AT383478B

AT383478B - Elektrische heizvorrichtung

Info

Publication number: AT383478B
Application number: AT0015386A
Authority: AT
Original assignee: Macher David; Zorn Heinz; Probst Fritz
Priority date: 1986-01-22
Filing date: 1986-01-22
Publication date: 1987-07-10
Also published as: ATA15386A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung, insbesondere für Bekleidungsstücke z. B. Schischuhe, mit einer Spannungsquelle und einem an diese anschaltbaren Heizelement sowie vorzugsweise einer Temperaturregeleinrichtung. In der US-PS Nr. 3, 293, 405 ist eine elektrische Heiz- einrichtung beschrieben, bei der Widerstandsleitungen bekannter Art zur Wärmeerzeugung verwen- det werden, wobei ein mechanischer Überhitzungsschutz vorgeschaltet ist. Diese Konstruktion be- dingt allerdings einen geringen Wirkungsgrad.

Eine ähnliche Heizeinrichtung ist der US-PS Nr. 298, 299 zu entnehmen, wobei zur Temperatur- regelung der Heizwiderstände drei in Serie geschaltete Bi-Metallthermostate dienen. Naturgemäss ergibt sich hieraus eine äusserst schlechte Regelbarkeit.

Aus der DE-PS Nr. 386830 ist eine Temperaturregelung bekannt, die einer Widerstandsheizung, bestehend aus Heizdrähten, vorgeschaltet ist. Hier findet ein Stufenschalter zur Temperaturanpas- sung Verwendung, der aber lediglich eine grobe mechanische Temperaturanpassung ermöglicht.

Bei diesen bekannten Systemen ergeben sich somit viele Nachteile. In erster Linie sei erwähnt, dass solche Systeme einen relativ geringen Wirkungsgrad erzielen, was wieder einen hohen Stromverbrauch zur Folge hat, und dies wirkt sich wieder nachteilig auf die Laufzeit aus. Die Umsetzung erfolgt unzureichend, da Widerstandsheizungen sehr verlustreich arbeiten. Zu dem kommt hinzu, dass die Regelung nur in eingeschränktem Ausmass erfolgen kann und dabei selbst mit Energieverlust arbeitet.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine elektrische Heizvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher mit geringstem Energieverbrauch über lange Zeiträume eine gute Heizleistung erzielt werden kann. Hiezu ist die erfindungsgemässe elektrische Heizeinrichtung der eingangs angegebenen Art insbesondere für Bekleidungsstücke, z. B. Schischuhe, mit einer Spannungsquelle und einem an diese anschaltbaren Heizelement, sowie vorzugsweise einer Temperaturregeleinrichtung versehen und dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement aus einem Halbleiter besteht, der mit einer Wärmeverteilerplatte verbunden ist und im an die Spannungsquelle angeschalteten Zustand letztere mehr oder weniger kurzschliesst.

In diesem Fall wird ein Halbleiter, z. B. ein Leistungstransistor, so an eine Spannungsquelle angeschlossen, dass er diese je nach der Höhe des ihm zugeführten Steuerstromes mehr oder weniger kurzschliesst.

Diese Bestandteile haben den Vorteil, Heizelement und Regelung in einem Gehäuse bzw. einem Verbund darzustellen, was eine höhere Wärmeausbeute zulässt. Thyristoren und Triac's wären im selben Anwendungsbereich im Wechselstrom anzuwenden. Die dabei auftretende Verlustwärme basiert auf einer fast restlosen Umsetzung von elektrischer Energie in Wärmeenergie, da die zur Steuerung des Halbleiters aufgewandte Steuerleitung ebenfalls als Verlustwärme auftritt und zur Gesamterwärmung beiträgt. Dies ist ein wesentlicher Vorteil und Unterschied zu den bisherigen elektrischen Heizsystemen.

Verwendet man die erfindungsgemässe Heizvorrichtung z. B. als Schuhheizung (Schischuh, Sportschuh) so kann man durch eine anatomisch richtig ausgebildete Wärmeverteilerplatte die Heizleistung in denjenigen Bereichen verstärkt ausnutzen, in welchen eine unmittelbare Abstrahlung durch das Material der Schale nicht zu befürchten ist. Es kann somit mit geringem Energieaufwand selektiv die Heizleistung auf diejenigen Bereiche konzentriert werden, in welchen sie einen deutlichen Einfluss auf die Verbesserung des Komforts zeigt. Vorzugsweise werden Halbleiter und Wärmeverteilerplatte dabei in eine Einlegesohle eingebaut, wobei bei geringem Energieverbrauch ein Maximum an Wirkung erzielt wird. Medizinischen Studien zufolge ist der Wärmebedarf des menschlichen Körpers im Zehen-und Ballenbereich am grössten.

Aus diesem Grund empfiehlt es sich weiters die elektrische Heizung vorzugsweise in diesem Bereich anzubringen. Dadurch kommt die Heizleistung in den mittleren Bereichen der Wärmeverteilerplatte noch stärker als Strahlungswärme zur Geltung als am Rand, wodurch gleichfalls der Energieverbrauch bei grösstmöglichem Heizeffekt verringert wird.

Um die Wärmeabgabe des Systems aber den unterschiedlichen Betriebszuständen anpassen zu
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ist es möglich, die jeweils erforderliche Wärmemenge so zu erbringen, dass sie den Erfordernissen am besten entspricht. Daraus ergibt sich eine besonders lange Laufzeit bei gleicher Kapazität der Energiequelle, da es nie zu einer Überwärmung kommen kann.

Um aber eine deutlich fühl- und messbare Wirkung auch in beheizten Räumen zu erzielen, kann ein weiteres Bauelement in Form eines Elektrolytkondensators in der Regelschaltung dem Spannungsteilerwiderstand parallelgeschaltet werden. Dies ist sinnvoll, da in beheizten Räumen bzw. bei erwärmter Einlegesohle die automatische Regelung verständlicherweise keine Aufheizung des Halbleiterelements bewirkt. Diese Startelektronik ruft eine kurzzeitig fühl- und messbare Erwärmung der Einlegesohle hervor.

Im Falle einer beheizbaren Einlegesohle kann diese so ausgebildet sein, dass sie Kontakte für die elektrische Verbindung mit im Schuh angeordneten, insbesondere elektrisch aufladbaren Akkumulatoren aufweist, wodurch ein einfacher Austausch von Einlegesohlen entsprechend den spezifischen Bedürfnissen des Trägers erfolgen kann. Die an der Sohle angebrachten Kontakte müssen lediglich so angeordnet sein, dass sie mit den entsprechenden Gegenkontakten für die Stromzufuhr im Inneren des Schuhs leitfähig in Berührung kommen.

Werden die Kontakte z. B. durch Einsteigen in einen Schischuh geschlossen, wird das System eingeschaltet. Jetzt wird die Einlegesohle kurzzeitig verstärkt geheizt. Danach passt sich die Temperatur des Heizsystems den vom Temperaturfühler abgetasteten Wärmewerten, welche sich aus der Temperatur des Fusses und des Schuhinnenraumes zusammensetzen, an. Tritt eine Abkühlung auf Grund äusserer Einflüsse ein, so regelt das System die Wärmezufuhr so lange nach, bis der Wärmebedarf wieder gedeckt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend an hand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In diesen zeigen Fig. 1 ein Schaltbild einer elektrischen Heizeinrichtung und Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine Einlegesohle mit einer solchen Heizeinrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Schaltung einer elektrischen Heizeinrichtung, bei der ein als Halbleiter vorgesehener Leistungstransistor mit seinen Kollektor-Emitteranschlüssen parallel zu einer nicht gezeigten Spannungsquelle geschaltet ist.

Sein Basisanschluss ist über die Emitter-Kollektorstrecke eines Regeltransistors --2-- mit einem Pol der Spannungsquelle verbunden, und die Basiselektrode dieses Regeltransistors--2-- ist über einen Spannungsteilerwiderstand --9-- mit dem Emitter des Leistungstransistors--1--
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und ist somit mit dem zweiten Pol der Spannungsquelle verbunden. Parallel zum Spannungsteilerwiderstand ist zusätzlich ein Elektrolytkondensator --8-- geschaltet.

Aus Fig. 2 ergibt sich der mehrschichtige Aufbau einer Einlegesohle --7-- samt Heizelement.

In der Einlegesohle --7-- befinden sich die Wärmeverteilerplatte --4-- und die oben erwähnten Schaltungselemente--1, 3,2, 8 und 9-- ; ferner sind Kontakte (Kontaktflächen) --6-- an der Unterseite der Einlegesohle --7-- - aus thermisch isolierendem und wärmereflektierendem Material vorgesehen. An der Oberseite befindet sich eine Abdeckung (Überzug) --5--, vorzugsweise aus Filz oder Textil.

In der Nähe der Wärmeverteilerplatte --4-- befindet sich der Temperaturfühler --3--, da sich der abgetastete Wärmewert aus Fusstemperatur und Schuhtemperatur zusammensetzt.
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R 14) zur Versorgung mit elektrischer Energie können in einfacher Weise in einem dafür vorgesehenen Raum im Absatz, Rist oder in der Heckklappe des Schuhs (nicht dargestellt) untergebracht werden.

Im übrigen sei erwähnt, dass in Fig. 2 die einzelnen elektrischen Verbindungen zwischen den verschiedenen Schaltungselementen (s. auch Fig. l) der besseren Übersichtlichkeit wegen weggelassen worden sind.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E : 1. Elektrische Heizeinrichtung, insbesondere für Bekleidungsstücke, z. B. Schischuhe, mit einer Spannungsquelle und einem an diese anschaltbaren Heizelement, sowie vorzugsweise einer Temperaturregeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement aus einem Halbleiter (1) besteht, der mit einer Wärmeverteilerplatte (4) verbunden ist, und im an die Spannungsquelle angeschalteten Zustand letztere mehr oder weniger kurzschliesst.

2. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiter (1) ein Leistungstransistor ist.

3. Elektrische Heizvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungstransistor und die Regeleinheit als sogenannter integrierter Schaltkreis (IC) ausgebildet ist.

4. Elektrische Heizvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Halbleiter Heizelemente und Regeleinheit in sich vereinigt und so eine Doppelfunktion ausübt.

5. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Leistungstransistor (1) als Temperaturregeleinrichtung eine Regelschaltung mit einem Temperaturfühler (3), einem Transistor und einem Spannungsteilerwiderstand (9) vorgeschaltet ist.

6. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Regelschaltung ein Elektrolytkondensator (8) dem Spannungsteilerwiderstand (9) parallelgeschaltet ist.

7. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Temperaturfühler ein temperaturabhängiger Widerstand vorgesehen ist.

8. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiter (1) und die Wärmeverteilerplatte (4) in eine Einlegesohle, vorzugsweise im Zehen- und Ballenbereich, eingebaut ist.

9. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie an der Unterseite der Einlegesohle Kontaktflächen (6) für die elektrische Verbindung mit der Spannungsquelle besitzt.

10. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiter (1) ein Thyristor ist. EMI3.1 leiter ein IC (integrierter Schaltkreis) ist.

13. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Ansprüchen 2,10, 11 und 12 genannten Halbleiter auch im Wechselstromkreis verwendet werden.

14. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Spannungsquelle eine Batterie oder ein wiederaufladbarer Akkumulator vorgesehen ist.