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Es
ist bei vielen Anwendungen wünschenswert,
wenn Tapeten oder Wandverkleidungen sowie Dekorationsstoffe, wie
zum Beispiel Vorhänge
oder Teppichböden,
ihre Farbe bei Bedarf reversibel ändern könnten, ohne dass neue Farbe
auf die Tapete oder den Dekorationsstoff aufgebracht werden. Damit
wäre es
möglich,
die Farbe von Wänden
oder Vorhängen
oder anderer Gegenstände
situationsabhängig
zu steuern und dadurch ein das Wohlbefinden und/oder die Produktivität der in
diesen Räumen
befindlichen Personen zu steigern. Außerdem wäre es möglich, durch die oben genannten
Farbwechsel die Aufmerksamkeit von Besuchern oder Zuschauern zu erregen.
Dies wäre
beispielsweise bei Messeständen für die Aussteller
sehr vorteilhaft. Auch könnten
die Empfangshallen von Hotels oder Flughäfen durch eine solche veränderbare
Farbgebung attraktiver werden. Schließlich wäre es in verschiedenen Anwendungsfällen möglich, einen
Gegenstand bei Bedarf durch Verändern
der Farbe zu tarnen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Farbe, insbesondere die
Farbe an der Oberfläche,
von Gegenständen
reversibel verändern
zu können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
flächiges
System mit mindestens zwei elektrischen Anschlüssen, dadurch gelöst, dass
das flächige
System ein elektrisch leitfähiges
Material oder Materialsystem umfasst, dass das flächige System
mindestens ein thermochromes Material umfasst, dass sich durch Anlegen
oder Veränderung
einer elektrischen Spannung an den mindestens zwei elektrischen
Anschlüssen
die Temperatur des flächigen Systems ändert, so
dass die thermochrome Farbe des flächigen Systems mindestens bereichsweise
reversibel die Farbe ändert
oder das thermochrome Material transparent wird.
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Unter
einem flächigen
System werden im Zusammenhang mit der Erfindung unter anderem farbige
(Ober)-Flächen
fester Körper
sowie vliesartige oder gewebte Stoffe oder Textilien verstanden. Grundsätzlich kann
das erfindungsgemäße flächige System
an vielen an sich bekannten Gegenständen aufgebracht werden, so
dass eine auch nur annähernd
abschließende
Aufzählung
der möglichen
Anwendungen des erfindungsgemäßen flächigen Systems
nicht möglich
ist. Ein erfindungsgemäßes flächiges System
kann umfasst auch mindestens teilweise elektrisch leitfähiges thermochromes
Material, welches durch die Kombination thermochromer Farbe mit
elektrisch leitfähigem
Material, insbesondere carbon nanotubes (CNT), erzeugt wurde.
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Durch
das Anlegen einer elektrischen Spannung an die mindestens zwei elektrischen
Anschlüsse
des flächigen
Systems mit einstellbarer Farbe ist es möglich, die Temperatur einzustellen.
Da thermochrome Farben ihre Farbe in Abhängigkeit ihrer Temperatur ändern, ist
es möglich,
durch Anlegen einer geeigneten elektrischen Spannung die Farbe der mindestens
einen thermochromen Farbe und damit des erfindungsgemäßen flächigen Systems
zu steuern.
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Selbstverständlich hängt die Änderungsgeschwindigkeit
des Farbwechsels von der thermischen Trägheit des flächigen Systems
und einer gegebenenfalls dahinter befindlichen Wand ab. Durch eine
thermische Entkopplung, beispielsweise in Form einer Wärmedämmung aus
einem geeigneten Wärmedämmstoff
kann die thermische Trägheit
des erfindungsgemäßen flächigen Systems
und der Bedarf an elektrischer Energie zum Aufheizen des erfindungsgemäßen flächigen Systems
deutlich verringert. Dadurch können
auch schnelle Farbwechsel realisiert werden.
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Ein
wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen flächigen Systems ist die Kombination
eines oder mehrerer flächiger
elektrischer Widerstandsheizsysteme mit einem flächigen thermochromen Material,
insbesondere Leucodyes, mit dem Zweck, die Farbe des flächigen (Gesamt)-Systems
ganz oder teilweise reversibel, durch aktive Ansteuerung der elektrischen
Widerstandsheizung einstellen zu können.
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Dabei
gliedern sich die „flächigen elektrischen
Widerstandheizsysteme" in
Widerstandsheizungen der folgenden 3 Gruppen:
Heizsysteme auf
Basis elektrisch leitfähiger
oder teilweise elektrisch leitfähiger
Lacke, sogenannter Leitlacke. Ein Leitlack ist ein elektrisch leitfähiger Lack, der
vor allem in der Elektronik zum Einsatz kommt. Die elektrische Leitfähigkeit
wird durch einen sehr hohen Anteil (bis zu 80% und mehr) leitfähiger Füllmaterialien
in der Lackmatrix erzeugt. Die einzelnen Körnchen stehen in Kontakt zueinander
und ermöglichen
so den Stromfluss. Im Unterschied zum konventionellen Leitlack bietet
sich für
die vorliegende Erfindung an, den Anteil leitfähiger Partikel im Lack erheblich
zu reduzieren. Dies kann vorteilhafter Weise durch Zugabe von thermochromen
Partikeln in den Leitlack erfolgen. In Folge dessen erhöht sich
der elektrische Widerstand des Leitlacks, so dass sich das erfindungsgemäße flächige System
bereits bei Anlegen einer geringen Spannung erwärmt.
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Heizsysteme
auf Basis von Vliesen oder Geweben, die mindestens ein elektrisch
leitendes Material wie Carbon Nanotubes (CNT), Karbonfasern oder metallischen
Partikel, umfassen. Bei Bedarf umfassen diese Vliese oder Gewebe
Trägermaterialien
wie Zellulose, Kunstfasern und/oder Baumwolle.
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Heizsysteme auf Basis leitfähiger Drähte wie
z.B. Kupferdrähte
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Das
thermochrome Material kann somit auf das Heizsystem aufgebracht
werden oder aber in das Heizsystem eingebracht werden.. Realisiertes
Ausführungsbeispiel
1: Thermochromes Material wird auf ein Vlies, das aus CNT und Zellulose
besteht, aufgebracht.
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Realisiertes
Ausführungsbeispiel
2: Vermischung eines elektrisch leitfähigen Lackes oder leitfähiger Pigmente
mit dem thermochromem Material, so dass eine Einheit aus leitfähigem und
thermochromem Material in Form eines thermochromen und elektrisch
leitfähigen
Lackes entsteht. Dieser Lack kann in herkömmlicher Weise verarbeitet
werden, wobei zusätzlich
noch elektrische Anschlüsse
vorzusehen sind, um ein erfindungsgemäßes flächiges System zu erhalten.
Für beide
Ausführungsformen soll
Schutz beantragt werden.
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Zusätzlich kann
es erforderlich sein, funktionelle Schichten, insbesondere eine
UV-Schutzschicht (vgl. z.B. UV-Schutzfolien der Firma Haverkamp)
und/oder eine Schutzschicht für
mechanische Beanspruchung (vgl. z.B. http://www.ifoha.de/antiscratch-folien.htm),
auf das flächiges
System aufzubringen. Eine UV-Schutzschicht ist insbesondere dann
sinnvoll, wenn das System außerhalb
von Gebäuden
eingesetzt werden soll und direkter Sonnenbestrahlung ausgesetzt
ist, da das thermochrome Material teilweise eine schlechte UV-Beständigkeit aufweist
und der thermochrome Effekt dadurch beeinträchtigt wird.
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Ebenso
soll geschützt
werden, dass das System bestehend aus Heizung und thermochromem
Material zusätzlich
nicht thermochromes Material, wie z.B. herkömmliche Farben oder Farbpigmente
integriert, da auch thermochromes Material existiert, welches transparent
wird.
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Widerstandsheizungen
auf der Basis von Carbon Nanotubes (CNT) haben sich als besonders vorteilhafte
Heizelemente erwiesen, da sie unter anderem einfach und flexibel
zu bearbeiten sind. Sie können
beispielsweise mit einer Schere oder einem Messer auf das gewünschte Maß zugeschnitten
werden, ohne ihre elektrische Leitfähigkeit zu verlieren.
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Es
ist auch möglich,
beispielsweise in ein flächiges
System mit einstellbarer Farbe, welches als Tapete auf eine Wand
aufgeklebt ist, ein Loch einzubringen, um einen Dübel zu befestigen
oder einen Nagel einzuschlagen. Auch dadurch wird die Funktionsfähigkeit
des flächigen
Systems mit einstellbarer Farbe als Heizfläche nicht beeinträchtigt.
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Selbstverständlich können dem
Vlies bei Bedarf noch weitere Fasern, insbesondere Zellulose, Kunstfasern
und/oder Baumwolle beigemischt werden, um dadurch die sonstigen
Gebrauchseigenschaften des flächigen
Systems mit einstellbarer Farbe einzustellen. Selbstverständlich ist
es auch möglich,
durch das Zumischen von anderen Fasern, die preisgünstiger
sind als CNT, die Herstellungskosten des erfindungsgemäßen flächigen Systems
mit einstellbarer Farbe zu reduzieren.
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Das
erfindungsgemäße flächige System
mit einstellbarer Farbe kann als Heimtextilie, insbesondere als
Tapete, textile Wandverkleidung, Vorhangstoff, Dekorationsstoff
oder Bodenbelag, verwendet werden. Selbstverständlich sind die Anwendungen des
erfindungemäßen flächigen Systems
mit einstellbarer Farbe nicht auf diese Aufzählung beschränkt.
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Es
ist auch beispielsweise möglich,
das erfindungsgemäße thermochrome
flächige
System bei Fahrbahnmarkierungen oder Hinweisschildern, deren Farbe
aktiv gesteuert werden soll, einzusetzen.
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Selbstverständlich kann
es vorteilhaft sein, insbesondere bei großflächigen flächige Systemen mit einstellbarer
Farbe, mehr als zwei elektrische Anschlüsse vorzusehen, um erstens
eine größere Sicherheit
gegen Ausfälle
zu haben und zweitens eine noch gleichmäßigere Heizleistung über die
gesamte Fläche
des flächigen
Systems erreichen zu können.
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Durch
eine Vielzahl von elektrischen Anschlüssen ist es möglich, durch
unterschiedliches Beheizen verschiedener Bereiche des flächigen Systems
mit einstellbarer Farbe in diesen unterschiedlichen Bereichen verschiedene
Farben zu erzeugen. Beispielsweise wäre es denkbar, einen Schriftzug
in Form eines elektrischen Anschlusses oder einer elektrischen Leitung
innerhalb oder unterhalb des flächigen
Systems mit einstellbarer Farbe zu verlegen und bei Bedarf durch
Ansteuern dieser elektrischen Leitungen den Schriftzug in dem flächigen System mit
einstellbarer Farbe dadurch sichtbar werden zu lassen, dass er eine
andere Farbe als sein unmittelbare Umgebung aufweist.
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Mögliche Anwendungsgebiete
der Erfindung sind, ohne Anspruch auf Vollständigkeit:
Vorhänge, Tapeten,
Teppiche, Bodenbeläge,
Folien, Bekleidung, Schuhe, Messeequipment wie Schilder, Stände und
Flächen,
Tarnnetze, Tarnfolien und Tarnfarbe welche der Umgebung des zu tarnenden
Gegenstandes oder Person anpassbar ist, Verkehrsleitsysteme wie
Schilder und Fahrbahnmarkierungen, Anzeigen in Printmedien sowie
(Groß)-Plakate
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der
nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarte Merkmale
können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Zeichnung
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Es
zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen flächigen Systems
mit einstellbarer Farbe,
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2 ein
Querschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen flächigen Systems
mit einstellbarer Farbe und
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungssgemäßen flächigen Systems
mit einstellbarer Farbe.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen flächigen Systems
mit einstellbarer Farbe 1 dargestellt. Das erfindungsgemäße flächige System
mit einstellbarer Farbe 1 ist als rechteckige Fläche ausgebildet, mit
der beispielsweise eine Wand beklebt beziehungsweise bespannt werden
kann. Alternativ kann das flächige
System mit einstellbarer Farbe 1 auch als Vorhang an einer
Vorhangstange (nicht dargestellt) aufgehängt werden.
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An
den beiden seitlichen Enden des flächigen Systems mit einstellbarer
Farbe 1 ist jeweils ein elektrischer Anschluss 3 und 5 vorhanden,
wobei die beiden Anschlüsse 3 und 5 unterschiedliche
Polarität aufweisen.
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Die
beiden elektrischen Anschlüsse 3 und 5 erstrecken
sich über
die gesamte Höhe
des flächigen Systems
mit einstellbarer Farbe 1, so dass sich ein gleichmäßiges elektrisches
Feld zwischen den elektrischen Anschlüssen 3 und 5 ausbildet,
sobald eine elektrische Spannung an die Anschlüsse 3 und 5 angelegt
wird.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die elektrischen
Anschlüsse 3 und 5 außerhalb
des flächigen
Systems mit einstellbarer Farbe 1 an die Anschlussklemmen 7 und 9 geführt. Falls
gewünscht,
können
die Anschlüsse
auch innerhalb des flächigen
Systems mit einstellbarer Farbe 1 an die Anschlussklemmen 7 und 9 geführt werden (nicht
dargestellt).
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In 2 ist
ein Schnitt entlang der Linie A-A gemäß 1 durch
das flächige
System mit einstellbarer Farbe 1 dargestellt. Dabei wird
der Aufbau des flächigen
Systems mit einstellbarer Farbe 1 deutlich. Bei diesem
Ausführungsbeispiel
besteht das erfindungsgemäße flächige System
mit einstellbarer Farbe 1 aus einer Vlies- oder Gewebeschicht 11,
welche Fasern aus Karbon (nicht dargestellt) umfasst. Selbstverständlich können auch
andere Fasern, wie zum Beispiel Zellulose oder Baumwollfasern, in
die Vlies- oder Gewebeschicht 11 eingearbeitet werden. In
der Vlies- oder Gewebeschicht 11 befinden sich auch die
elektrischen Anschlüsse 3 und 5,
so dass die in der Vlies- oder Gewebeschicht 11 vorhandenen Karbonfasern
elektrisch leitend mit den elektrischen Anschlüssen 3 und 5 verbunden
sind.
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Bei
anderen Ausführungsbeispielen
erfindungsgemäßer flächiger Systeme
mit einstellbarer Farbe 1 ist es auch möglich, die elektrischen Anschlüsse 3 und 5 nicht
in die Vlies- oder Gewebeschicht 11 einzuarbeiten, sondern
auf der Vlies- oder Gewebeschicht 11 zu verlegen. Dieses
Ausführungsbeispiel
ist nicht dargestellt.
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Bei
dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf der
Vlies- oder Gewebeschicht 11 eine Farbschicht 13 aufgetragen,
die aus einer thermochromen Farbe oder einem Gemisch thermochromer Farben
besteht.
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Wenn
nun eine elektrische Spannung an die elektrischen Anschlüsse 3 und 5 angelegt
wird, fließt ein
Strom zwischen den elektrischen Anschlüssen 3 und 5 und
in Folge dessen erwärmen
sich auch die Vlies- oder Gewebeschicht 11 sowie die Farbschicht 13.
Da die Farbschicht 13 mindestens eine thermochrome Farbe
umfasst, stellt sich die Farbe der Farbschicht 13 entsprechend
der Temperatur der Vlies- oder Gewebeschicht beziehungsweise des
flächigen Systems
mit einstellbarer Farbe 1 ein. Da die Temperatur des flächigen Systems
mit einstellbarer Farbe 1 wiederum von der an den elektrischen
Anschlüssen 3 und 5 angelegten
Spannung abhängt,
kann die Farbe der Farbschicht 13 durch Steuern der an
den elektrischen Anschlüssen 3 und 5 anliegenden
elektrischen Spannung eingestellt werden.
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Es
ist alternativ auch möglich,
dass die thermochrome Farbe direkt in die Vlies- oder Gewebeschicht 11 eingearbeitet
wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Farbe
als Bindemittel oder bei der Herstellung der Vlies- oder Gewebeschicht 11 eingesetzt
wird. Dabei kann die Farbe entweder das herkömmliche Bindemittel ganz oder
nur teilweise ersetzen.
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In 3 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen flächigen Systems
mit einstellbarer Farbe 1 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind insgesamt drei elektrische Anschlüsse vorhanden, wobei der mittlere
elektrische Anschluss als eine andere Polarität aufweist als die an den Seiten
des flächigen
Systems mit einstellbarer Farbe 1 angeordneten Anschlüsse 3.
Dadurch ist es möglich,
die rechte und die linke Hälfte
des flächigen
Systems 1 gesondert anzusteuern, so dass sich die Farben
des flächigen
Systems 1, falls gewünscht, auf
der linken und auf der rechten Seite des flächigen Systems 1 unterscheiden.
Außerdem
können
bei gleicher elektrischer Spannung größere elektrische Feldstärken erzeugt
und damit größere Heizleistungen
in das flächige
System 1 eingekoppelt werden.
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Als
Thermochromie bezeichnet man die Eigenschaft bestimmter Substanzen,
bei Erwärmung die
Farbe zu ändern.
Dieser Vorgang ist reversibel, d.h. nach dem Abkühlen nehmen sie wieder ihre
ursprüngliche
Farbe an. Grund für
diese Farbveränderungen
sind Änderungen
in der Kristallstruktur. Bekannt ist dieses Verhalten unter anderem
bei den anorganischen Verbindungen Rutil und Zinkoxid, die ihre
Farbe bei starkem Erhitzen von weiß nach gelb ändern. Thermochromie
ist bei organischen Verbindungen häufiger anzutreffen. Derartige
chromophore organische Verbindungen, die auch thermochromes Verhalten
zeigen, wechseln bei Temperaturänderung ihren
Molekülzustand.
9,9'-Bixanthyliden
und 10,10'-Bianthronyliden
sind Beispiele organischer Verbindungen, die unter dem Einfluss
von Temperatur ihre Farbe ändern.
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Auch
der Indikatorfarbstoff Bromthymolblau, eingebettet in eine pH-abhängige Polymermatrix, kann
u.U. thermochrome Eigenschaften aufweisen. Die Matrix ändert bei
Temperaturänderung
den pH-Wert und bewirkt dadurch einen Farbumschlag des Indikators.
Ein derartiges flächiges
System wurde am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung
entwickelt. Die Lithiumchlorid-haltige Polyethermatrix ist im Temperaturbereich
von –5
bis +33 °C
grün und
wechselt zu gelb.