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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf elektrisch geheizte flächige Elemente. Insbesondere
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein elektrisches Dünnschichtheizelement,
das kombiniert mit seiner Einfassung zu einem einstöckigen flächigen Heizelement
eine ausgezeichnete Drapierbarkeit und Anschmiegsamkeit an Körperkonturen, eine
gleichmäßigere Temperaturverteilung
und eine erhöhte
Sicherheit vorsieht.
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Heizelemente dieser Art, die bei
therapeutischen Heizkissen eingesetzt werden, sind seit einiger
Zeit auf diesem Gebiet bekannt. Diese Kissen sind jedoch oft sperrig,
bieten unregelmäßige Heizoberflächen und
sind potentielle Brand- und Stromschlaggefahren. Im erneut erteilten
US-Patent 29, 641 sieht die Erfindung ein Widerstandsdraht-Heizkissen
vor, dass in alle Richtungen biegsam ist und allgemein zur Anpassung
an die Konturen von Körperteilen
geeignet ist. Trotz seiner Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik verwendete
das Heizkissen immer noch ein Einzeldrahtelement, das notwendigennreise
sperrig ist und die Flexibilität
des so erzeugten Heizelements einschränkt. Um außerdem die angemessene Wärmemenge
zu erzeugen und ihr zu widerstehen, waren die bei dieser Art von Geräten verwendeten
Drähte
charakteristischerweise dick und oft mit einer Isolierschicht beschichtet, um
Stromschlag- und Kurzschlussgefahren auszuschließen. Oft verursachte der Wechsel
von den starreren und steiferen Heizkissen, zum Beispiel wie dem im
US-Patent Nr. 2,154,184 beschriebenen, gefährliche Temperaturverzögerungen,
da die neuen Heizkissen ihre Zieltemperaturen normalerweise weit überschritten,
bevor sie sich zum erwünschten gleichmäßigen Temperaturniveau
entspannten. Eine Verformung der Elementkonfiguration während der Verbiegung
des Kissens und die ungleichmäßige, zeitweise
Eigenschaft der Erwärmung
bei Einzeldrahtelementen verursachten diese Probleme. Das US-Patent
Nr. 3,889,100 verbesserte das Zieltemperatur-Überschreitungsproblem
durch eine strategischere Platzierung der Thermostaten und eine Hin-und-Her-Schlaufung
des Heizelements zur Ermöglichung
einer genaueren Temperaturmessung, während eine angemessene Flexibilität des Kissens beibehalten
wurde. Diese Konstruktion verwendete jedoch immer noch ein Einzeldrahtheizelement,
das in einen losen Deckstoff (der oft entflammbar war) eingeschlossen
und eingenäht
oder heißgenietet war.
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Eine größere Neuerung bei der Konstruktion von
Heizkissen war die Schaffung dünner
Widerstandselemente, die dünner
und flexibler als die zuvor besprochenen Einzeldrahtkonstruktionen
waren. US-Patent Nr. 2,795,680 und 4,814,586 offenbaren ein Verfahren
zur Schaffung dünner
aufgedruckter Widerstände.
Diese Widerstände
werden durch eine haftende Widerstandsschicht ausgebildet, die aus
einem ein leitfähiges
Material enthaltenden Epoxidharz-Bindemittel
hergestellt wird. Dieses Bindematerial wird auf ein Substrat aufgebracht.
Nachdem das Epoxidharz abgebunden hat, entsteht durch die Ablagerung
ein aufgedruckter Widerstand. Wie Einzeldrahtheizelemente heizen
sie, wenn ein Strom danach durch diese Widerstände geleitet wird. Aufgedruckte
Widerstände
wurden erfolgreich in flexible flächige Heizelemente integriert.
Siehe zum Beispiel US-Patent Nr. 4,149,066 und 4,429,216.
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Außerdem können sowohl aufgedruckte Widerstands-Heizelemente
und die vorher erörterten Einzeldraht-Heizelemente
mit mehrfachen Elementen in Heizkissen angeordnet werden. Wenn in
diesen Konfigurationen die Heizelemente in unterschiedlichen Kombinationen
unter Strom gesetzt werden, führt
das zu unterschiedlichen Wärmegraden.
Siehe US-Patent Nr. 2,122,650. Zusätzlich können die dünnen Schichten parallel unter
Strom gesetzt werden, wie das in den US-Patenten Nr. 4,485,297 und 4,452,285
offenbart ist. Im US-Patent Nr. 3,668,367 werden zwei Heizelemente
unterschiedlicher Länge
an einen Vielstellenschalter angeschlossen, so dass sie in Reihe,
parallel oder selektiv einzeln eingeschaltet werden konnten. Die
Anordnung sieht jedoch nicht vor, dass unterschiedliche Temperaturen über das
gesamte Heizkissen ausgewählt
werden konnten. Stattdessen erlaubte die Erfindung, dass unterschiedliche
Bereiche des Kissens selektiv beheizt wurden. Daher sahen die Temperaturmöglichkeiten,
die aus den mehreren Einstellungen entstanden, keine gleichmäßige Temperaturverteilung über das
gesamte Kissen für
jede Temperatureinstellung vor. Die gleiche Ungleichmäßigkeit
ist das absichtliche Ergebnis beim US-Patent Nr. 4,659,905, das
sich auf eine Heizdecke bezieht, die für unter Arthritis leidende
Patienten gedacht ist, so dass der "Kopf"-
und "Fuß"-Bereich separat
eingeschaltet werden kann.
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Viele im Handel erhältliche
Heizkissen bestehen heutzutage aus einem Heizelement, das lose in einer
Verpackungshülle
eingeschlossen ist. Oft ist das Heizelement in einem höchst entflammbaren Material
isoliert. Außerdem
verringern die dabei entstehenden Lufttaschen den Wirkungsgrad der
Wärmeübertragung
vom Kissen auf das Objekt, über
das es drapiert ist. Eine Trennung des Heizelements von der Einfassung
erhöht
die Sperrigkeit des Heizkissens. Daher sind diese Kissen nicht gut
drapierbar.
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DE-U-9201376 offenbart ein Heizelement, das
in eine äußere Polymer-Deckschicht eingeschweißt ist.
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WO-A-8200935 offenbart ein elektrisches Heizkissen,
enthaltend:
ein flexibles Heizelement;
Mittel zum elektrischen
Verbinden des Heizelements an eine externe Stromquelle;
zwei äußere organische
Polymerbögen,
wobei jeder einzelne Bogen auf jeweils einer Seite des Heizelements
angeordnet ist, so dass die äußeren Kanten des
ersten Bogens in Kontakt mit den äußeren Kanten des zweiten Bogens
stehen und
Mittel zum Zusammenschweißen der äußeren Kanten der einzelnen
Polymerbögen,
um das Heizelement dazwischen hermetisch abzudichten.
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Erfindungsgemäß ist ein solches Heizkissen dadurch
gekennzeichnet, dass
das flexible Heizelement zwei separate
Dünnschichthalbleiterschaltkreise
aufweist, die jeweils auf eine elektrisch isolierende Oberfläche aufgedruckt
und zwischen separate darüber
und darunter liegende organische Polyesterbögen laminiert sind;
jeder
Schaltkreis eine Bahn enthält,
das Heizkissen ferner ein Thermostat für jede Bahn enthält, jeweils positioniert
direkt oberhalb und verbunden mit einer der Bahnen.
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Der erfindungsgemäße Gegenstand bietet gegenüber dem
Stand der Technik eine Reihe von Vorteilen. Das Heizelement und
seine Einfassungen kombinieren sich zur Bildung einer einzelnen,
anschmiegsamen, dünnen
Einheit, was dazu führt, dass
sie sich besser als bisherige Heizkissen an den Körper des
Benutzers anschmiegen kann.
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Erfindungsgemäß erübrigt sich die Notwendigkeit
eines dicken Einzeldrahtheizelements, das in mehreren Mustern und
durch Einnähen
oder Heißnieten
befestigt werden muss. Bei solchen Vorrichtungen bestand die Gefahr,
dass das Heizelement die Schutzabdeckung durchbricht. Außerdem konnte eine
Verschiebung des Heizelements innerhalb der Abdeckung zu einer ungleichmäßigen Wärmeverteilung
und gefährlichen
Temperaturflecken führen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Dünnschichtleiter direkt in eine
geschäumte
Polyvinylchlorid(PVC)-Hülle eingeschlossen,
welche beide Gefahren ausschließt. Erstens
ist es unmöglich,
dass das Heizelement die PVC-Einfassung durchstößt, da es sich dabei nicht um.
einen Draht handelt, sondern um ein dünnes flexibles Band aus Halbleitermaterial.
Da außerdem
die leitfähige
Schicht in dauerhafter Weise innerhalb und auf die PVC-Schaumhülle ein-
bzw. aufgebracht ist, ist eine Verschiebung des Heizelements innerhalb des
Heizkissens unmöglich.
Daher ist das beschriebene Einzeleinheitskissen wesentlich sicherer
und wirkungsvoller als der Stand der Technik.
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Alternativ dazu kann das Heizelement
umformt, vollständig
in ein Material wie zum Beispiel Polyurethan, PVC oder ein anderes
geeignetes Material durch RIM-Formung,
durch Niederdruck-Spritzguss oder Gießen eingekapselt werden. Der
Vorgang der Überformung
erzeugt ein Heizelement und eine Umfassung, die als eine einzige
Einheit mit ausgezeichneter Drapierbarkeit und Anschmiegbarkeit
an Körperformen
fungiert. Die Auswahl beschwerter Materialien ermöglicht weitere
Verbesserungen bei der Drapierung. Die Temperatur ist gleichmäßiger verteilt, was
an der Abwesenheit von Lufttaschen und dem direkten Kontakt des
Elements mit dem äußeren Abdeckmaterial
liegt. Dieser Vorgang schließt
auch die entflammbareren Komponenten herkömmlicher Vinylhüllen aus.
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Bekannte Heizkissen haben die intrinsische Eigenschaft
des beträchtlichen Überschreitens
ihres gleichmäßigen Betriebstemperaturniveaus.
Der U. L.-Standard 130 trägt
dem Rechnung, indem eine anfängliche Überschreitungstemperatur
von 90°C (194°F) und eine
folgende gleichmäßige Betriebstemperatur
von maximal 80°C
(176°F)
vorgesehen wird. Bekannte Heizkissen weisen Überschreitungen in einer hohen
Heizeinstellung typischeniireise im Bereich von 82,2°C (180°F) auf und
werden bei einer maximalen Temperatur von 65,6°C (150°F) betrieben, wobei viele einen
Durchschnittswert im Bereich von 62,8°C (145°F) haben. Die Anbringung des
Thermostats sieht bei der vorliegenden Erfindung einen direkten
Kontakt mit der Heizelementoberfläche vor. Diese Konstruktionseigenschaft
ermöglicht
es, dass eine wesentlich geringere anfängliche Überschreitungstemperatur von
73,9-76,7°C
(165° F
bis 170°F), bei
Betriebstemperaturen im Bereich von 65,6°C (150°F) typisch ist. Das dünnere Profil
sieht eine geringere thermische Masse vor, und die Einheit ist auf Veränderungen
der Wärmeübertragung,
die an seiner Oberfläche
auftreten, inhärent
schneller reaktionsfähig.
Die Einheit zeigt beträchtlich
verbesserte Wärmeprofile
im Vergleich zur bekannten Technik, die über die Oberfläche häufig Temperaturgradienten von
16,7°C (30°F) oder mehr
aufweist.
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Die Wärme wird durch zwei vollständig isolierte
Heizschaltungen geliefert, die dielektrische Isolatoren und strategisch
angebrachte Schnitte und Mastix verwenden. Diese Schaltungen können unabhängig oder
gemeinsam eingeschaltet werden, um eine niedrige, eine mittlere
oder eine hohe Temperatureinstellung zu erzeugen. Jede Schaltung
liefert Wärme
an die gesamte Oberfläche
des flächigen Heizelements.
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Das Heizkissen weist auch andere
Sicherheitsmerkmale auf, die in bisherigen Heizvorrichtungen nicht
vorhanden waren. Das Stromnetz, welches den Strom für viele
im täglichen
Leben eingesetzte Produkte liefert, schaltet sich im Allgemeinen
erst ab, wenn für
den Benutzer eine schon sehr gefährliche Situation
entstanden ist. Da die Leiterbahnen eines jedes Heizschaltkreises
der vorliegenden Erfindung parallel angeordnet sind, wird das Ausfallen
einer einzelnen parallelen leitfähigen
Bahn die Einheit nicht außer
Betrieb nehmen. Die Heizelemente übernehmen die Rolle paralleler
Widerstände.
Jede Bahn arbeitet unabhängig
von den anderen in dem Element. Wenn die Integrität einer
einzelnen Bahn in Frage gestellt ist, fließt der Strom weiter durch die
anderen, jedoch wird die Gesamtstromaufnahme der gesamten Einheit
verringert. Jede Bahn wirkt dahingehend als eine Strombegrenzungsvorrichtung,
dass sie bei einem Eingangsstrom von mehr als 0,65 Ampere in das
gesamte Element einen offenen Schaltkreis erzeugt. Die Gesetze paralleler
Widerstandselemente sagen für
das System eine verringerte Stromaufnahme voraus.
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Außerdem wird das Versagen einer
der Bahnen erfindungsgemäß keine
gefährlichen
Spannungspegel in der gesamten Einheit erzeugen, weil die Einheit
eine Schutzschaltung enthält,
die konstruktionsgemäß das Problem
eines Überstroms
aus dem Stromnetz löst.
Dieser Schaltkreis, eine schnell schaltende 0,5-Ampere-Sicherung und ein Varistor, ist
in den Einschalter auf der Stromzuleitung der Vorrichtung integriert.
Die Sicherung ist normalerweise nicht rücksetzbar.
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Das flächige Heizelement der vorliegenden Erfindung
hat vielfältige
Verwendüngen,
einschließlich,
jedoch darauf nicht eingeschränkt,
therapeutischer nasser und trockener Heizkissen, nasser und trockener
Wärmetherapieprodukte
für den
professionellen Einsatz und den Einsatz beim Sport, therapeutische
Klinik-Heizkissen,
Fuß- und
Bettwärmer,
Arthrose-Therapieprodukte, wie zum Beispiel Handschuhe, Umschläge, usw.,
Sinus-Wärmetherapieprodukte.
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In den begleitenden Zeichnungen zeigt:
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1 eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
geöffnete
Ansicht des Heizkissens, das das Heizelement, Thermostate, äußere organische
Polymerabdeckungen, die Kabeleinheit und den Schalter zeigt,
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3 eine
offene Darstellung des Heizkissens, welche den Thermostatort und
die Befestigung der Kabeleinheit zeigt,
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4 und 5 den Vielstellenschalter,
die Schaltungskonfiguration und Schaltungsschutzvorrichtungen,
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6 die
Konfiguration der Thermostate in der Schaltung.
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1 bis 3 zeigen das Heizkissen,
das allgemein mit 10 bezeichnet ist, und die Kabeleinheit 14, 18a und 18b,
und die Schaltereinheit 16. In einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Gesamtabmessungen des Heizkissens 10 eine Breite
von ungefähr 304,8
mm (12 Zoll), eine Länge
von 355,8 mm (14 Zoll) und eine Dicke von 3,2 mm (1/8 Zoll).
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Das Heizelement 4 ist eine
Schichtkonstruktion aus vier unterschiedlichen Komponenten (unten liegendes
Mylar(RTM)-Substrat, in der Mitte liegendes wärmevulkanisiertes netzartiges
Widerstandsmuster, leitfähiges
Band, außen
liegende Mylar (RTM)-Bögen),
die untrennbar in eine einzige Einheit verschweißt sind. Solche aufgedruckten
Dünnschichtwiderstandselemente
sind im Handel erhältlich.
Eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet Flexwatt Corporation CHE-109H 20 -
Element (Flexwatt Corporation, Canton, Massachusetts, USA). Das
Flexwatt-Heizelement verwendet zwei parallele Heizschaltkreisbahnen 2,
von denen eine einen Widerstand von ungefähr 370 Ohm und die andere von
ungefähr
497 Ohm hat. Beide Schaltungen sind so konstruiert, dass sie über die
gesamte Oberfläche
des Kissens Wärme
erzeugen. Die ungefähre
Gesamtdicke des aus vier Komponenten zusammengeschweißten Heizelementes 4 ist
0,18mm (0,007 Zoll).
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Gemäß den 2, 4 und 5 werden die zwei getrennten
Heizschaltkreise des abgeschirmten Heizelements 4 erfindungsgemäß verwendet,
um eine Einstellung "niedrig" ("LOW"), "mittel" ("MEDIUM"), und "hoch" ("HIGH") zu erzielen, die
durch einen Vierpositionsschalter 16 gesteuert werden.
Der erste Heizschaltkreis bzw. der Anschluss "A" (Schalterpositiön "niedrig") ist ein Schaltkreis
mit einem Widerstand von 497 Ohm und erzielt unter Freiluftbedingungen
eine Temperatur von ungefähr
50-51,7°C (122-125°F). Der zweite
Heizschaltkreis oder der Anschluss "B" (Schalterposition "mittel") ist ein Schaltkreis
mit einem Widerstand von 370 Ohm und erzielt unter Freiluftbedingungen
eine Temperatur von ungefähr
57,2-58,3°C
(135-137°F).
Die Schalterposition "hoch" verwendet sowohl
die Schalterposition "niedrig" als auch die Schalterposition "mittel" parallel zueinander,
um eine "hohe" Wärme zu erzielen.
Dieser kombinierte Heizschaltkreis erzielt unter Freiluftbedingungen
eine Temperatur von ungefähr 66,7-69,4°C (152-157°F).
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Bei der ersten Konstruktionsphase,
die schematisch in 2 gezeigt
ist, werden spannungsentlastende Schlitze 20 in das Polyester(Mylar(RTM))-Laminat
des Heizelements geschnitten. Eine im Handel erhältliche Stanzmaschine wird
zum Präzisionsschneiden
der 1,6 mm (1/16 Zoll) mal 12,7 mm (1/2 Zoll) messenden Schlitze
in den unbelegten Bereichen des laminierten Elements zwischen Halbleiterbahnen
verwendet. Zwei parallele Reihen von sechs Schlitzen (20)
sind in einem Abstand von ungefähr
38,1 mm (1 ½ Zoll)
bzw. 76,2 mm (3 Zoll) von der jeweiligen Kante des Kissens angebracht.
Diese Schlitzkonfiguration erhöht
die Flexibilität
und verringert die Spannungen an den Leiterbahnen des Kissens. Dabei
ist in Betracht gezogen, dass andere Schlitzgrößen und -Konfigurationen zur.
Erzielung der erwünschten
Flexibilität
ebenfalls verwendet werden können.
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Bei der zweiten Konstruktionsphase,
die in den 2 und 3 gezeigt ist, wird das mit
Polyester (Mylar(RTM)) versiegelte Heizelement 4 an den Schalter
und die Stromversorgung angeschlossen. Eine ungefähr 645,16
mm2 (1 Quadratzoll) abmessende gestanzte
Schnittöffnung
wird durch die die Schaltkreise verbindenden leitfähigen Bahnen
geschnitten, die entlang den seitlichen Kanten des Elements angeordnet
sind und sich mit den Enden der Leiterbahnen überlagern. Schichtdurchstoßende Messingkontakte
(Wination Industries, Hong Kong) werden über und unter dem Polyester
und das leitfähige
Band des Elements V-förmig
an den stanzgeschnittenen Kanten angebracht, und die Crimpspitze eines
jeden Kontakts für
einen 18-AWG-Draht wird mit einem Crimpwerkzeug flach gedrückt. Diese Crimpung
durchstößt die Polyesterschicht
und das leitfähige
Band zur Bildung eines leitfähigen
Anschlusses 24.
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In der Kabeleinheit enthaltene elektrische Drähte 18b werden
an den Anschlüssen
des Heizelementes befestigt (festgelötet) und werden unter der Verwendung
eines Heißschmelzklebers
(3-M, Jetmelt 3789-PG) weiter befestigt, der an den Anschlusspunkten 26 flexibel
ist und einen hohen Aktivierungspunkt von ungefähr 137,8°C (280°F) hat. Die Kabeleinheit (Wination
Industries, Ltd., Hong Kong) ist eine standardmäßige 125-Volt-Einheit, mit
einem nicht geerdeten, polarisierten, Zweipol-Anschlussstecker am
Leitungsende der Kabeleinheit. Der Stecker 14 ist auf das
Kabel aufgeformt. Das flexible Kabel ist des Typs SPT-2, 18/2 18a & 18/3 18b mit
einer zulässigen
Höchststromstärke von
6 Ampere. Die höchste maximal
zulässige
Stromstärke
des Heizelements ist 1,5 Ampere. Die Kabeleinheit ist von der Eintrittsstelle
in das Kissen bis zur Steckerspitze ungefähr 1828,8 mm (72 Zoll) lang.
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Die Thermostate 12a, 12b in
den 2 und 3 (Modell Canthern V11 70-2-5,
Montreal, Quebec, Kanada) sind normalerweise geschlossene Bimetalle mit
Schnappaktion mit einer Toleranzeinstellung bei 70°C von ± 5°C. Die Thermostate
sind, wie in den 3 und 6 angegeben, in Reihe geschaltet.
Der Thermostat "A" 12a ist am unteren
Ende des Heizkissens 10 in größter Nähe zur Stromversorgung ungefähr 50,8
mm (2 Zoll) von der Stromversorgung entfernt angeordnet. Der Thermostat "B" 12b ist mittig im Heizkissen ungefähr 152,4
mm (6 Zoll) entfernt von der Stromversorgung angeordnet. Ein standardmäßiges thermisches
Fett ist zwischen der Schnittstelle der Thermostaten 12a, 12b und
dem äußeren Polyesterbogen
des Heizelements aufgebracht. Bei den Thermostaten 12a, 12b sind
direkt über
den Heizbahnen positioniert, was die anfängliche Überschreitungstemperatur auf
ungefähr
82°C verringert.
Nachdem die Thermostaten 12a, 12b angebracht wurden, wird
eine Lage eines 50,8 mm (2 Zoll) messenden elektrischen Mastixbandes
(3-M # 06147) unten auf das Kissen in den Kontaktbereichen 26 aufgebracht. Oben
wird der Kontaktbereich 26 mit einem weiteren Mastixband
abgedichtet. Hierdurch werden auch die Anschlüsse 24 gegen das Eindringen
von Feuchtigkeit abgedichtet. Eine Schicht eines elektrischen Bands 22,
das 50,8 mm (2 Zoll) breit und 228,6 mm (9 Zoll) lang ist, wird
zum Schutz gegen Durchstoßung
ebenfalls über
die Thermostaten angebracht.
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In einer Ausführungsform der Erfindung, 2 und 3, bestehen die äußeren organischen Polymerabdeckungen 6, 8 des
Kissens aus zwei Bögen von
ungefähr
1,6 mm (1/16 Zoll) dickem geschäumtem
Polyvinylchlorid (PVC) (L-91-22, Adchem Corp., Westbury, N. Y.,
USA). Pro Abdeckung 6, 8 wird ein PVC-Bogen verwendet.
Das geschäumte
PVC überlappt
sich mit dem Mylar-Substrat des Heizelements 4 um ungefähr 4,8 mm
(3/16 Zoll) bis 6,4 mm (1/4 Zoll) auf allen Seiten. Der PVC-Schaum
ist mit einer 0,0508 mm (2 mil) dicken Beschichtung eines Kontaktklebers
versehen. Der Kleber ist hochtemperatur- (ungefähr 137,8°C (280° F)) und salzwasserbeständig, wodurch
eine erhöhte
Sicherheit und Haltbarkeit erreicht wird. Der obere und der untere PVC-Schaumbogen
werden durch eine Walzpresse aufgebracht, die einen tangentialen
Druck anwendet, während
das Heizelement und die Polymerbögen durch
die Presse geschickt werden. Der zur Versiegelung des Klebers aufgebrachte
Druck ist zwischen ungefähr
6,9 × 104 und 41,3 × 104 Pa
(10-60 psi).
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Die Kanten des Kissens werden in
einer Stanzpresse wärmeversiegelt.
Die Schneidkante der Stanzpresse wird auf eine Temperatur zwischen 148,9
und 176,7°C
(300-350°F)
erwärmt
und schneidet und versiegelt die Kanten des Kissens durch ihren
Kontakt mit diesem. Die Kontaktzeit wird auf zwischen 0,5 und 5
Sekunden eingestellt, je nach dem spezifischen verwendeten organischen
Polymer. Die Kanten des Kissens können auch unter der Verwendung
eines Lösungsmittelaussatz-
oder Druckversiegelungsverfahrens verschweißt werden.
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Nachdem die äußere Polymerabdeckung 6, 8 auf
die Oberfläche
des Elements 4 laminiert und die Kanten versiegelt wurden,
wird das Heizkissen 10 eine einzige Einheit. Das in einer
einzigen Einheit vorgesehene Heizkissen 10 der vorliegenden
Erfindung hat eine erhöhte
Flexibilität
und Drapierbarkeit, ist weniger entflammbar und sieht eine gleichmäßigere Wärmeverteilung über die
gesamte Oberfläche des
Kissens als bekannte Heizkissen vor.
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In einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann das Heizelement durch eine durchgehende
Schicht eines äußeren organischen
Polymers durch Formung des Polymers über das Element abgedeckt werden.
Eine Form wird unter der Verwendung des Formungsmaterials REN von
CIBA-Geigy, einem Verbundwerkstoff, hergestellt. Nachdem die Form
hergestellt wurde, wird das Heizelement 4, an das die Thermostaten 12a, 12b und
die Kabeleinheit angebracht wurden, in die Form gelegt und diese
zugeklemmt. Ein gießfähiges Polyurethan
(REN:Co: Thame Nr. TDT-178-34 von CIBA-Geigy) wird dann in die Form
gepumpt, um die Einheit vollständig
einzukapseln. Das Gießpolyurethan
lässt man
in der Form über
sechs bis acht Stunden wärmevulkanisieren.
Die Wärmevulkanisierung wird
durch Einschalten des Heizkissens auf die niedrigste Einstellung
und dadurch erreicht, dass dem Heizelement erlaubt wird, das gegossene
Polyurethan von innerhalb der Einheit selbst zu erwärmen. Die
Form wird nach dem Vulkanisieren entklemmt und das fertige überformte,
hermetisch versiegelte Heizkissen wird entfernt. Mit hermetisch
versiegelt ist eine allgemein luftdichte Versiegelung um das Heizelement 10 gemeint.
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Gemäß den 4, 5 und 6 ist der Schalter 16 ein
Einzelpol-Vierpositionsschalter
(Wination Industries, Hong Kong), der zum Schalten von Lasten von
Leitung zu Leitung verwendet wird. Ein Leiter der Leitung wird durch
den Schalter direkt zum gemeinsamen Punkt der Heizschaltkreise des
Elementes geführt.
Der andere Leiter der Leitung wird in den Pol des Schalters eingespeist.
Die Positionen "A" und "B" des Schalters in 5 entsprechen dem niedrigeren bzw. höheren Widerstandsheizschaltkreis
des Heizelementes. Die Position "COM" des Schalters verbindet
den Anschluss "A" und "B" parallel zusammen zur Einstellung für die höchste Wärmeleistung.
Die Schalterposition "Aus" trennt beide Seiten
der Leitung als ein zusätzliches
Sicherheitsmerkmal.
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Eine Neonlampe 32, 2 und 4,
wird zum Anzeigen verwendet, dass das Heizelement 4 unter Strom
steht. Die Lampenschaltung bietet zum Heizelement 4 einen
hohen parallelen Widerstand, wodurch sie auf die Leistung des Heizelementes
vernachlässigbare
Auswirkungen hat. Die Lampenschaltung leitet weniger als ein Viertel
Watt Leistung ab.
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Gemäß den 4 und 5 enthält in einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Schalter 16 zum Schutz gegen Spannungsspitzen eine
Schaltkreisschutzvorrichtung, die einen Varistor 28 (7
mm MOV Z130-LAZ von CKE, Inc., Lucernemines, Pennsylvania, USA)
umfasst, an der Stromversorgung. Der Varistor erhöht die Leitfähigkeit
beim Anliegen erhöhter
Spannung, wodurch eine Überbrückungsschaltung
geschaffen wird, um den Schalter 16 und das Heizelement 4 zu
schützen.
Eine schnell schaltende 0,5-Ampere-Sicherung 30 (Bussmann 0,5 Ampere,
PCB, Marietta, Georgia, USA) ist in die Schaltung integriert, um
zu verhindern, dass ein Strom mit einer Stromstärke von mehr als 0,55 Ampere
das Heizelement 4 erreicht. Diese Schaltung kann je nach
der Auswahl der Primärkomponente
als eine Einwegeinheit, eine sich selbst rücksetzende Einheit oder eine
durch den Benutzer wartbare Einheit konfiguriert sein. Die bevorzugte
Konfiguration ist eine Einweg-, nicht durch den Benutzer wartbare
Konstruktion. Dies verhindert die erneute Verwendung einer Vorrichtung,
die durch einen übergroßen Strom beschädigt wurde,
und ist daher sicherer. Diese Schaltungsschutzvorrichtung kann in
einer Vielzahl elektrischer Produkte eingesetzt werden, wo der Schutz
des Verbrauchers einen wichtigen Aspekt der Produktkonstruktion
darstellt, einschließlich,
jedoch hierauf nicht eingeschränkt,
Wärmtabletts
und -platten, Sitzwärmer
und Wärmemassageeinheiten.