-
" Temperaturfühlscheibchen " Die Erfindung betrifft allgemein Temperaturanzeigevorrichtungen
und bezieht sich insbesondere auf ein Temperaturfühlscheibchen, welches an einer
Oberfläche haftend angebracht wird, um die Temperatur dieser Oberfläche sichtbar
durch das Ansprechen einer Farbe anzuzeigen, welche in Beziehung steht zu einem
vorherbestimmten Verhältnis zwischen Farbe und Temperatur.
-
Die Erfindung ist hier zwar in erster Linie im Zusammenhang mit Ausführungsbeispielen
beschrieben, die in erster Linie zum Abtasten und visuellen überwachen von Wärmemustern
in der menschlichen Haut bestimmt sind, jedoch sei darauf hingewiesen, daß die Anwendung
der Erfindung nicht notwendigerweise auf dieses Gebiet beschränkt ist. Die Erfindung
kann zum Abtasten und über wachen der Oberflächentemperatur einer Vielzahl anderer
belebter
und unbelebter Objekte verwendet werden, an denen die erfindungsgemäße
Vorrichtung haftend angebracht wird, z.B. zum'Prüfen der Wärmeverteilung elektronischer
Schaltungen und Vorrichtungen und zum Feststellen der Strömungswege von im Innern
erzeugter Wärme in verschiedenen mechanischen und sonstigen Vorrichtungen.
-
Es ist inzwischen anerkannt, daß Messungen der Hauttemperatur einen
wertvollen Beitrag auf dem Gebiet medizinischer Diagnose- und Überwachungsverfahren
leisten können. Beispielsweise ist in neueren Untersuchungen die Vermutung geäußert
worden, daß örtliche Schwankungen der Hauttemperatur in Beziehung gebracht werden
können mit Geschehnissen unter der Oberfläche, beispielsweise mit Entzündungen,
Herzmuskelstörungen und Tumoren. Es stehen bereits verschiedene Vorrichtungen zum
Messen der Hauttemperatur zur Verfügung, aber sie haben alle einen oder mehrere
Nachteile, die deren breite Anwendung bisher verhindert haben.
-
Beispielsweise erfordern metallische Hautthermometer eine lange Zeit
zum Ablesen, und die abgelesenen Werte haben nicht immer die gewünschte Genauigkeit,
da die Thermometer nicht immer an die Hautoberflächen anpassungsfähig sind-, die
unterschiedliche und sich ändernde Anforderungen hinsichtlich der Anpassungsfähigkeit
haben.
-
Elektrische Sonden zum Abtasten der Temperatur sind teuer, erfordern
komplizierte Ausrüstungselemente, sind unbequem anzubringen und auch sonst aus verschiedenen
Gründen nicht praktisch. Infrarotfühlvorrichtungen sind ebenfalls teuer, erfordern
komplizierte Ausrüstungen, die nicht immer an den gewünschten Stellen zur Verfügung
stehen, und verursachen auch sonst verschiedene Schwierigkeiten,
mit
denen der Fachmann vertraut ist.
-
Bekannte Verfahren zur Verwendung flüssiger Kristalle für derartige
Temperaturmessungen leiden bisher unter ähnlichen Schwierigkeiten. Brauchbare Stützmaterialien
waren beschränkt, die Temperaturbereiche begrenzt, die Anwendungsverfahren unbequem,
es ergaben sich Stabilitätsprobleme, die Genauigkeit ließ zu wünschen übrig, die
Anpassungsfähigkeit war mangelhaft, es bestand die Gefahr des Auseinanderfallens
des Schichtaufbaus und es ergaben sich Kontaktprobleme und schließlich'mangelnder
Widerstand gegen Biegungen.
-
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Temperaturfühlscheibchen
zu schaffen, bei dem die Schwierigkeiten entsprechender bekannter Vorrichtungen
vermieden sind, welches billig, stabil und bequem zu verwenden ist und ein kontinuierliches
Ablesen über einem beträchtlichen Temperaturbereich,-und zwar an im wesentlichen
der gleichen Stelle ermöglicht und sich durch ein empfindliches, exaktes und sehr
rasches sichtbares Ansprechen auf die Temperatur auszeichnet.
-
Das erfindungsgemäße Temperaturfühlscheibchen hat den Vorteil, daß
es an vielfachen Stellen einsetzbar und in hohem Maße an die zugrundeliegende Haut
anpassungsfähig ist und daß es auch durch wiederholtes Wiegen nicht beeinträchtigt
wird. Seine Vielseitigkeit erweitert den praktischen Anwendungsbereich bekannter,
mit flüssigen Kristallen arbeitender Temperaturfühlvorrichtungen,
Bei
einem bestimmten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die der Erfindung zugrundeliegende
Aufgabe durch ein Temperaturfühlscheibchen gelöst, welches eine flexible Stützlage
aufweist, die an einer Seite mit einem druckempfindlichen Klebstoff überzogen ist,
um die flexible Stützlage in enger, unmittelbarer Berührung mit der zugrundeliegenden
Haut zu halten. An der anderen, d.h.
-
der freiliegenden Seite der Stützlage oder Stützschicht sind mehrere
voneinander separate temperaturempfindliche, farblich ansprechende Indikatoren angeordnet,
von denen jeder eine Schicht aus eingekapselten flüssigen Kristallen (encapsulated
liquid crystals - häufig abgekürzt als ELC's) aufweist. Jeder dieser Indikatoren
hat ein Farbenänderungsspektrum, welches Temperaturänderungen innerhalb eines unterschiedlichen,
vorherbestimmten Temperaturbereichs entspricht. Einander benachbarte Indikatoren
auf dem Temperaturfühlscheibchen arbeiten vorzugsweise in einander überlappenden
Temperaturbereichen, so daß tatsächlich ein Temperaturfühlscheibchen entsteht, welches
eine kontinuierliche Farbänderung über einen ausgedehnten Temperaturbereich zeigt.
-
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Stützlage kreisförmig
und die Indikatoren an der Oberfläche derselben sind im Abstand voneinander angeordneten
Sektoren um den Mittelpunkt herum angeordnet. Es sind auch andere Gestaltungen verwendbar,
beispielsweise quadratische, rechteckige und dgl.. Die Stützlage ist im wesentlichen
schwarz, und die Sektoren sind durch einen Rand in einer Kontrastfarbe, vorzugsweise
weiß, voneinander getrennt oder im Abstand voneinander gehalten.
-
Bei wieder anderen Ausführungsbeispielen ist das Temperaturfühlscheibchenals
ganzes oder jeder der Indikatoren einzeln mit einem überlagerten, im wesentlichen
transparenten, flexiblen Uberzug bedeckt, beispielsweise mit einem transparenten
Kunststoffilm oder einem klaren Lacküberzug. Zusätzlich oder alternativ kann den
eingekapselten flüssigen Kristallen ein Weichmacher oder ein Befeuchtungsmittel
zugefügt sein,.und/oder ein Grundierüberzug kann an die Stützlage angefügt sein,
um die Bruchfestigkeit und den Widerstand gegen das Auf lösen des Schichtaufbaus
zu fördern.
-
Diese und weitere Ausführungsbeispiele werden nachfolgend näher erläutert.
-
Die flexible Stützlage oder Stützschicht kann eine beliebige dünne
Folie aufweisen, die ohne weiteres an der zugrundeliegenden Haut haftend angebracht
werden kann und sich ohne weiteres der Umrißgestalt der Haut anpaßt. An dieser Stützlage
können die eingekapselten flüssigen Kristalle haften, ohne daß eine Tendenz besteht,
daß sie sich unter normalen Biegebedingungen abtrennen oder den Schichtaufbau auf
lösen. Da die flüssigen Kristalle eingekapselt sind, können stabile Temperaturfühlscheibchen
unter Verwendung polarer sowie nicht-polarer Polymerisate hergestellt werden. Zu
den für den genannten Zweck geeigneten Folien gehören Polyvinylchloridfolien, Polyolefinfolien,
beispielsweise Polyäthylen oder Polypropylen, Polyäthylenterephthalat,Polyvinylidenchlorid-Polyvinylchlorid-Copolymerisat,
Polyurethanfolien, Folien Cellulose, aus regenerierter / Papier, natürliche und
synthetische Textilstoffe und dgl., vorzugsweise aber Polyvinylchlorid.
-
Je nach der Art der gewählten Folie liegt deren Dicke oder Stärke
typischerweise im Bereich von12,7/u bis 381/u (0,5 bis 15 mils) t.B. 25,4 u bis
254/u (1 bis 10 mils), im Fall einer Polyvinylchloridfolie vorzugsweise zwischen
50,8/u und 76,2,u (2 bis 3 mils). Dünne Folien werden bevorzugt, um die Unkosten
zu senken, die Masse zu verkleinern, die Flexibilität und Anpassungsfähigkeit zu
erhöhen und den farblich ansprechenden Indikator so nahe wie möglich an die zugrundeliegende
Hautoberfläche bringen zu können. Es liegt auf der Hand, daß die Masse umso geringer
und die Wärmeisolierung zwischen dem Indikator und der Haut umso schwächer und das
Ansprechen auf die Temperatur umso schneller ist, je dünner die Folie gewählt ist.
Allerdings sollte sie nicht so dünn sein, daß sie nicht mehr die nötige Stärke hat
oder zu der Schwierigkeit der sich einrollenden Ränder führt, die es bei äußerst
dünnen Schichten mit einem Klebstoffüberzug gibt.
-
Die Farbe der Folie ist vorzugsweise schwarz, wenn auch andere Farben
verwendbar sind, z.B. rot, gelb, grün und blau. Die letzteren haben sich jedoch
als weniger geeignet zum Feststellen und Betrachten von Farbänderungen eingeschlossener
flüssiger Kristalle erwiesen als die schwarze Farbe.
-
Der auf die flexible Stützlage aufgebrachte Klebstoff kann ein beliebiger
bekannter druckempfindlicher Klebstoff sein, der die Stützlage über ihre gesamte
Fläche hinweg an der zu überwachenbringt, den Fläche zum Haften/wodurch ein guter
Wärmekontakt erzielt wird.
-
Zum Messen von Hauttemperaturen ist jede Masse geeignet, die akzeptable
klinische Eigenschaften hat und die Temperaturfühlscheibchen
an
der Haut haften läßt. Hierzu'gehören Klebstoffe auf Kautschukbasis und die druckempfindlichen
Acrylatklebstoffe.
-
Eine brauchbare Form eines druckempfindlichen Klebstoffs ist ein reines
gummiartiges Copolymerisat aus Isooctylacrylat und Acrylsäure in-einem Verhältnis
Von 94:6, wie es in der US-Patentschrift 2 884 126 beschrieben ist. Weitere Beispiele
geeigneter Klebstoffe finden sich in den US-Patentschriften 2 877 141, 2 909 278,
3 307 544 und 3 325 459.
-
Die.Menge des Klebstoffs hängt von dem jeweils gewählten Klebstoff,
der Art der Oberfläche, auf die er aufgebracht werden soll, der endgültigen Verwendung
des Temperaturfühlscheibchens und dgl. ab.
-
Dünne überzüge werden bevorzugt, um die Masse zu verringern und die
Wärmeübertragung sowie die Geschwindigkeit des Ansprechens zu fördern. Bei dem zum
Abfühlen der Hauttemperatur bestimmten Ausführungsbeispiel kann die Dicke oder Stärke
des Klebstoffs typischerweise im Bereich von 7,62,u bis 76,2/u (0,3 bis 3 mils),
vorzugsweise zwischen 12,7/u und 25,4Zu (0,5 bis 1 mil) liegen.
-
Der Klebstoff kann auf die Stützlage durch bekannte Verfahren aufgebracht
werden, wozu beispielsweise Ubertragungsverfahren, wie Verwendung einer "Kuß"-Walze
und dgl. gehören. Wenn der Klebstoff aus einem Lösungsmittel heraus ausgebreitet
wird, wird der Klebstoffüberzug getrocknet und wenn nötig gehärtet.
-
Je nach der Art des gewählten Klebstoffs und der Stützlage kann ein
Grutdierstoff auf die Stützlage aufgebracht werden, um die
Klebstoffmasse
zu verankern. Handelt es sich um einen Acrylatklebstoff und eine Stützlage aus Polyvinylchlorid,
kann z.B. ein polymerer Grundierstoff gemäß der US-Patentschrift 2 647 843 verwendet
werden, d.h. ein Butadien-Acrylnitril-Copolymerisat und Styrolbutadienkautschuk
, Im Fall eines Acrylatklebstoffs und einer Stützlage aus Polyurethan ist unter
Umständen kein Grundiermittel nötig.
-
Um den druckempfindlichen Klebstoff vor dem Gebrauch zu überdekken,
kann ein abziehbares Verkleidungsmaterial verwendet werden, z.B. Celluloseacetat,
regenerierte Cellulose (Cellophan), mit Harz überzogene Papiere und dgl.. Diese
und andere Stoffe sind z.B. in der US-Patentschrift 2 703 083 beschrieben. Verschiedene
Ablösemittel, die das Ablösen des Verkleidungsstoffs verbessern, können dem Verkleidungsstoff
zugefügt sein, z.B. Stearatchromchlorid, welches von der Du Pont Company unter dem
Warenzeichen Quilon" vertrieben wird.
-
Die temperaturempfindlichen, durchihre Farbe ansprechenden Indikatoren,
die in der praktischen Anwendung der Erfindung verwendet werden, umfassen flüssige
Kristalle, Cholesterinester, beispielsweise Cholesterylpelargonat , Cholesterylchlorid,
Oleylcholesterylcarbonat und dgl. enthalten und die Eigenschaft haben, ihre Farbe
bei einer Änderung der Temperatur zu ändern. Sie können so "maßgeschneidert" werden,
daß sie z.B. ihre Farbe bei unterschiedlichen Temperaturen im Temperaturbereich
von 20°C bis 2500C ändern. Nähere Information in diesem Zusammenhang findet sich
in der Zeitschrift "Scientific American", 211:76,
August 1964,
Seiten 77 bis 85.
-
Die erfindungsgemäß verwendeten flüssigen Kristalle sind in winzig
kleinen Kapseln z.B. von 10 bis 50,u, typischerweise von 20 bis 30 µ enthalten.
Das Einkapseln führt zu einer längeren Lagerfähigkeit, besserer Reproduzierbarkeit
der Ergebnisse, einer insgesamt verbesserten Stabilität und zu leichterer Handhabung.
Sie sprechen auf Temperaturänderungen innerhalb von ca. 0,1 bis 0,5 sec, z.B. innerhalb
von 0,2 sec an.
-
Eingekapselte flüssige Kristalle, die über eine Reihe von einander
überlappenden Temperaturbereichen hinwegreichen, sind im Handel erhältlich. Dazu
sei beispielsweise auf das"Product Information Bulletin 681"der Fa. The National
Cash Register Company, Dayton, Ohio hingewiesen, in dem sechzehn zur Verfügung stehende
und einander überlappende Temperaturbereiche aufgeführt und wie folgt bestimmt sind:
R-15 (15019 0C) R-31 (31°-35 C) R-17 (170-210C) R-33 (33037°C) R-19 (19°-23°C) R-35
(35°-39°C) R-21 (21°-25°C) R-37 (37°-41°C) R-23 (230-270C) R-39 (390-430C) R-25
(25 0-290C) R-41 ;41°-45°C) R-27 (27°-31°C) R-43 (430-470C) R-29 (29°-33°C) R-45
(45049 OC) Eingekapselte flüssige Kristalle stehen als Aufschlämmung auf Wasserbasis
zur Verfügung, die auf die Stützlage oder Stützschicht mittels bekannter Verfahren
aufgebracht werden kann, z.B. mit einem Lappen, durch Abgabe aus einer Pipette,
durch Aufbürsten
oder Aufmalen, maschinelles Uberziehen unter Verwendung
einer Luftklinge zum Steuern der Dicke der Schicht, Aufsprühe, durch Aufbürsten
mit Luft, unter Verwendung einer Schiene nach Gardner, von Stangen nach Mier und
eines Werkzeugs nach Gravure und dgl.
-
Um sicherzugehen, daß die eingekapselten flüssigen Kristalle fest
und sicher an der Stützlage anhaften und der Auflösung des Schichtaufbaus bei Biegungen
widerstehen, kann ein Grundiermittel aufgebracht und vor dem Aufbringen der eingekapselten
flüssigen Kristalle getrocknet werden.
-
Die Notwendigkeit für einen Grundierstoff und die Art des zu wählenden
Grundierstoffs hängen teilweise von der Art der Stütz lage ab. Wenn z.B. eine Polyvinylchloridfolie
als Stützlage Verwendung findet, so kann der Grundierstoff eine kolloidale, wäßrige
Suspension einzelner kugelförmiger Teilchen aus Butadienacrylnitril-Amerikakautschuk
aufweisen. Eine zweckmäßige Form dieser Suspension wird als Hycar 1571 Latex von
der B.F. Goodrich Chemical Company vertrieben. Weitere zweckmäßige Grundierstoffe
sind die oben genannten Grundierstoffe gemäß US-Patent 2 647 843.
-
Das Grundiermittel kann in Menaen von beispielsweise 5,67 4 bis 28,35
g/o,8361 qm (o,2 bis 1 oz/sq.yd) typischerweise von ca. 19,8 g/o,8361 qm (o,7 oz/sq.yd)
im Fall 11 von Hycar 1571 aufgebracht werden. Es sind bekannte Aufbrinqungsverfahren
anwendbar, z.B. Verfahren unter Verwendung eines Lappens, Reversierwalzverfahren,
Überziehverfahren mit einer Luftklinge, Verfahren mit einer Stange oder Rolle nach
Meir und dergleichen.
-
Um jede Tendenz auszuschalten, daß sich die Schicht aus eingegekapselten
flüssigen Kristallen ablöst, abtrennt oder rissig wird~, kann in die Aufschlänmung
der eingekanselten flüssigen Kristalle bei ihrem Aufbringen auf die Stützlage ein
Weichmacher oder ein Befeuchtungsmittel eingegeben werden. Es sind dem Fachmann
bekannte Weichmacher verwendbar, z.B. Glyzerin, Propylenglykolund dgl. Zufriedenstellende
Ergebnisse wurden z.B. erzielt, wenn o,o8 ml Glyzerin einer Aufschlämmung von 6
ml eingekapselten flüssigen Kristallen und 3 ml destillierten Wassers zugemischt
wurden. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen wurden mit Glyzerin plastifizierte,
eingekapselte flüssige Kristalle erfolgreich an schwarzem Papier befestigt (i)exter
X-1574-loo1hergestelltvon der Firma C.H. Dexter & Sons), und zwar sowohl unter
Verwendung von Hycar 1571>Latex als Grundiermittel als auch ohne jegliches Grundiermittel.
-
Bei einer Alternativausführung kann die Schicht aus eingekapselten
flüssigen Kristallen mit einer überlagerten, im wesentlichen transparenten, flexiblen
Deckschicht, beispielsweise mit einem
transparenten Film oder einem
klaren Lacküberzug überdeckt sein.
-
Dieser transparente, flexible Überzug kann beispielsweise die Form
eines dünnen Polyäthylen-oder Cellophanüberzuges haben, der mit bekannten Klebstoffen'oder
anderen Befestigungstechniken, beispielsweise durch Wärmeschweißen, haftend angebracht
ist.
-
Der klare Lacküberzug kann einen bekannten dünnen Snrühüberzu eines
klaren Lackes aufweisen, der gerenüberEIaarrißbildungen an der Oberfläche beständig
ist, wenn er Biegungen ausgesetzt wird, wie der von der Firma W.T. Grant & Co.
vertriebene Grant'sClear Laquer Nr. 44594. Die Uberzüge schützen die Schicht aus
eingekapselten flüssigenKristallen vor einer Staubablagerung und vor dem Verkratzen,
wirken als mechanische Dichtung für das Grundiermittel und die Schichten aus eingekapselten
flüssigen Kristallen, verriegeln diese mit der flexiblen Stützlage und wirken als
Barriere gegen zu starke Feuchtiqkeitsverluste aus der Schicht mit eingekapselten
flüssigen Kristallen, wodurch deren Bruchfestigkeit und Widerstand gegen eine Auflösung
des Schichtaufbaues beibehalten bleiben.
-
Die Erfindung wird nachfolaend mit vorteilhaften Einzelheiten anhand
von schematischen Zeichnungen bestimmter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
-
Fig. i ist ein Diagramm eines typischen Verhältnisses zwischen Temperatur
und Farbe für einen Bereich von handelsüblichen eingekapselten flüssigen Kristallen;
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Temperaturfühlscheibchens
gemäß
der Erfindunq, welches kreisförmig gestaltet ist und drei separate Indikatoren für
einander- überlappende Temperaturbereiche aufweist, die sektorförmig um den Mittelpunkt
angeordnet sind; Fig. 3 ist ein stark vergrößerter Teilschnitt längs der Linie 3
- 3 in Fig. 2; Fig. 4 ist eine Teilansicht einer typischen Vergleichstajbelle für
Temperatur und Farbe, die zum Bestimmen aer beobachteten Farbdarstellung verwendbar
ist, wenn Temperaturfühlscheibchen gemäß Fig. 2 verwendet werden; Fig. 5 zeigt ein
anderes Ausführungsbeispiel, bei dem die~eingegekapselten flüssigen Kristalle in
sechzehn Sektoren auf dem Temperaturfühischeibchen angeordnet und so zusammengesetzt
sind, daß sie eine unmittelbare Temperaturanzeine geben, da jeder Sektor bei einer
Temperaturänderung die Farbe ändert.
-
In Fig. 1 ist die Temperatur der Schicht aus eingekapselten flüssigen
Kristallen in Celsiusgraden gegenüber der theoretischen Wellenlänge reflektierten
Lichts und der resultierenden Farbe desselben, wie sie von einem Beobachter gesehen
wird, eingetragen. Dies Verhältnis trifft zu für handelsübliche eingekapselte flüssige
Kristalle, die als R-33 bezeichnet sind und von der National Cash Register Company,
Dayton, Ohio hergestellt werden. Der eingetragene Bereich reicht von 330C bis 370C.
Unterhalb 330C ist die beobachtete Farbe schwarz bei einer Betrachtung in
weißem
Licht. Wenn die Temperatur über den Bereich von 330C bis 370C ansteiqt, ändert sich
die beobachtete Farbe theoretisch .allmählich von schwarz nach rot nach gelb nach
grün nach blau und wieder nach schwarz.
-
Die änderungen werden als theoretisch bezeichnet, weil es schwer ist,
die roten und gelben Farbtöne zu sehen. Schwarz ist leicht zu sehen, grün ist ziemlich
deutlich, und blau ist klar sichtbar. Zwischenfarben zwischen blau und grün sind
ebenfalls ziemlich deutlich erkennbar. Obwohl also ein einziger Indikator mit eingekapselten
flüssigen Kristallen theoretisch einen Temperaturfühlbereich on 4 0C (über70 F)
hat, wie oben und in der vorausgegangenen Tabelle dieser Beschreibung gezeigt, liegt
der wirksame Bereich meistens doch bei nicht mehr als 20 ( 3,60 F).
-
Für die meisten Zwecke ist ein weiterer Bereich nötig, z.B. mindestens
über 60C (llOF) bei Verwendung zum Messen von Hautttemperaturen. Der begrenzte Bereich
wird von der Erfindung in zufriedenstellender Weise erfüllt, wie sich aus der nachfolgenden
ins einzelne gehendenBeschreibunq und den angeaebenenen Daten ergibt.
-
Wegen der oben qenannten Schwierigkeit, gewisse Farben festzustellen,
und da die Wellenlänge und Farbe reflektierten Lichts teilweise eine Funktion der
Wellenlänge und Farbe des einfallenden Lichts ist, wurden Tests vorgenommen, bei
denen die Farbe des einfallenden Lichts gegenüber dem normalerweise verwendeten
üblichen "weißen" Licht verändert wurde, wobei das "weiße" Licht das von einer nichtgefilterten
Glühlichtquelle erzeugte Licht ist.
-
Die Farben wurden dadurch erzielt, daß nacheinander blaue, grüne,
gelbe und rote Cellophanfolien vor eine "weiße" Glühlichtquelle gebracht wurden
Die Auswirkungen der Farbfilter auf die beobachteten Farben des reflektierten Lichts
der Temperaturfühlscheibchen mit eingekapselten flüssigen Kristallen im Vergleich
zu den beobachteten Farben unter Verwendung "weißen" Lichts waren wie folgt: Filterfarbe
Festgestellte Farben von den einqekapselten flüssigen Kristallen im Vergleich zu
11weißem" Licht Blau Blau, Grün kräftiger; Rot, Gelb vergleichbar Grün Grün kräftiger;
Rot vergleichbar, Blau weniger kräftig Gelb Grün kräftiger; Gelb viel kräftiger;
Blau und Rot weniger kräftig Rot Rot blasser, Blau, Grün, Gelb kann nicht gesehen
werden.
-
Die obigen Angaben zeigen, daß blaues, grünes oder gelbes Licht Vorteile
beim Betrachten aegenüber dem üblichen 'weißen" Licht bieten kann, und daß rot viel
schlechtere Ergebnisse bringt.
-
Für den Fachmann ist ersichtlich, daß die Verwendung verschiedener
"farbiger" Lichtquellen die Anwendungsmöglichkeit der Erfindung erweitert. Z.B.
zeigt Fig. 1, daß die Fähigkeit, gelb festzustellen, wenn ein gelbes einfallendes
Licht verwendet wird, eine äußerst ewpc.peraturanzeige liefert, findliche / da ja
das gelbe Band nur ein sehr schmales Temperaturband überdeckt. Ein solches Verhältnis
könnte beim Aufbau
der Vorrichtung gemäß der Erfindung, wie sie
in Fis. 5 gezeigt ist, nützlich sein, wie nachfolqend näher-erläutert.
-
Bei dem in Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das kreisförmige
Temperaturfühlscheibchen lo, das typischerweise einen Durchmesser von 19,05 mm bis
25,4 mm (3/4 bis 1 Zoll) haben kann, wobei die Größe eine Frage der Unkosten, der
Zweckmäßigkeit und endgültigen Verwendung ist,eine flexible Stützlage oder Stützschicht
12 auf, z.B. eine Folie aus schwarzem Polyvinychlorid in einer Stärke von 50,8 µ
bis 76,2/u <2 bis 3 mils),die an einer Seite einen druckempfindlichen Klebstoff
14 und an der entgegengesetzten Seite drei sektorförmige temperaturempfindliche,
farblich ansprechende Indikatoren 16, 18 und~20 trägt. Bei diesem AusfUhrungsbeispiel
sind-die Indikatoren an der Stützlänge 12 mittels einer Grundierschicht 22, z.B.
dem oben genannten Hycar 1571, fest angebracht. Wahlweise sind'die Indikatoren 16,
18und2odurch eine überlagerte Deckschicht 24 geschützt, z.B. durch einen dUnnen
Film aus transparentem Polyäthylen o.dgl. oder einem Sprühüberzug eines klaren Lackes.
-
Der Indikator kann eine Schicht der oben genannten einnekapselten
flüssigen Kristalle, die als R-29 bezeichnet sind, aufweisen, welche einen theoretischen
Temperaturbereich von 290C bis 330C'belegen. In ähnlicher Weise kar!n der Indikator
18 als R-31 bezeichnete eingekapselte flüssige Kristalle enthalten, die einen theoretischen
Temperaturbereich von 31.0C bis 350 belegen.
-
Ehenso kann der Indikator 20 als R-33 bezeichnete eingekapselte flüssige
Kristalle aufweisen, die einen theoretischen Temperaturbereich von 330C bis 370C
belegen. Die mit R-29-, R-31 und R-33 bezeichneten eingekapselten flüssigen Kristalle
eisen Gemische der ChoLesterinester, wie Cholesterylpelargonat, Cholesterylchlorid
und Oleylcholesteryiicarbonat, auf.
-
Die drei Indikatoren sind voneinander getrennt oder im Abstand voneinander
gehalten durch einen Rand 26 in kontrastierender Färbe, vorzugsweise weiß. Der Rand
26 kann auf die Stützlage aufgedruckt oder aufgemalt sein oder kann aus Papier oder
dünnem Kunststoff einschließlich Polyvinylchlorid o.dgl. bestehen, welches durch
bekannte Verfahren mit der zugrundeliegenden Polyvinylchloridfolie 12 verklebt ist.
Um die Indikatoren 16, 18 und 20 ohne weiteres unterscheidbar zu machen, kann ein
beliebiges Identifikationsmittel verwendet sein, beispielsweise das hier gezeigte
Punktsystem mit einem, zwei und drei Punkten; Die Punkte können den Indikatoren
überlagert sein, wie in der Zeichnung dargestellt, können aber auch auf einem angrenzendem
ringförmigen Rand angeordnet oder anderweitig zweckmäßig vorgesehen sein.
-
Der druckempfindliche Klebstoff 14 kann, wenn das auch in Fig.
-
3 nicht-gezeiat ist, an der Stützlae 12 mittels eines Grundierüberzuges
haften. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der Grundierüberzug 22 oder die Deckschicht
24fehlen. Im zuletzt genannten Fall sollte die Schicht 20 aus eingekabselten flüssigen
Kristallen einen Weichmacher oder ein Befeuchtungsmittel enthalten,
z.B.
Glyzerin, um ein Austrocknen und die dadurch verursachte Gefahr des Trennens der
Schichten zu vermeiden.
-
Das Bestimmen der Farbdarstellung auf dem Temperaturffihlscheibchen
lo kann durch die Verwendung einer Farbvergleichstabelle 28' gemäß Fig. 4 erleichtert
werden. Die Tabelle 28 zeigt, was ein Betrachter bei jeder der anqegebenen Temperaturen
zu sehen erwartet, wenn er das der jeweils angegebenen Temperatur zuseordnete Scheibchen
ansieht. Die Identifizierungspunkte sind zur zweckmäßigen Bezugnahme außerhalb des
Umfanges der Scheibchen angeordnet. Eine solche Tabelle kann beispielsweise dadurch
hergestellt werden, daß ein typisches Temperaturfühlscheibchen einem in seiner Temperatur
sorqfältig gesteuerten Bad ausgesetzt wird. Die bei einer Anzahl von Temperaturerhöhungen
festgestellte Farbdaxstellung wird dann in der Tabellenform reproduziert, wie bei
29A, 29B usw. in Fig. 4 gezeigt.
-
Die Verwendung von Sektoren für das Temperaturfühlscheibchen gemäß
der Erfindung hat den Vorteil; daß'jeder der separaten In-Indikatoren einen Bereich
in der Nähe der Mitte hat. Dadurch kann tatsächlich der ganze Bereich der Indikatoren
die Temperatur in der Nähe der Mitte, d.h. im wesentlichen an einem Punkt ablesen.
-
In Fig. 5 ist ein anderes Ausführunasbeispiel der Erfindung gezeigt,
bei dem sechzehn separate Indikatoren 40 in Sektoren um die Mitte 42 eines Scheibchens
44 herum angeordnet sind. Jeder der Indikatoren 40 ist von den benachbarten Indikatoren
durch radiale Abstandselemente 46 getrennt, die vorzugsweise von weisser
Farbe
sind. Ferner ist ein ringförmiger Rand 48 vorgesehen, auf den die Temperaturindizes
aufgedruckt sein können. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 sind diese Indizes
in Zuwachsraten von je einem Grad Fahrenheit angegeben.
-
Die Indikatoren 40 des Temperaturfühlscheibchens 44 sind so gewählt,
daß die leuchtendste oder am leichtesten wahrnehmbare Farbe bei der bestimmten,
in dem jeweiligen Sektor gezeigten Temperatur dominiert. Diese Färbe würde also
im Uhrzeigersinn nacheinander bei ansteigender Temperatur erscDainen. Zum Zweck
des Vergleichs könnte der mittlere Abschnitt 42 die Farbe zeigen, die auftritt,
wenn die angeqebene Temperatur nacheinander in jedem der aufeinanderfolgenden Sektoren
erreicht wird.
-
Wie oben erwähnt, könnte dieses Ausführungsbeispiel auch mit "farbigem"
einfallendem Licht'verwendet werden, um die sich daraus ergebenden Vorteile der
erhöhten Empfindlichkeit zu nutzen.
-
Beispielsweise könnte eine gelbe Lichtquelle verwendet und die eingekapselten
flüssigen Kristalle jedes Sektors so gewählt werden, daß sie gelbes Licht bei jeder
der angezeigten Temperaturen reflektieren.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Beispiele noch weiter
erläutert.
-
Beispiel 1 Temperaturfühlscheibchen mit drei Sektoren ähnlich Fig.
2, die jedoch einen ringförmigen Rand ähnlich Fig. 5 haben, werden in folgender
Weise hergestellt: 1. Es wird ein schwarzes Polyvinylchloridband mit einem druckempfindlichen
Klebstoff an einer Seite vorgesehen; 2. Die klebstofffreie Seite wird mit Äthanol
gereinigt und luftgetrocknet; 3. Ein 31,75 mm (1 1/4 Zoll) breites AbAeckp mit 22,23
mm (7/8 Zoll)
mit dem gewünschten drei Sektoren aufweisenden Gittermuster, bei dem der Abstand
zwischen den Mittelpunkten 38,1 mm (1 1/2 Zoll) beträgt, wird auf die klebstofffreie
Oberfläche aufgebracht; 4. Ein Grundiermittel auf Latexbasis wird auf jeden der
drei freiliegenden Sektoren mit einem Baumwollappen aufgetragen und 30 Minuten lang
an der Luft bei Zimmertemperatur getrocknet, gefolgt von einem 5 Minuten langen
Brennvorgang bei 71,10C (1600F); 5. Eine verdünnte Suspension aus eingekapselten
flüssigen Kristallen (2 Volumenanteile flüssige Kristalle zuxl Volumenanteil Wasser)
wird dann mit einem Lappen auf jeden der Sektoren aufgetragen, wobei zur Vermeidung
eines gegenseitigen Vermischens zwischen den aufeinanderfolgenden Auftragungen eine
zweistündige Lufttrocknungsperiode liegt. Die eingekapselten flüssigen Kristalle
in den drei Sektoren sind die oben mit R-29, R-31 bzw. R-33 bezeichneten Kristalle;
6.
Zwei überzüge eines klaren Lacks werden-auf die mit den eingekapselten flüssigen
Kristallen beschichteten Sektoren und abyedeckten Flächen aufgesprüht, wobei zwischen
jedem Sprühvorgang 10 minütige Intervalle liegen. Anschließend läßt man die überzüge
bei Zimmertemperatur an der Luft trocknen; 7. Scheibchen mit einem Durchmesser von
28,58 mm mit dem in drei Sektoren aufgeteilten Überzug aus eingekapselten flüssigen
Kristallen, dessen Durchmesser 22,23 mm (7/8 Zoll) beträgt, werden aus dem Band
ausgeschnitten und bilden die auf die Haut aufzulegenden Scheibchen oder Flecken
mit den oben beschriebenen Merkmalen.
-
Mit den auf diese Weise hergestellten Temperaturfühlscheibchen wurde
eine Reihe von Untersuchungen vorgenommen. Diese Scheibchen wurden auf eine erwärmte
Oberfläche aufgelegt und Farbbeobachtungen unter Verwendung eines "weißen einfallenden
Lichts wurden bei schrittweisem Temperaturanstieg um jeweils 0,50C von 29°C bis
380C vorgenommen. Die dabei für eines der Scheibchen festgestellten Daten gehen
aus der folgenden Tabelle hervor:
Beobachtete Farbe jedes Sektors
des Scheibchens Badtemperatur, °C R-29 R-31 R-33 unter 29 schwarz schwarz schwarz
29,0 gelb " 29,5 grün " " 30,0 " " " 30,5 " " " 31,0 blau " II 31,5 " grün 32,0
" 1, "II 32,5 " blaugrün Ii 33,0 II grün II 33,5 " blau 34,0 blauschwarz 1 34,5
schwarz " " 35,0 blau II rot 35,5 II I1 grün 36,0 11 " " 36,5 schwarz blauschwarz
1I 37,0 " schwarz blaugrün 37,5 " blau schwarz 38,0 blauschwarz blauschwarz blau
Mit drei ähnlichen Scheibchen wurden im wesentlichen die gleichen Daten erzielt.
Diese lassen sich beispielsweise für die Herstellung einer Farbvergleichstabelle
28 gemäß Fig. 4 verwenden.
-
Beispiel 2 In drei Sektoren unterteilte Scheibchen ähnlich Fig. 2
werden im wesentlichen so hergestellt, wie im Beispiel 1 beschrieben, außer daß
die Sprühüberzüge mit klarem Lack fehlen. Dies verringert die Möglichkeit, daß sich
an der Oberfläche Haarrisse bilden, wenn
die Scheibchen wiederholt
Biegungen ausgesetzt werden; allerdings könnte das das Austrocknen des Uberzugs
der eingekapselten flüssigen Kristalle ungebührlich beschleunigen. Um ein unverhåltnismäßig
starkes Aus trocknen und die mögliche Schichtabtrennung des Überzugs aus eingekapselten
flüssigen Kristallen zu verhindern, wird der Aufschlämmung der eingekapselten flüssigen
Kristalle ein Befeuchtungsmittel oder Weichmacher in Form von Glyzerin vor dem Aufbringen
auf die mit einem Grundiermittel versehene Polyvinylchloridstützlage zugefügt. Nach
250 vollständigen Durchbiegungen um 360°g zeigt dieses Beispiel keinerlei Tendenz
einer Auflösung des Schichtaufbaus oder der Bildung von Rissen. Das Ansprechen in
der Farbe auf die Temperatur ist im wesentlich genauso wie beim Beispiel 1.
-
Weitere Tests zeigen auch, daß das beim Beispiel 1 angewandte Verfahren
etwas vereinfacht werden kann. Die 5 Minuten lange wenn zeit bei 71,10C (1600F)
gemäß dem vierten Verfahrensschritt kann weggelassen werden, ohne daß dadurch das
Anhaften des Grundiermittels an der Stützlage oder der Schicht aus eingekapselten
flüssigen Kristallen am Grundiermittel beeinträchtigt wird. Die Aufschlämmungen
aus eingekapselten flüssigen Kristallen können auch auf jeden der Sektoren mittels
einer Pipette anstelle eines Baumwollappens aufgetragen werden. Dabei ergibt sich
eine gleichmässigere Suspension.
-
Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß das zugrundeliegende
Problem mit der Erfindung zelöst wird. Das Temperaturfühlscheibchen
paßt
sich der Umrißgestalt der Haut an und liefert guten Wärmekontakt. Es reicht über
einen weiten Temperaturbereich hinweg und spricht wegen seiner insgesamt geringen
thermischen Masse äußerst schnell an. Es ist sehr stabil beim Abtasten der Temperatur
und auch sonst mechanisch in Ordnung.
-
Ansprüche