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(11) | EP 0 855 145 A2 |
(12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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(54) | Hitzeschutzkleidung |
(57) Kurzfassung. Technische Aufgabe und Zielsetzung. Durch die neuartige Hitzeschutzkleidung soll das Wohlbefinden und das Leistungsvermögen von Menschen oder Tieren in einer heißen Umgebung gesteigert werden. Lösung der technischen Aufgabe. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einerseits die Körperkühlung gefördert wird, andererseits die Hitzebelastung des Körpers durch Sonnenstrahlen vermindert wird. Die Hitzeschutzkleidung besteht aus vielen Stoffstücken, insbesondere in Streifenform, welche sehr große Zwischenräume zwischen sich lassen. Die Stoffstücke sind beweglich und fächeln dem Körper von allen Seiten Frischluft zu, sodaß die Schweißverdunstung und somit die Körperkühlung sehr gefördert wird. Die Oberfläche der Stoffstücke beträgt ein Mehrfaches der Körperoberfläche. Die Sonnenstrahlen werden körperfern auf den Stoffstücken absorbiert und wegen der sehr großen Oberfläche der Stoffstücke auf einem niedrigen Temperaturniveau an die Umgebungsluft abgeführt. Somit kann die Sonne nur noch in ganz geringem Maße zur Hitzebelastung des Körpers beitragen. Anwendungsgebiet Ein Anwendungsgebiet für die neuartige Hitzeschutzkleidung" ist die Anwendung als Sport- oder Berufskleidung in einer heißen Umgebung. |
Gattung.
Angaben zur Gattung.
Stand der Technik.
Kritik des Standes der Technik.
Aufgabe.
Lösung.
1.
Beginnen wir mit einigen Stichworten, die im folgenden näher erläutert werden:
Schweißverdunstung als natürliche Körperkühlung, Förderung der natürlichen Körperkühlung,
also der Schweißverdunstung (durch Luftzutritt zur Körperoberfläche, selbsttätige
Luftfächelung an fast die gesamte Körperoberfläche, Winderzeugung, Erzeugung wasserdampfaufnahmefähiger
Luft).
Aussperrung der Sonnenstrahlen und der Wärmestrahlen der Atmosphäre, des Bodens und
der sonstigen Umgebung (große Oberfläche, Verdünnung der Energiestrahlen, große Wärmeübergangsfläche,
Verbesserung des Wärmeübergangswertes durch Winderzeugung, körperferne Absorption
der Energiestrahlen, Abgabe der absorbierten Energiemenge auf niedriger Temperaturebene
an die Umgebungsluft).
2.
Durch extrem große Öffnungen und durch kurze Wege (Fig. 1 bis 4) wird der Umgebungsluft
der Zutritt an die Körperoberfläche erleichtert. Die Querschnittsfläche der Öffnungen
kann bis über 90% der Körperoberfläche betragen. Der Weg der Umgebungsluft von außen
durch die sehr großen Öffnungen der Hitzeschutzkleidung hindurch bis zur Hautoberfläche
ist sehr gering, er beträgt nur wenige Zentimeter oder noch weniger. Frische Umgebungsluft
ist für die Schweißverdunstung viel besser geeeignet als die üblicherweise eng am
Körper anliegende Luftschicht, die schon nach kurzer Zeit nicht mehr wasserdampfaufnahmefähig
ist, da sie durch die Schweißverdunstung wasserdampfgesättigt wird.
Zur Körperkühlung müssen relativ große Luftmengen bewegt werden. Deshalb ist es besonders
wichtig, daß kurze Wege und große Querschnitte einen weitgehenden ungehinderten Durchlaß
der Luft ermöglichen.
3.
Die neuartige Hitzeschutzkleidung übt eine allseitige Fächel- oder Luftpumpenwirkung
(Fig.2) auffast die gesamte Körperoberfläche aus, sodaß die an der Körperoberfläche
anliegende Luftschicht ständig weggeweht wird und durch Umgebungsluft ersetzt wird.
Dies verbessert die Schweißverdunstung und somit wird die Körperentwärmung ganz wesenlich
verbessert.
4.
Die Umgebungsluft wird durch das Vorbeistreichen an der Hitzeschutzkleidung etwas
angewärmt, bevor sie auf die Körperoberfläche auftrifft. Durch diese Anwärmung steigt
das Wasserdampfaufnahmevermögen der Luft an. Das ist besonders wichtig für die Verwendung
der Hitzeschutzkleidung in feucht-heißen Klimaten, da die Hitzeschutzkleidung unter
Umständen auch bei 100%wasserdampfgesättigter Umgebungsluft diese noch zur Schweißverdunstung
nutzen kann, indem sie etwas angewärmt wird und dadurch erneut wasserdampfaufnahmefähig
gemacht wird. Dies wirkt nur dann, wenn Wärmeenergie zur Erwärmung der Hitzeschutzkleidung
vorhanden ist, am besten bei ausreichender Sonnenstrahlung.
In trocken-heißen Klimaten ist diese Eigenschaft der neuartigen Hitzeschutzkleidung
von untergeordneter Bedeutung, unter diesen Einsatzbedingungen treten die anderen
Eigenschaften mehr in den Vordergrund.
5.
Den Strahlen der Umgebung, insbesondere den Sonnenstrahlen, der Wärmestrahlung der
Atmosphäre und der Wärmestrahlung der Umgebung (Boden, Wände) wird der Zutritt zur
Körperoberfläche weitgehend versperrt (bis zu über 90% der Körperoberfläche werden
für die Strahlen versperrt) (Fig. 1).
6.
Die neue Wärmeschutzkleidung ist äußerst großflächig (Fig. 1), und sie kann auch,
je nach Ausgestaltung, einen Großteil ihrer Fläche dazu nutzen, um die Strahlen der
Umgebung zu absorbieren. Die Strahlen verteilen sich somit auf eine sehr große Absorptionsfläche,
die durchaus das Zehnfache der Körperoberfläche betragen kann. Die ursprüngliche Energiedichte
der Sonnenstrahlen (und sonstigen energiehaltigen Strahlen) wird sehr stark verdünnt.
7.
Durch die Aufnahme der Energie der Strahlen (Sonnenstrahlen, Wärmestrahlen) erwärmt
sich die neuartige Sonnenschutzkleidung. Aufgrund ihrer sehr großen Oberfläche (=Verdünnung
der Energiedichte, Verbesserung des Energieübergangs) und zugleich aufgrund ihrer
Fächelwirkung (Verbesserung des Energieübergangsfaktors vom Festkörper an die Umgebungsluft
aufgrund der Relativbewegung Festkörper/Luft=Winderzeugung)
wird ein Großteil dieser Energie an die Umgebungsluft abgeführt. Diese erhitzt sich
ebenfalls.
Allerdings erwärmen sich Kleidung und Umgebungsluft nur geringfügig, da der Wärmeübergang
sehr gut ist, die Wärmeübertragungsfläche sehr groß ist, und eine große Luftmenge
in der Umgebung bereitsteht, die aufgrund der Fächelwirkung auch genutzt werden kann.
Der Temperaturanstieg ist viel geringer als bei der üblichen BeKleidung, und somit
wird es für den Menschen angenehmer.
8.
Die neue Kleidung besteht aus einer Vielzahl von Stoffstücken, insbesondere in Streifenform,
die so angeordnet sind, daß sie viele Streifenzwischenräume (Fig. 1) freilassen, deren
Gesamtquerschnitt sehr groß sein kann.
Durch die Streifenzwischenräume kann Umgebungsluft fast ungehindert an den Körper
herantreten.
Die Streifen können etwa waagrecht übereinander angeordnet sein und dabei den aufrecht
stehenden Körper des Menschen ringförmig umgeben. Oder sie befinden sich nur vor Brust
und Rücken des Menschen, wenn eine Teilwirkung schon ausreicht. Dann brauchen sie
nicht ringförmig gebogen sein, sondern sie können gerade sein.
Eine Längskante der Streifen ist nah an der Haut des Menschen, die andere Längskante
ist weiter entfernt von der Haut des Menschen. Auch die körpernähere Kante der Streifen
bleibt durch Abstandhalter in einem gewissen Mindestabstand von der Haut. Dieser beträgt
einige Millimeter. Deshalb kann die Haut fast vollflächig von der Umgebungsluft umspült
werden.
9.
Mittels einer besonderen Einrichtung bewegen sich die Stoffstücke gegeneinander, sodaß
sich der Rauminhalt der Stoffstückzwischenräume ständig ändert und somit die darin
enthaltene Luft abwechselnd zum Körper hin oder zur Umgebung hin weggedrückt wird
(Fig. 2).
10.
Besonders einfach ist diese Stoffstückbewegung auszuführen, wenn sich die Steifen
um einen gewissen Winkel um ihre Längsachse drehen können. Dazu wird die eine Längskante
der Streifen insoweit festgestellt, daß sich diese Kante nicht von der Stelle bewegt.
Der Streifen bleibt aber noch soweit beweglich, daß er sich um diese Kante als Drehachse
bewegen kann. Entweder es werden an dieser Stelle Scharniere verwendet, oder aber
der Streifen besteht aus solchen Werkstoffen wie Stoff oder Folie, die in sich um
ein gewisses Maß oftmals verbogen werden können, ohne dabei kaputt zu gehen.
Die gegenüberliegende Längskante jedes Streifens ist nach oben und unten zu bewegbar.
Vermittels Schnurzügen sind diese bewegbaren Längskanten der Streifen miteinander
verbunden und zwar so, daß die Streifen in zwei Gruppen eingeteilt werden, wobei bei
jedem Streifen die bewegbare Längskante mit der bewegbaren Längskante des übernächsten
darüberliegenden und des übernächsten darunterliegenden Streifens verbunden ist, aber
nicht mit den beiden benachbarten Streifen.
Die beiden Schnurzüge sind oberhalb der Streifen miteinander verbunden und laufen
dort über ein Umlenkrad oder einen Umlenkhebel. Wenn dieser Umlenkhebel um einen gewissen
Winkel verdreht wird, oder das Umlenkrad um einen gewissen Winkel verdreht wird, dann
senkt sich die eine Schnurzuggruppe und damit senken sich alle damit verbundenen Streifenlängskanten
nach unten. Die andere Schnurzuggruppe hebt sich und alle damit verbundenen Streifenlängskanten
heben sich. Durch diese gegenläufige Bewegung der Streifen wird die Luft zum Körper
bzw. zur Umgebung hingepreßt, die Anlage wirkt wie ein Luftpresser oder eine sehr
großflächige Luftpumpe (Fig. 2).
11.
Die Kräfte zum Heben und Senken der Stoffstücke heben sich gegenseitig auf so daß
nur ganz wenig Energie zum Betreiben der Anlage erforderlich ist. Diese Kraft kann
kommen von einem weiteren Schnurzug, der von der Bewegung der Beine angetrieben wird.
Oder von einer einfache Luftdruckanlage, die mit einem Luftkissen im Schuh arbeitet,
wo bei jedem Schritt mittels eines Schlauches ein kleiner Luftstoß nach oben befördert
wird.
Oder von einem kleinen Elekromotor, der über Solarzellen angetrieben wird, die an
der Hitzeschutzkleidung befestigt werden. Auch diese Lösung ist möglich, da nur sehr
wenig Energie zum Betreiben des Schnurzugs erforderlich ist. Diese Lösung hat den
Vorteil, daß sie auch bei ruhendem Körper arbeit, in der Mittagspause oder wenn die
Hitzeschutzeinrichtung nicht am Menschen, sondern an einem Gebäude oder Fahrzeug arbeitet.
12.
Nachts oder bei kalter Witterung werden die beiden Schnurzüge vom Umlenkrad/Umlenhebel,
welche die gegenläufige Bewegung bewirken, gelöst und beide Schnurzüge werden herabgelassen.
Oder das Umlenkrad/der Umlenkhebel werden selbst abgelassen, wobei beide Schnurzüge
nach unten absinken. Die Stoffstücke überdecken sich jetzt mehrfach fischschuppenartig
und der Streifenzwischenraum beträgt Null. Auf diese Weise wird die Hitzeschutzkleidung
in eine Kälteschutzkleidung umgewandelt. Dies ist für das Wüstenklima, das gekennzeichnet
ist durch heiße Tage und kalte Nächte, ganz besonders vorteilhaft.
13.
Unter Verzicht auf Schnurzüge kann man die Bewegung der Stoffstücke auch durch die
Schwingungen verursachen lassen, die sich beim Arbeiten und beim Laufen ergeben. Dazu
wirdjedes zweite Stoffstück schwer schwingend undjedes benachbarte zweite Stoffstück
leichtschwingend gemacht. Etwa durch unterschiedliche Breite, Dicke, Knickung, Wellung,
Werkstoff oder durch Einsatz von Schwingeinrichtungen (Federn, Gewichte). Dann bleibt
beim Laufen jedes zweite Stoffstück starr oder schwingt wenig, die benachbarten Stoffstücke
schwingen viel. Auch dadurch ändert sich der Rauminhalt der Stoffstückzwischenräume
ständig und es wird dadurch Luft zum Körper hingepreßt bzw. vom Körper weggepreßt.
14.
Man kan auch ganz aufeine Bewegung der Stoffstücke verzichten. Die Bewegung des Körpers
selbst und die sehr großen Stoffstückzwischenflächen als Freiflächen erlauben auch
so einen sehr guten Luftwechsel zwischen Umgebungsluft und am Körper anliegender Luftschicht.
15.
Die Stoffstücke können geknickt oder gewellt sein, um die Oberfläche zu vergrößern
und somit den Wärmeübergang zu erleichtern und zugleich die Festigkeit zu erhöhen.
16.
In die Stoffstücke können Einrichtungen zur Erhöhung der Festigkeit oder der Formsteifigkeit
eingearbeitet sein.
17.
Die Stoffstücke können entlang einer Längsachse oder auch an derer Stelle gekickt
sein, um den Durchtritt von Strahlen, gleich aus welchem Einfallswinkel sie kommen,
zu verhindern. Durch die Abknickung wird der Stoffstückzwischenraum abgedeckt. Die
ankommenden Strahlen werden, je nach Eintreffwinkel, entweder vom körperferneren Teil
der abgeknickten Stoffstücke oder aber vom körpernäheren Teil der abgeknickten Stoffstücke
aufgesaugt. Durch die Abkickung wird der Stoffstückzwischenraum nicht wesentlich verkleinert.
Auch die Querschnittsfläche für die durchströmende Luft bleibt ganz oder weitgehend
gleich. Geändert wird die Form des Stoffstückzwischenraumes, er ist nicht mehr (wie
bei geraden, nicht abgeknickten Stoffstücken) geradlinig in Form eines Rechteckes
oder Parallelogramms, sondern in seiner Form geändert. Die Strahlen können keinen
Bogen machen, die eintretende Luft aber sehr wohl. Deshalb werden auf diese Art die
Strahlen fast vollständig ausgesperrt, aber der Luftzutritt wird nur wenig behindert
(Fig. 1d).
18.
Anstelle der Knickung können auch zwei hintereinanderliegende Stoffstückreihen verwendet
werden. Dabei sind die Stoffstücke in unterschiedlichen Winkeln angeordnet, sodaß
dieselbe Wirkung eintritt: Luft kann hindurch, aber die Strahlung nicht (Fig.2).
19.
Der Werkstoff der Stoffstücke kann sehr verschiedenartig sein. Neben textilen Stoffen
können auch Kunststoffolie, Kunststoffgewebe, Papier, Pappe und anderes verwendet
werden.
Erzielbare Vorteile.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
Abb 1a: Waagrecht liegende Streifen (2) schützen den Körper (1) des Menschen vor den Sonnenstrahlen (3), die Umgebungsluft kann dagegen großflächig und aufkurzem Wege zum Körper hin- und wieder weggelangen (5). Die sehr große Oberfläche der Streifen verdünnt die Energiegie der Sonnenstrahlen und verbessert den Wärmeübergang.
Abb 1b: Zeigt dieselbe Ausführung von hinten gesehen.
Abb 1c: Die schräggestellten Streifen (7) schirmen noch besser gegen Sonnenstrahlen (3) und Wärmestrahlen der Umgebung (4) ab.
Abb 1d: Die geknickten Streifen (8) schirmen noch besser gegen Sonnenstrahlen und Wärmestrahlen der Umgebung (4) ab.
Abb 2a: Die weitgehend feststehenden Streifen (2) schirmen den Körper vor den Sonnenstrahlen und den Wärmestrahlen der Umgebung ab. Das tun die beweglichen Streifen (9) auch. Außerdem werden die beweglichen Streifen über die Schnüre (10) und die Umlenkrolle (bzw. Antriebsrolle) (11) gegenläufig bewegt gemäß Pfeilrichtung (30).
Abb2b: Durch die Bewegung der Schnüre ergibt sich die Lage in Bild 2b. Die beweglichen Streifen rücken zusammen und pressen die Luft zur Hautoberfläche hin, und von dort nach außen, aufeinem Weg entlang den gestrichelten Pfeilen (5). Danach drehen sich die Rollen (11) in die andere Richtung und die Streifen bewegen sich entgegengesetzt` Der Körper (1) wird andauernd zwar langsam, aber großflächig befächelt.
Abb 2c: Ansicht von oben, mit Befestigungspunkt (14) der Schnur am darunterliegenden Streifen (dieser ist nur gestrichelt zu erkennen), und dem Ausschnitt (13) des Streifens (9), sowie dem Befestigungspunkt (16) der Schnur am Streifen (9), sowie dem Ausschnitt (15) des darunterliegenden Streifens. Die Ausschnitte an den Streifen bewirken, daß sich die Schnüre und die Streifen bei der Bewegung nicht gegenseitig stören.
Abb 3a: Auch hier wird, wie in Abb 2, ständig der Körper (1) befächelt, vor allem das aufdem Körper aufliegende Tuch (22). Dieses wird ständig feucht gehalten durch Wasser (21), das aus dem Wasserbehälter (20) heraustropft. Abb 3b und 3c entsprechen Abb 2b und2c.
Abb 4a zeigt eine weitere Ausführung, die körpernäheren Streifen (17) und körperferneren Streifen (18) werden durch Abstandhalter (19) von der Haut und untereinander in einem gewissen Abstand gehalten. Abb 4b zeigt diese Ausführung von hinten, und Abb 4c von oben. Durch die Anordnung der Streifen auf Lücke werden die Sonnenstrahlen vom Körper ferngehalten, aber die Umgebungsluft kann aufkurzem Wege zur Hautoberfläche hingelangen. Auch hierbei ist eine Fächelwirkung vorhanden. Die Abstandhalter können in die Streifen eingearbeitet sein oder sie werden als selbständige Einheit wie Gürtel um den Körper (1) getragen.
Bezugszeichenliste