Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einschlafverhinderung von Personen
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Ausführung
des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8 bzw. 14.
Verfahren sowie Vorrichtungen zur Einschlafverhinderung von Personen sind in verschiedenen
Ausführungsformen bekannt. Mit gattungsgemässen Vorrichtungen soll
insbesondere bei Personen, die ein Fahrzeug lenken, eine Lokomotive oder oder ein
Flugzeug führen, sichergestellt werden, dass eine beginnende Schläfrigkeit soweit
hinausgeschoben werden kann, dass zumindest noch sicher bis zur nächsten Haltestelle
gefahren bzw. bei Flugzeugen der Flugzeugführer durch einen weiteren Piloten
abgelöst oder ggf. sicher gelandet werden kann.
Aus der US 4,203,098 ist eine gattungsgemässe Vorrichtung zur Einschlafverhinderung
eines Fahrzeuglenkers bekannt, welche einen an der Lehne des Fahrersitzes
zu befestigenden Vibrator umfasst. Dieser Vibrator ist elektrisch mit einem am Armaturenbrett
zu befestigenden Pulsator verbunden, der den Vibrator elektrisch anregt.
Versuche mit derartigen Vorrichtungen haben gezeigt, dass die Gefahr besteht,
dass sich der Fahrer im Laufe der Zeit an die Vibrationen gewöhnen kann und die
Vorrichtung daher mit der Zeit an Effizienz verliert.
Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Einschlafverhinderung von
Personen vorzuschlagen, welches effizient wirkt und auch langfristig keine Gewöhnung
mit sich bringt.
Diese Aufgabe wird durch das im Kennzeichen des Anspruchs 1 umschriebene
Verfahren gelöst.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass eine mit Schläfrigkeit kämpfende Person
durch Abkühlen einer lokalen Stelle am Kopf, insbesondere an der Stirn, zuverlässig
wach gehalten werden kann, wenn die Schläfrigkeit weder auf Alkoholeinfluss
oder Drogen noch auf Medikamente, Gesundheitsprobleme oder wesentlich zu geringen
Schlaf zurückzuführen ist.
Diesbezügliche Versuche haben ausserdem gezeigt, dass sich bei den mit dem vorgeschlagenen
Verfahren behandelten Personen auch langfristig keine Gewöhnungserscheinungen
bemerkbar machen.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2
bis 7 umschrieben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, mit
welcher sich das vorgeschlagene Verfahren vorteilhaft umsetzen lässt.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 8 bzw. des Anspruchs
14 angeführten Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 9
bis 18 umschrieben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. In diesen
Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung; Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung gemäss Fig. 1; Fig. 3 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung; Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung gemäss Fig. 3; Fig. 5 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäss Fig. 3; Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung,
und Fig. 7 einen Längsschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung.
Die Fig. 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, welche
sich insbesondere zum Nachrüsten in einem Fahrzeug eignet. Die Vorrichtung weist
ein Gestell 1 mit zwei Bügeln 2 auf, das ähnlich wie eine Brille auf den Kopf aufgesetzt
werden kann, wobei das Gestell 1 nicht auf der Nase sondern auf der Stirn aufliegt.
Auf der Vorderseite ist das Gestell 1 mit einer Schiene 3 versehen, an welcher
eine Kühleinrichtung 4 befestigt ist, die entlang der Schiene 3 verschoben werden
kann. Als eigentliches Kühlaggregat ist eine Peltierzelle 6 vorgesehen. Da die prinzipielle
Wirkungsweise von mit einer Peltierzelle versehenen Kühleinrichtungen bekannt
ist, beschränken sich die nachfolgenden Ausführungen auf das im Zusammenhang
mit der Erfindung Wesentliche.
Die Kühleinrichtung 4 besitzt ein Gehäuse 5, in dem auf der Rückseite ein zur warmen
Seite der Peltierzelle 6 gerichteter Ventilator 8 aufgenommen ist. Auf der Vorderseite
ist die Kühleinrichtung 4 mit einer kreisrunden Metallplatte 10 versehen, die
mit der kalten Seite der Peltierzelle 6 in thermischem Kontakt steht. Vorzugsweise ist
die warme Seite der Peltierzelle mit einem Kühlkörper 11 versehen, der über das
Gebläse 8 gekühlt wird. Die Stromzufuhr erfolgt über eine elektrische Leitung 13,
welche in den einen Bügel 2 eingelassen ist. Die elektrische Leitung 13 kann mit einem
elektrischen Steckanschluss versehen werden, mittels welchem sie direkt am
Zigarettenanzünder eines Fahrzeugs eingesteckt werden kann.
Die auf der Vorderseite angeordnete Metallplatte 10 legt sich beim Aufsetzen des
Gestells an der Stirne S des Benutzers an, wodurch ein direkter Kontakt zwischen
Metallplatte 10 und Haut und somit ein direkter Wärmeübergang entsteht. Anstelle
einer Metallplatte 10 könnte auch ein anderes Element vorgesehen werden, welches
eine gute thermische Leitfähigkeit besitzt. Die Grösse der Metallplatte 10 beträgt
vorzugsweise zwischen 1 und 3 cm2. Versuche haben jedoch gezeigt, dass die Fläche
der Metallplatte 10 zwischen 0.25 cm2 und 5 cm2 betragen kann, damit der gewünschte
Wachhalte-Effekt erzielt wird, wobei die minimale Fläche eher aus praktischen
denn aus wissenschaftlichen Gründen beschränkt ist.
Durch ein Verschwenken des Gestells 1 und ggf. ein Verschieben der Kühleinrichtung
4 entlang der Schiene 3, kann die Kühleinrichtung 4 praktisch an jeder beliebigen
Stelle der Stirne S plaziert werden. Ein Verschieben der Kühleinrichtung 4 ist
insbesondere dann sinnvoll, wenn die gewünschte Wirkung langsam nachzulassen
beginnt.
Eine derartige Vorrichtung kann beispielsweise in einer in der Mittelkonsole angeordneten
Halterung eines Fahrzeugs abgelegt werden. Das Aktivieren der Kühlenrichtung
kann automatisch erfolgen, indem die Halterung mit einem Kontaktschalter
versehen wird, der die Vorrichtung bei der Entnahme einschaltet. Ebenso kann ein
manuell zu betätigender Schalter vorgesehen werden.
Anhand der Figuren 3 bis 5 wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung
näher erläutert. Dabei zeigt die Fig. 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung, währenddem
die Fig. 4 einen Längs- und die Fig. 5 einen Querschnitt durch die Vorrichtung
zeigen. Im Gegensatz zu der vorgängigen Vorrichtung wird die Kühlung bei dieser
Ausführungsform nicht durch eine auf der Stirn zu plazierende Metallplatte bewirkt,
sondern die Kühlung erfolgt über einen gebündelten Luftstrahl, der auf die Stirn der
betreffenden Person gelenkt wird.
Die Vorrichtung weist ein Gehäuse 20 auf, in dem wiederum eine Kühleinrichtung in
Form einer Peltierzelle 21 aufgenommen ist. Im weiteren umfasst die Vorrichtung einen
Ventilator 23, eine Düse 24, einen Kühlkanal 25 sowie einen Wärmeabfuhrkanal
26, der über eine Zuleitung 27 und eine Ableitung 28 mit einem aus dieser Darstellung
nicht ersichtlichen Wärmetauscher verbunden ist. Anstelle einer Peltierzelle 21
könnte als Kühleinrichtung auch ein herkömmliches Kühlaggregat, beispielsweise
eine Kältekompressor, vorgesehen werden, wobei die Zuleitung 27 und die Ableitung
28 dann zum Transport des entsprechenden Kältemittels dienen würden. Alternativ
könnte als Kühlaggregat auch ein Behälter vorgesehen werden, der periodisch mit
einem gekühlten Medium, beispielsweise gefrorenem Salzwasser, gefüllt wird.
Die Vorrichtung ist an einem flexiblen Rohr 30 befestigt, durch welches die beiden
mit dem Wärmetauscher verbundenen Leitungen 27, 28 geführt sind. Die für den
Ventilator 23 und die Peltierzelle 21 notwendigen elektrischen Anschlussleitungen 32
sind ebenfalls im Rohr 30 aufgenommen.
Die Funktion dieser Vorrichtung stellt sich wie folgt dar: Über das Gebläse 23 wird
Umgebungsluft angesaugt, welche über den Kühlkanal 25 an der kalten Seite der
Peltierzelle 21 vorbeigeführt und dabei abgekühlt wird. Die abgekühlte Luft tritt über
die Düse 24 aus, wobei letztere so ausgestaltet ist, dass der austretende Luftstrahl
stark gebündelt ist und auf der Stirn der Person eine Fläche von ca. 1 bis 5 cm2 beaufschlagt.
Um die warme Seite der Peltierzelle 21 zu kühlen ist eine Flüssigkeit, vorzugsweise
Wasser, vorgesehen, welche über die Leitungen 27, 28 mit dem Wärmetauscher
verbunden ist. Der Wärmetauscher kann an einem geeigneten Ort plaziert werden,
wobei sich bei einem Personenwagen beispielsweise der Raum unter dem Fahrersitz
anbietet.
Dadurch, dass die Vorrichtung an einem flexiblen Rohr 30 befestigt ist, kann die
Lage der genannten Vorrichtung und damit auch der Düse manuell verstellt werden.
Auf diese Weise kann sowohl der Anströmwinkel, wie auch die absolute Position, an
welcher der Luftstrahl auf der Stirn auftrifft, verändert werden. Natürlich kann auch
die Düse, alternativ oder zusätzlich, verstellbar ausgebildet werden.
Eine derartige Vorrichtung könnte auch direkt im Dach eines Fahrzeuges integriert
werden, wobei ein Schwenkmechanismus vorgesehen werden kann, mittels welchem
die Vorrichtung zwischen einer Ruhe- und einer Wirkstellung verschwenkt
werden kann. In der Ruhestellung verharrt die Vorrichtung vorzugsweise in einer
dafür vorgesehenen Ausnehmung im Dach.
Ein alternative Ausführungsform zu der in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Vorrichtung
könnte darin bestehen, dass für die Wärmeabfuhr Luft anstelle einer Flüssigkeit verwendet
wird, wobei die Luft direkt an der Peltierzelle vorbeigeführt wird, so dass die
Zuleitung 27 und die Ableitung 28 weggelassen werden könnten.
Die Inbetriebnahme der Vorrichtung kann entweder vom Fahrer selbst oder vollautomatisch
erfolgen. Für eine vollautomatische Inbetriebnahme muss eine Überwachungseinrichtung
vorgesehen werden, welche den Fahrer kontinuierlich überwacht
und bei Anzeichen einer Schläfrigkeit die Vorrichtung in Betrieb setzt. Da derartige
Überwachungseinrichtungen bekannt sind, braucht an dieser Stelle nicht näher darauf
eingegangen zu werden.
Ebenso ist denkbar, dass die Vorrichtung selbsttätig die Lage und/oder den Anströmwinkel
des Luftstrahls verändert. Im weiteren könnte auch ein Pulsieren des
Luftstrahls vorgesehen werden, wobei die Pulsationsfrequenz im Bereich von einigen
zehn Sekunden bis zu einigen Minuten liegen sollte.
Eine weitere Ausführungsvariante könnte darin bestehen, dass eine Düse direkt oder
über einen flexiblen Schlauch im Dach des Fahrzeugs integriert wird. Die notwendige
Kühlluft könnte von der ggf. fahrzeugseitig bereits vorhandenen Klimaanlage zur
Verfügung gestellt werden.
Bei Untersuchungen hat sich gezeigt, dass bei Personen, welche weder unter Alkohol-,
Drogen- noch Medikamenteneinfluss stehen und auch keine Gesundheitsprobleme
oder wesentlich zu wenig geschlafen haben, der gewünschte Wachhalteeffekt
bereits nach einer relativ kurzen Einschaltdauer der Vorrichtung eintritt. Wenn jedoch
die Kühleinrichtung übermässig lange, beispielsweise mehr als 5 Minuten eingeschaltet
bleiben muss, ohne dass die Schläfrigkeitsanzeichen verschwunden sind,
so kann davon ausgegangen werden, dass die betreffende Person bereits an einer
massiven Übermüdung leidet. Um die Person auf diesen Umstand aufmerksam zu
machen, wird vorgeschlagen, die Kühleinrichtung mit einer Warnvorrichtung zu versehen,
welche nach einer einen vorgegebenen Zeitrahmen überschreitenden Einschaltdauer
der Kühleinrichtung ein Signal oder einen Alarm ausgibt. Dazu könnte
sich beispielsweise ein schriller Alarmton eignen.
Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung,
welches nicht massstabsgetreu wiedergegeben ist. Die Vorrichtung besteht
aus einer Kapsel 32, welche ein doppelwandiges Gehäuse 33 aufweist, das im Innern
einen Hohlraum 34 begrenzt. Das Gehäuse 33 ist auf der Vorderseite 39 offen,
währenddem es auf der Rückseite mit einer zentralen Öffnung 35 versehen ist. Im
Hohlraum 34 der Kapsel 32 ist ein gasdurchlässiges, vorzugsweise schwammartiges
und/oder poröses Material 36 beispielsweise in Form von Watte aufgenommen. Das
Material 36 ist mit einem leichtflüchtigen Wirkstoff getränkt, welcher nach dem Freisetzen
unter Entzug der Umgebungswärme verdampft oder sublimiert. Schliesslich
ist das Gehäuse 33 auf der Vorderseite mit einem elastischen, kreisringförmig verlaufenden
Klebstreifen 38 versehen. Die gesamte Kapsel 32 ist zur Aufbewahrung
hermetisch dicht verpackt, wobei die Verpackung zugunsten einer übersichtlichen
Darstellung nicht eingezeichnet ist.
Die Wirkungsweise dieser Kapsel 32 stellt sich wie folgt dar: Nachdem die Kapsel 32
aus der Verpackung entnommen wurde, wird sie auf die Stirn der betreffenden
Person gedrückt, wo sie mittels des Klebstreifens 38 haften bleibt. Das saugfähige
Material 36 kommt dabei mit der Stirn in Berührung. Über die Öffnung 35 kann nun
das leichtflüchtige Medium unter Entzug von Umgebungswärme verdampfen bzw.
sublimieren. Da die Kapsel 32 relativ dicht auf der Stirn der Person aufliegt bzw.
aufgeklebt ist, und die Kapsel 32 mit einem doppelwandigen, isolierenden Gehäuse
33 versehen ist, wird die Wärme von der Stirn der betreffenden Person abgeführt.
Als leichtflüchtige Medien kommen beispielsweise verdampfende Flüssigkeiten wie
Äther, Chloroform, Ester oder niedrige Alkohole sowie sublimierende Feststoffe wie
Naphtalin oder Campher in Frage. Im Falle eines festen Mediums kann ggf. auch auf
ein schwammartiges und/oder poröses Trägermaterial verzichtet werden. Die Grösse
der Auflagefläche beträgt auch in diesem Fall zwischen 0.25 cm2 und 5 cm2.
Fig. 7 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Kapsel 32, in deren Hohlraum 34
ein von einem schwammartigen und/oder porösen Trägermaterial 36 umschlossener
Behälter 37 zur Lagerung des leichtflüchtigen Mediums aufgenommen ist: Dieser
Behälter 37 kann durch äussere, mechanische Einwirkungen aufgebrochen werden,
so dass dessen Inhalt in das poröse und/oder saugfähige Material 36 geleitet wird.
Dazu ist das Kapselgehäuse 33 vorzugsweise elastisch ausgebildet, so dass sich die
Kapsel 32 durch einen in Pfeilrichtung P ausgeübten Druck soweit verformen lässt,
dass der Behälter 37 aufbricht. Auf der Innenseite der Kapsel 32 können zudem
Aufbrechelemente in Form von Dornen 40 angebracht werden, deren Spitzen beim
Ausüben eines mechanischen Drucks auf die Kapsel 32 den Behälter 37
durchbrechen und dessen Inhalt -ggf. dosiert- freigeben.
Zum Aufbrechen des Behälters 37 braucht also lediglich ein gewisser Druck auf das
Gehäuse 33 der Kapsel 32 ausgeübt zu werden. In diesem Fall muss auch nicht
zwingend eine die Kapsel 32 umhüllende Verpackung vorgesehen werden, sondern
es genügt allenfalls, wenn die Kapsel 32 auf ein Trägermaterial aufgeklebt wird. Allerdings
könnte auch eine Verpackung vorgesehen werden, welche die Kapsel umschliesst
und die derart ausgestaltet ist, dass der zum Herausbrechen der Kapsel 32
aus der Verpackung benötigte Druck ausreicht, damit auch gleich der Behälter 37
aufgebrochen wird.
Es versteht sich, dass im Rahmen des in den Patentansprüchen definierten
Schutzumfangs durchaus von vorgängigem Beispiel abweichende Ausführungen
derartiger Kapseln möglich sind. Beispielsweise könnte die Kapsel bei Bedarf auch
mit radialen Öffnungen versehen werden, über welche die Wärme besser aus dem
Kapselinnern abgeführt werden kann.
Eine einfache Ausführung könnte auch darin bestehen, ein Pflaster vorzusehen, das
mit einer kühlenden Substanz versehen ist. Ein solches Pflaster kann die betroffene
Person im Bedarfsfall direkt auf die Stirne kleben. Schliesslich könnte das erfindungsgemässe
Verfahren auch mit einer Spraydose realisiert werden, mittels welcher
eine lokale Stelle am Kopf gezielt abgekühlt werden kann.