einer Regeleinrichtung umfassend mindestens einen am Flächenheizelement elektrisch isoliert angeordneten Temperaturfühler, ein Steuergerät zum Verändern eines Temperatur-Sollwertes und einem am Flächenheizelement angeordneten Sicherheitsschalter zum selbsttätigen Abschalten der Strom-

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Versorgung bei Überschreiten eines Temperaturgrenzwertes.

Der Wärmebedarf ist nicht nur von Person zu Person sondern auch für verschiedene Körperzonen einer bestimmten Person unterschiedlich. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß mehrere unabhängig voneinander temperaturregelbare Flächenheizelemente entsprechend einer gewünschten Anzahl von Heizzonen in der Matratze angeordnet sind.

Physiologische Untersuchungen haben ergeben, daß es günstig ist, wenn über die Matratzenlänge verteilt drei, in Richtung der Längserstreckung der Matratze etwa gleich bemessene Heizzonen angeordnet sind, in deren jeder ein Paar von zwei in Reihe geschalteten Flächenheizelementen angeordnet sind, wobei an dem einen Flächenheizelement des Paares der Temperaturfühler und an dem anderen Flächenheizelement der Sicherheitsschalter angeordnet sein können.

Vorzugsweise ist das Steuergerät zum schrittweisen Verändern des Temperatur-Sollwertes in abgestuften Temperaturschritten sowie zum schrittweisen Verändern der Heizzeit in abgestuften Zeitschritten eingerichtet. Nach Ablauf der vorgewählten Heizzeit wird die Heizung des Flächenheizelementes selbstätig abgeschaltet.

Eine Besonderheit des bei der Erfindung vorzugsweise eingesetzten Gewebes aus elektrisch leitenden Kohlefasern besteht darin, daß dieses Gewebe relativ engmaschig ohne Verwendung von nichtleitenden Fasern und auch ohne verstärkende Fasern ausgebildet werden kann, so daß eine sehr gleichförmige ,Temperaturverteilung über die Liegefläche der Matratze erzielbar ist.

Es kann von Vorteil sein, wenn die Elektroden in gleicher

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oder ähnlicher Weise mit den leitenden Fasern des Flächenheizelementes mehrfach kontaktierend verbunden sind, wie dies in der DE 41 Ol 290 Al offenbart ist.

Das in den Ansprüchen angegebene Flächenheizelement kann anstatt in einer Matratze auch als Einlage in einer Liegeoder Sitzunter- oder -auflage sowie in heizbaren Decken eingesetzt werden.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Flächenheizelementes nach der Erfindung mit einer schematisch angedeuteten Schaltung für die Temperaturregelung und Sicherheitsabschaltung;

Fig. 2 eine Anordnung von Flächenheizelementen in einer erfindungsgemäßen Matratze mit drei Heizzonen;

Fig. 3 ein detailliertes Schaltbild für die Stromversorgung, die Temperaturregelung und die Sicherheitsabschaltung eines Flächenheizelemente-Paares, wie es in jeweils einer Heizzone in einer Anordnung gemäß Fig. 2 einsetzbar ist;

Fig. 4 ein Handsteuergerät für ein erfindungsgemäßes Flächenheizelement und

Fig. 5 einen vertikalen Teilschnitt durch eine Matratze gemäß der Erfindung.

In der Prinzipdarstellung nach Fig. 1 ist mit der Bezugs-

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zahl 20 ein Flächenheizelement aus einem verhältnismäßig engmaschigen Kohlefasergewebe bezeichnet. Die Fasern des Gewebes leiten elektrischen Strom und bilden Heizwiderstände, so daß beim Anlegen einer Spannung die Fasern des Gewebes sich aufheizen. Die Fasern haben ausreichende Festigkeit, so daß es prinzipiell nicht notwendig ist, zusätzliche verstärkende Fasern aus einem anderen Material in das Gewebe einzufügen, sei es als Kett- und/oder als Schußfäden. An den gegenüberliegenden Rändern 22, 24 des rechtekkigen Flachenheizelement.es 20 sind Elektroden 21, 23 in Form von Mehrfach-Litzen aus feinem Metalldraht gewellt eingewebt. Die Wellung hat den Zweck, eine Mehrfachkontaktierung mit möglichst mehreren Kett- bzw. Schußfäden des Gewebes sicherzustellen.

Die beiden Elektroden 21, 23 sind jeweils mit dem Plusbzw, den Minuspol einer insgesamt mit der Bezugszahl 26 bezeichneten Spannungsversorgung verbunden. Die Spannungsversorgung umfaßt einen Gleichrichter, der vom Netz mit Wechselstrom üblicher Spannung {210-230 V) gespeist ist und die Netzspannung auf eine niedrige Sicherheits-Gleichspannung von beispielsweise 16 V umrichtet, und einen Spannungsregler. Die Gleichspannung wird über ein Stellglied an die Elektroden 21, 23 angelegt, so daß ein Gleichstrom von der Elektrode 21 über die untereinander nicht isolierten Kohlefasern des Flächenheizelementes 20 zur Elektrode 23 und von dort über eine Leitung 29 zurück zur Spannungsversorgung 26 fließt. In die Leitung 29 ist ein Sicherheitsschalter 30 eingebaut, der bei Überschreiten einer vorgegebenen Maximaltemperatur, beispielsweise 50⁰C, automatisch den Stromfluß unterbricht.

Mit 31 ist ein Temperaturfühler bezeichnet, der elektrisch aber nicht thermisch isoliert an dem Flächenheizelement 20 angebracht ist, um dessen aktuelle Temperatur (T^) aufzu-

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nehmen und eine Regelung auf einen vorgebbaren Temperatursollwert (T₅) zu ermöglichen. Dieser Temperatursollwert läßt sich mittels eines Handsteuergerätes 32 in einem körperfreundlichen Temperaturbereich zwischen 28°C und 38°C vom Benutzer vorgeben. Die Regelabweichung (T. - Tj) wird in einen Regler 27 eingegeben, der eine Stellgröße zur Ansteuerung des Stellgliedes 25 erzeugt, um die Temperatur des Flächenelementes 20 auf T₃ zu regeln. Selbstverständlich ist auch für den Regler 27 eine geeignete Spannungsversorgung vorgesehen (nicht dargestellt).

Fig. 2 zeigt eine Anwendung eines Heizelementes 20 in einer Matratze, in welcher insgesamt sechs Flächenheizelemente 401, 402; 241, 422; 441, 442, von denen jedes entsprechend dem Flächenheizelement 20 von Fig. 1 aufgebaut ist, zu drei Paaren zusammengefaßt sind, die individuell regelbare, über die Matratzenlänge gleichmäßig verteilte Heizzonen 40, 42 und 44 bilden. Beispielsweise ist die Heizzone 40 für den Kopfbereich, die Heizzone 42 für den Körpermittenbereich und die Heizzone 44 für den Bein-/Fußbereich bestimmt.

Die Flächenheizelemente jedes Paares 401, 402; 421, 422 und 441, 442 sind in Reihe geschaltet, wobei jeweils in Fig. nicht bezeichnete Elektroden entsprechend den Elektroden 21, 23 der Fig. 1 durch gestrichelte Linien an gegenüberliegenden Schmalseiten der Flächenheizelemente angedeutet sind. Jedes Paar Flächenheizelemente weist einen eigenen Sicherheitsschalter 403; 423; 443 und einen eigenen Temperaturfühler 404; 424; 444 auf, die gleiche Funktionen wie der Sicherheitsschalter 3 0 bzw. der Temperaturfühler 31 bei dem Flächenheizelement 20 nach Fig. 1 ausüben.

Gemäß Fig. 2 sind die Sicherheitsschalter jeweils im oberen Flächenheizelement 401; 421; 441 jedes Paares angebracht, während die Temperaturfühler am unteren Flächenheizelement

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402; 422; 442 des Paares elektrisch isolierend angebracht sind. Die Kabel mit den Nummern 1 bis 6 bezeichnen die Gleichstromversorgungsleitungen, während die Kabel mit den Nummern 7 bis 10 die Temperaturfühlerleitungen bezeichnen. Sämtliche Kabel sind in einem einzigen Kabelstrang zusammengefaßt, der sich zwischen dem nicht gezeigten Regler mit Handsteuergerät und beispielsweise einer Seite dem Kopfende oder dem Fußende der mit den Flächenheizelementen ausgerüsteten Matratze führt.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die drei Heizzonen gleichmäßig über die Matratzenlänge verteilt. Jedes der insgesamt sechs Flächenheizelemente hat bei einer ausgeführten Version Abmessungen von 270 &khgr; 640 mm. Pro Heizzone betragen der resultierende Widerstand etwa 4 Ohm und der Heizstrom etwa 4 A bei einer Heizspannung von etwa 16 V.

In Fig. 3 ist eine konkret ausgeführte elektrische Versorgungs- und Regelschaltung für eines der drei Paare Flächenheizelemente dargestellt, beispielsweise für das Paar 40 mit den Flächenheizelementen 401 und 402.

Im oberen Flächenheizelement 401 ist der Sicherheitsschalter 40 3 in die Leitung 429 der Stromzuführung des Flächenheizelemente-Paares 40 eingeschaltet, der beispielsweise bei Überschreiten einer Maximaltemperatur von 50⁰C des Flächenheizelementes abschaltet. Im unteren Flächenheizelement 402 ist der Temperaturfühler 404 elektrisch isoliert vom Stromzuführungskreis herausgeführt.

Zur Stromzuführung gehört ein Sicherheitstransformator 450, der eine Spannung von etwa 18 V erzeugt. Diese Spannung wird mittels einer bei 452 angedeuteten Gleichrichterschaltung (Zweiwegschaltung) gleichgerichtet und geglättet und den durch die Kohlefasern der Flächenheizelemente 401, 402

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gebildeten Heizwiderständen zugeführt.

Zum Temperaturregelkreis gehören der Temperaturfühler in Form eines Heissleiters, z.B. eines NTC-Widerstandes, ein Mikrokontroller 454 mit Festwertspeicher 456, ein Transistor-Schalter 458 als Stellglied in Form eines MOS-FET, ein Spannungsregler 460 und ein Handsteuergerät 462. Über das Handsteuergerät 462 läßt sich der Temperatursollwert getrennt für jede Heizzone 40, 42, 44 (Fig. 2) in diskreten Stufen einstellen. Die Stellgröße des Reglers bildet ein pulsbreiten-moduliertes Steuersignal für den Schalttransistor 458. Die Periodendauer beträgt eine Sekunde und ist der Trägheit des Systemes angepaßt. Als Regelalgorithmus wird ein Kennfeld-Verfahren mit Fuzzy-Regeln (Fuzzy-Inferenz) mit der Regelabweichung und deren zeitlichen Änderung als Eingangsgrößen verwendet. Eine Leitung 459 zwischen Mikrokontroller 454 und dem unteren Flächenheizelement dient zur Überwachung.

Anhand der Fig. 4 seien nun die Merkmale und Funktionen des Handsteuergerätes 462 im einzelnen beschrieben, mittels dem auch die beiden übrigen Paare 42, 44 Flächenheizelemente individuell einstellbar sind.

Mit Bezugszahlen 445, 446, 447 sind drei Kipp-Tastschalter zum individuellen stufenweisen Einstellen der Temperaturen in den drei Heizzonen 40, 42, 44 in Schritten von 2°C in einem Temperaturbereich von körperfreundlichen Temperaturen, insbesondere 28°C bis 38°C, bezeichnet. Die Verstellrichtungen zu höheren oder niedrigeren Temperaturen sind durch Pfeile auf den Tastschaltern deutlich gemacht. Jedem Tastschalter ist eine Gruppe Leuchtdioden 470, 471, 472 zur Anzeige der individuell gewählten Temperaturstufe zugeordnet.

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Mit Bezugszahlen 448, 449 sind zwei Tastschalter zum Einstellen gleicher Heizzeitintervalle für alle drei Heizzonen in Schritten von 5 Minuten in einem Heizzeitbereich zwischen fünf und dreißig Minuten bezeichnet. Pfeile auf den Tastschaltern 448, 449 bezeichnen auch hier die Verstellrichtung zu längeren oder kürzeren Heizzeiten. Den beiden Tastschaltern ist eine Gruppe Leuchtdioden 47 3 zur Anzeige der jeweils gewählten Heizzeitdauer zugeordnet. Zum Ende der gewählten Heizzeitdauer wird die Stromversorgung automatisch abgeschaltet.

Die Bezugszahlen 474 und 475 bezeichnen einen Ein-/Ausschalter und einen "MEMO"-Schalter zum Abspeichern und Aufrufen der festeingestellten Heizzeitdauer- und Temperatur-Werte .

Fig. 5 zeigt eine typische Anordnung eines hier wieder mit der Bezugszahl 20 bezeichneten Flächenheizelementes 20 in einer erfindungsgemäß heizbaren Matratze. Die Oberseite der Matratze ist von einem Textilgewebe 50 aus Natur- oder Kunstfasern bedeckt. Darunter befindet sich eine Lage 52 aus Wolle, welche auf einer Wattelage 54 aufliegt. Unter dieser Wattelage 54 liegt eine Anordnung von Flächenheizelementen gemäß Fig. 2, die hier der Einfachheithalber mit der Bezugszahl 20 {Fig. 1) bezeichnet ist. Unter den Flächenheizelementen 20 ist eine Kunststoffschaum-Platte 56 angeordnet, die von einem darunter liegenden Matratzenkern 60 durch eine Steppträger-Schicht 58 getrennt ist. Die Unterseite des Matratzenkerns 60 ist wiederum durch ein Natur- oder Kunstfasergewebe 50 abgedeckt. Zur Seite hin ist die so gebildete Matratze durch einen sogenannten Border abgedeckt und oben und unten von Einfaßbändern 64 umgeben.

Mit einer wie beschrieben aufgebauten heizbaren Matratze gemäß der Erfindung läßt sich für vorgebbare Zeitdauern in

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mehreren Heizzonen, z.B. einer Heizzone 40 im Kopfbereich, einer Heizzone 42 im Körpermittelbereich und einer Heizzone 44 im Bein-/Fußbereich individuell die Temperatur nach den Wünschen des Benutzers einstellen, wobei kurze Aufheizzeiten im Bereich von Minuten und für die individuellen Körperzonen unterschiedliche Temperaturen wählbar sind. Dank der Verwendung eines verhältnismäßig engmaschigen Gewebes ausschließlich aus elektrisch leitenden, als Heizwiderstände fungierenden Kohlefasern ist eine sehr gleichmäßige, individuelle Erwärmung in den einzelnen Heizzonen gewährleistet. Die Sicherheitsschalter schützen selbsttätig und zuverlässig vor Übertemperaturen.

Claims

1. Matratze enthaltend mindestens ein textiles Flächenheizelement (20; 401, 402; 421, 422; 441, 442) aus einem Gewebe mit elektrisch leitenden, Heizwiderstände bildenden Textilfasern, wie Kohlefasern, längs dessen gegenüberliegenden Rändern (22, 24) Elektroden (21, 23) zur Stromversorgung angeordnet sind, mit einer Regeleinrichtung (27; 454) umfassend mindestens einen am Flächenheizelement elektrisch isoliert angeordneten Temperaturfühler (31; 404, 424, 444), ein Steuergerät (32; 462) zum Verändern eines Temperatur-Sollwertes und einem am Flächenheizelement angeordneten, in die Strom-

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Bremen:

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Telephon (04 21) 3 40 90
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Berlin-Brandenburg:

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ß-40593 Düsseldorf

Tcleplion (02 U] 71 «9H3
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Leipzig:

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1)04103 Leipzig

Telephon (03 41) -i W) 2-9 77
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Kiel:

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Versorgung eingeschalteten Sicherheitsschalter (30; 403, 423, 443) zum selbsttätigen Abschalten der Stromversorgung bei Überschreiten eines Temperaturgrenzwertes .

2. Matratze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere unabhängige temperaturregelbare Flächenheizelemente (401, 402; 421, 422; 441, 442) entsprechend einer gewünschten Anzahl von Heizzonen (40, 42, 44) in der Matratze angeordnet sind.

3. Matratze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß über die Matratzenlänge verteilt drei etwa gleichbemessene Heizzonen {40, 42, 44) angeordnet sind, in deren jeder ein Paar von zwei in Reihe geschalteten Flächenheizelementen (401, 402; 421, 422; 441, 442) angeordnet sind.

4. Matratze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (462) zum schrittweisen Verändern des Temperatur-Sollwertes in abgestuften Temperaturschritten eingerichtet ist.

5. Matratze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatur-Sollwert in Schritten von 2°C in einem Bereich von 20° bis 50⁰C, vorzugsweise 28° bis 38°C, veränderbar ist.'

6. Matratze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichne t, daß das Steuergerät zum schrittweisen Verändern der Heizzeit in abgestuften Zeitschritten eingerichtet ist.

7. Matratze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizzeit in einem Bereich von

2 bis 5 0 Minuten vorzugsweise von 5 bis 30 Minuten in Schritten von 2 bis 8 Minuten, vorzugsweise von 5 Minuten veränderbar ist.

8. Matratze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode (21, 23) mehrere mit dem Gewebe mehrfach kontaktierend verbundene, insbesondere gewellt eingewebte Metalldrahtlitzen aufweist.

9. Matratze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe aus den elektrisch leitenden Kohlefasern engmaschig ohne Verwendung von isolierenden und/oder verstärkenden Fasern ausgebildet ist.

10. Textiles Flächenheizelement, wie in einem der vorangehenden Ansprüche angegeben, in einer Liege- oder Sitzunter- oder -auflage sowie in heizbaren Decken.