DE2346408A1

DE2346408A1 - Fahnengekuehlter temperaturfuehler unter verwendung von fluessigen kristallen

Info

Publication number: DE2346408A1
Application number: DE19732346408
Authority: DE
Inventors: Robert Parker
Original assignee: PARKER RESEARCH ROBERT
Current assignee: PARKER RESEARCH ROBERT
Priority date: 1972-09-18
Filing date: 1973-09-14
Publication date: 1974-04-11
Also published as: US3827301A; FR2200516B3; JPS4994385A; GB1447092A; FR2200516A1; IT997557B

Description

PATENTANWÄLTE DIPL.-INS. R. SPLANEMANN dipl-chem. dr. B. REITZNER - dipl.-ing. J. RICHTER

MÜNCHEN HAMBURG

2346AÜ8

8OOO

Bobert Parker Eesearcli, Ine· Telefon loenj 220207/2. 209

Telegramme: Invenfius Mönchen

2078 Research Drive
Livermore , Kalif. (V.St.A.)

Unsere Akte= 4219 -I- 8428

Ihr Zeichen:

Patentanmeldung

Fahnengekühlter Temp era turf ühl er unter Verwendung von flüssigen Kristallen

Die Erfindung betrifft fahnengekuh.lte Temperaturfühler unter Verwendung von flüssigen Kristallen, um die Temperatur einer Oberfläche oder einer Wärmequelle unter Verwendung einer einzigen Zusammensetzung aus flüssigen Kristallen, welche sich in unterschiedlichen Abständen von der Oberfläche befindet, anzuzeigen.

Zum Erhitzen verwendete Geräte oder Apparaturen sind gefährlich, da es häufig aus dem Betrachten der Geräte oder Apparaturen nicht ersichtlich ist, ob diese heiß oder kalt sind. Daher besteht die dauernde Gefahr, daß irgendwelche Personen die Geräte oder Apparaturen, während diese Geräte oder Apparaturen eingeschaltet sind oder eine kurze Zeitspanne danach, berühren und sich verbrennen, oder das Gerät oder die Apparatur kann in Berührung mit einem durch Wärme zerstörbaren Material belassen werden, wodurch die Oberfläche des Materials zerstört oder verdorben wird. Obwohl man eine Anzahl von erhältlichen Warneinrichtungen verwenden kann, sind diese Einrichtungen meistens

/.09515/0287

teuer und unwirtschaftlich. Daher erforderte die Verwendung eines Gerätes oder einer Apparatur äußerste Vorsicht.

Ferner besteht häufig die Notwendigkeit festzustellen, ob eine Leitung heiß oder kalt ist, um festzustellen, ob ein System arbeitet, ob die Leitung ersetzt werden kann usw. Obwohl Thermoelemente eingesetzt und genaue Bestimmungen der Temperatur der Leitung durchgeführt werden können, ist es in vielen Fällen wünschenswert, ein billiges Verfahren für die fortlaufende Überwachung der Temperatur der Leitung oder eine bewegliche, dauerhafte und schnell arbeitende Einrichtung für eine Temperaturbestimmung zu besitzen.

/die Verwendung von auf Temperatur ansprechendem Material in Form von flüssigen Kristallen für Temperaturmeßzwecke wird auf die britische Patentschrift 1 1J8 590 und die US-Patentschrift 3 440 882 verwiesen. Auf Temperatur ansprechende , flüssige Kristalle sind im Handel erhältlich, z. B. von Liquid Crystal Industries, Turtle Creek, Pennsylvania und Hoffman-LaEoclie, Nutley, New Jersey.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer einfachen Wärmeanzeigevorrichtung unter Verwendung von flüssigen Kristallen·

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Oberfläche besitzt eine erste und eine zweite Wärmeaustauscheinrichtung, wobei sich die beiden Wärmeaustauscheinrichtungen in wärmeaustauschender Anordnung befinden und die erste Wärmeaustauscheinrichtung im Vergleich zu der zweiten Wäraeaustauscheinrichtung klein ist. Die erste Wärmeaustauscheinrichtung dient für den Wärmeaustausch mit der Oberfläche, deren Temperatur festgestellt werden soll. Die zweite Wärmeaustausch» einrichtung dient für den Wärmeaustausch mit der Umgebung durch Konvektion oder Strahlung.

409815/0287

Wenigstens ein Teil der zweiten Wärmeaustauseheinrichtung ist mit einem Band einer Zusammensetzling aus flüssigen Kristallen beschichtet ,wobei sich das Band von der ersten Wärmeaustauscheinrichtung weg erstreckt, so daß die Zusammensetzung aus flüssigen Kristallen in unterschiedlichen Abständen von der Oberfläche vorliegt. Durch geeignete Auswahl von Materialien in Beziehung zu den Temperaturen, welche angetroffen werden sollen, kann der Abstand von der ersten Wärmeaustauscheinrichtung, bei welchem die Zusammensetzung aus flüssigen Kristallen ihren Übergang erfährt, ein Maß der Temperatur der gemessenen Oberfläche sein.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert} in der Zeichnung sind:

Fig. 1 ist eine Aufsicht eines Wärmeanzeigeständers für ein Holzeinbrennwerkzeug}

Fig. 2 ist eine Vorderansicht einer Wärmeanzeigescheibe, die auf einem Holzeinbrennwerkzeug montiert ist;

Fig. 3 ist eine Seitenansicht einer Wärmeanzeigescheibe, die auf einem Holzeinbrennwerkzeug montiert ist}

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer auf einer Leitungsklemme montierten Wärmeanzeigeplatte}

Fig. 5 ist eine auseinandergezogene Seitenansicht der in Fig. dargestellten Scheibe.

Im folgenden werden spezifische Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen näher erläutert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt eine Wärmeanzeigevorrichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Oberfläche durch Inbeziehungsetzen der Temperatur der Oberfläche zu dem

A09815/0287

23464Ü8

Temperaturgradienten längs eines Elementes, üblicherweise eines thermischen Nichtleiters. Hierbei ist ein Teil vorgesehen, welches beim Kontakt mit der Oberfläche einen Temperaturgradienten besitzt und das sich von der Oberfläche weg erstreckt. Ein kontinuierliches oder diskontinuierliches Band einer Zusammensetzung von flüssigen Kristallen, im folgenden Flüssigkristallmasse genannt, ist in Eontakt mit diesem Teil angeordnet, so daß es sich von dem Abschnitt des Teiles,, das. mit der Oberfläche in Kontakt steht, weg erstreckt. Bas Band erstreckt sich über einen ausreichenden Abstand» so daß bei einer gewissen Temperatur der Wärmequelle ein Temperaturgradient aufgebaut wird, bei welchem Abschnitte des Bandes oberhalb, unterhalb und zwischen den oberen und unteren Übergangstemperaturen der Flüssigkristallmasse liegen. Durch geeignete Auswahl der Flüssigkristallmasse und der für das Teil verwendeten Materialien» liefert der Abstand von der Oberfläche, bei welcher die Flüssigkristallmasse ihren Übergang erleidet, eine Anzeige für die Temperatur der Oberfläche.

Bei der Herstellung der Torrichtung wird normalerweise eine Folie oder Tafel aus einem flexiblen oder starrem Material verwendet. Das Material kann wärmeleitend oder relativ nicht wärmeleitend sein, obwohl ein perfekter Isolator nicht verwendet werden kann. Das Material wird so ausgewählt, daß ein vernünftiger Temperaturgradient . für einen gewünschten Abstand in einer sich von einem gewissen Punkt oder einer gewissen Fläche erstreckenden Richtung aufgebaut wird. Normalerweise wird eine relativ dünne Folie bzw. eine dünne Tafel verwendet, welche jedoch eine ausreichende Festigkeit besitzt, um ihre Form beizubehalten. Normalerweise besitzt die Folie bzw. Tafel eine Stärke von etwa 0,4- mm (1/64-¹¹) bis 6,35 mm· (1/4-"), vorzugsweise von 0,8 mm (1/32") bis 1,6 mm (1/16").

Es können verschiedene Materialien verwendet werden, z. B. Kunststoffe, Metalle, Metallegierungen, keramische Materialien,

409815/0287

23A6408

Cermets usw. ITormalerweise wird ein um so weniger wärmeleitendes Material als Grundlage verwendet, je höher die an der Oberfläche auftretende Temperatur ist. Obwohl üblicherweise ein einziges Material für die beiden Wärmeaustauschteile verwendet wird, kann es in manchen fällen vorteilhaft .sein, zwei verschiedene Materialien au verwenden, z. B. ein weiches, wärmeleitendes Material zur Schaffung eines guten Wärmeaustausches mit der Oberfläche und ein .starres, relativ nicht leitendes Material, das mit der Uj&gebung zusammenwirkt.

Die erf indungsgemäße ¥ärffleanzeigevorrichtung kann als in zwei Teile zerfallend betrachtet werden. Der erste Teil dient für den Wärmeaustausch mit dem Gerät, der Apparatur, der Leitung usw.. Die Temperatur der Oberfläche kann durch direkten oder indirekten Kontakt mit der Oberfläche gemessen werden. Dies bedeutet, daß der erste Abschnitt mit dem Gerät bzw. der Apparatur usw. in Eontakt gebracht werden kann, oder daß Einrichtungen vorgesehen werden können, um Wärme von der zu messenden Oberfläche zu überführen, und daß die Oberfläche des Wärmeaustauscheranteiles der Wärmeanzeigevorrichtung mit dieser Einrichtung in Kontakt gebracht wird. Solche Einrichtungen können Kupferdrähte, Wärmerohre, IPasern usw. sein. Wärmerohre sind in der US-Patentschrift 3 229 759 beschrieben. Der wesentliche Faktor ist, daß der wärmeaustauschende Oberflächenabschnitt der Wärmeanzeigevorrichtung einen wirksamen, d. h. zweckentsprechenden Übergang von Wärme von der zu messenden Oberfläche zu der Wärmeanzeigevorrichtung liefert.

Der zweite Abschnitt der Wärmeanzeigevorrichtung oder der Umgebungsaustauseher steht in wärmeaustauschender Beziehung mit dem ersten Abschnitt. Normalerweise ist der zweite Abschnitt sowohl hinsichtlich seines Volumens als auch seiner Oberfläche groß im Vergleich zu dem ersten Abschnitt. Tatsächlich dient der zweite Abschnitt als Fahne oder Rippe, welche mit der Umgebung

Ä0981S/0287

in Wechselwirkung tritt und hierdurch gekühlt wird. Auf diese Weise liegt ein Temperaturgradient vor, der sich von der Kontaktstelle mit dem ersten Abschnitt von diesem ersten Abschnitt weg erstreckt. Der erste Abschnitt muß lediglich eine Oberfläche einer Platte sein, z. B. eine äußere Kante, wobei der zweite Abschnitt der restliche Teil der Platte ist.

Auf dem zweiten Abschnitt ist in wärmeaustauschender Beziehung hierzu eine Flüssigkristallmasse angebracht, welche sich in wenigstens einer Richtung von dem ersten Abschnitt weg erstreckt. Daher spricht die Flüssigkristallmasse auf den Wärme gradient en in dem zweiten Abschnitt an. Wenn die Temperatur an der Oberfläche der Wärmequelle ansteigt oder abnimmt, verändert sich der Temperaturgradient in dem zweiten Abschnitt mit dem Abstand von dem ersten Abschnitt. Die Stellung, "in welcher die Übergangstemperatur für die Flüssigkristallmasse auftritt, steht in direkter Beziehung zu dem Temperaturgradienten des zweiten Abschnittes. So erfährt bei einer Flüssigkristallmasse, die eine Übergangstemperatur wesentlich oberhalb Zimmertemperatur besitzt, beim Anstieg der Temperatur der Oberfläche die Flüssigkristallmasse ihre untere Umwandlung immer weiter von der Oberfläche entfernt. Daher liegt in einiger Entfernung von dem ersten Abschnitt ein sichtbares Band vor, wo die Temperatur dieses Teiles des Temperaturgradienten zwischen der oberen und der unteren Übergangstemperatur der Flüssigkristallmasse liegt. Zwischen dem sichtbaren Band und der Wärmequelle liegt die Temperatur oberhalb der oberen Übergangstemperatur der Flüssigkristallmasse. Auf der von der Wärmequelle wegliegenden Seite des Bandes ist die Temperatur unterhalb der unteren Übergangstemperatur der Flüssigkristallmasse.

Die Umwandlung der Flüssigkristallmasse zeichnet sich dadurch aus, daß sie von einer transparenten Form zu einer sichtbaren

409815/0287

Form übergeht;, die eine Anzahl von Farbänderungen erfährt, "bis sie einen zweiten Übergang erleidet, und zur transparenten Form zurückkehrt. Daher kann mit einer einzigen Flüssigkristallmasse, welche sich von der Oberfläche oder der Wärmequelle wegerstreckt, ein Farbabschnitt in einem gewissen Abstand von der Wärmequelle erhalten werden, der die Temperatur der Wärmequelle anzeigt. Natürlich liefert der Farbabschnitt lediglich ein anziehendes und ästhetisch schönes Aussehen, ist jedoch für die Anwendung der Erfindung nicht erforderlich. Das einzige Erfordernis besteht darin, daß die Flüssigkristallmasse beim tlbergang eine Veränderung von der transparenten Form zu einer sichtbaren Form erfährt.

Die Flüssigkristallmasse kann, als Band auf den zweiten Abschnitt

kann

aufgetragen werden, oder sie/direkt je nach Wunsch auf dem zweiten Abschnitt ausgebildet werden. Die Art und Weise der Ausbildung der Flüssigkristallmasse als Band zur Messung der Temperatur wird im folgenden näher erläutert.

Wie bereits beschrieben,' kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bei einer großen Anzahl von Apparaturen, Geräten, Leitungen und ähnlichen Einrichtungen undin einem großen Bereich von Umgebungen verwendet werden. Bei den meisten Anwendungen muß ein wesentlicher Unterschied zwischen Umgebungstemperatur und der Temperatur der zu messenden Oberfläche vorhanden sein. Es gibt kein besonderes Erfordernis für die Gestalt, Größe oder den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Diese Vorrichtung muß lediglich in bezug auf die Umgebung, in welcher sie arbeiten soll, ausgelegt werden. Die Vorrichtung kann die Form einer Scheibe, Platte, Stange, eines Rohres usw. aufweisen. In Abhängigkeit von der gewünschten Genauigkeit der Temperaturbestimmung kann die Leistungsfähigkeit des Wärmeaustausches in starkem Maße variiert werden.

A09815/0287

Für quantitative Temperaturbestimmungen ist es vorteilhaft, daß die Konvektionsströme auf ein Minimum herabgesetzt werden. Die Wärme kann dann anstelle durch. Konvektion durch Strahlung verteilt werden. Der zweite Abschnitt kann vor Luftströmungen durch verschiedene Isolationseinrichtungen geschützt werden, z. B. durch einen transparenten Überzug eines isolierenden Materials, ein evakuiertes Gehäuse usw..

Für ein besseres Verständnis der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird im folgenden die Zeichnung näher erläutert. In der Fig. 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, die einenStänder für ein über einen elektrischen Widerstand aufgeheiztes Werkzeug 12, das teilweise in der Fig· 3 gezeigt ist, darstellt. Solche Werkzeuge sind z. B. Holzeinbrennwerkzeuge, Lötkolben usw.. Der Ständer 10 besitzt eine öffnung 14 mit einer inneren, gezackten Wand 16. Die Zacken stimmen mit den Zacken an der Oberfläche der äußeren, keramischen Abdeckung bei einem Holzeinbrennwerkzeug überein.

Der Ständer kann eine Dicke von etwa 0,8 mm bis 1,6 mm (1/32 bis 1/16") aufweisen. Die Dicke ist ausreichend, um die gewünschte Dimensionsstabilität zum Tragen des Holzeinbrennwerkzeuges zu liefern, jedoch ausreichend dünn, um die erforderliche Wärmeaustauschbeziehung zu schaffen, wie im folgenden noch erläutert wird.

Von einem zentralen, kreisförmigen Abschnitt 20 erstrecken sich Arme 22 und 24 nach außen und unten. Die Arme tragen die Holzeinbrenneinrichtung und dienen ferner als Fahnen, die einen Wärmegradienten von dem Holzeinbrennwerkzeug nach außen bewirken, so daß die Temperatur des Ständers mit dem Abstand von dem Holzeinbrennwerkzeug variiert.

Bei einem Holzeinbrennwerkzeug oder einem Lötkolben ist die Temperatur an der Oberfläche des Holzexnbrennwerkzeuges oder

£09815/0287

2348408

des Lötkolbens in Kontakt mit der inneren Oberfläche 26 viel höher, als dies für eine Berührung oder für die Flüssigkristallmassen erwünscht wäre. Da der Ständer sehr klein ist, wird ein relativ schlecht wärmeleitendes Material zur Schaffung des gewünschten Gradienten verwendet. Geeignete Kunststoffmaterialien können verwendet werden, welche spezifische Wärmeleitfähigkeiten im Bereich von etwa 1,488 bis 2,976 cal/h χ cm χ ⁰C (0,1 to

li Q O T "l·" *7 fin

0,2 BTÜ/Hour ft ⁰I¹/. Meistens sind die Flüssigkristallmassen unterhalb 300 ° stabil, und in Mikrokapseln eingeschlossene Flüssigkristallmassen sind unterhalb etwa 120 ⁰C stabil. Daher sollten die für den Ständer verwendeten Materialien den gewünschten Temperaturabfall zwischen der Oberfläche des Werkzeuges in Kontakt mit der inneren Oberfläche 26 des Ständers, mit welchem das Werkzeug in wärmeaustauschender Beziehung steht, liefern.

Der Ständer ist aus einem einzigen Material hergestellt· Die innere Oberfläche 26 wird so ausgebildet, daß sie einen guten Kontakt mit dem Heizelement des Werkzeuges aufweist. Auf diese Weise kann ein zufriedenstellender Wärmeaustausch erreicht werden. Nach der Herstellung des Ständers kann man das Werkzeug in den Ständer einführen und empirisch den Temperaturgradienten bestimmen, der sich von dem Heizelement nach außen erstreckt. Dann kann man eine geeignete Flüssigkristallmasse auswählen, welche einen tJbergangsbereich bei der gewünschten Temperatur besitzt.

Wegen der Eigenschaften der Flüssigkristallmassen werden diese normalerweise auf eine dunkle, üblicherweise schwarze Oberfläche aufgeschichtet. Die schwarze Oberfläche kann dem für den Ständer verwendeten Material zu eigen sein, oder es kann ein dünner Überzug einer schwarzen Tusche oder Farbe sein. Der gesamte Ständer kann dann auf einer oder auf beiden Seiten mit einer oder mehreren, üblicherweise nur einer Flüssigkristallmasse, welche die geeignete Übergangstemperatur besitzt, überzogen oder

409815/0287

beschichtet werden. Obwohl dies nicht erforderlich ist, kann ein Schutzüberzug dann aufgebracht werden, um die Flüssigkristallmasse vor einem Abrieb oder einer anderen mechanisch hervorgerufenen Entfernung zu schützen.

Wenn das Holzeinbrennwerkzeug in den Ständer eingeführt und angeschlossen wird, heizt sich das Heizelement auf, wobei der Ständer erwärmt wird. Der Ständer ist üblicherweise um etwa 3,175 mm (1/8¹¹) von dem Schutzdeckel 28 entfernt, da dies üblicherweise ein kühlerer Abschnitt des Heizelementes ist. Wahrscheinlich wäre die Fläche des Ständers in unmittelbarer Nachbarschaft der inneren Oberfläche 26 zu heiß für die Flüssigkristallmasse und würde die Masse zerstören. Jedoch wäre dies ohne Bedeutung undwürde lediglich ein kleines Band rings um die innere Oberfläche 26 ergeben, welches auf Temperaturen nicht ansprechen würde.

Wenn die Temperatur des Ständers ansteigt, wird die Übergangstemperatur der Flüssigkristallmasse an einer Stelle nahe bei der inneren Oberfläche 26 erreicht. Wenn die Flüssigkristallmasse ihre untere Übergangstemperatur erreicht, geht sie von einer transparenten Erscheinungsform in eine gefärbte, üblicherweise blaue Erscheinungsform über. Wenn die Temperatur weiter ansteigt, wird die untere Übergangs temp era tür immer weiter weg von der inneren Oberfläche 26 erreicht, so daß bei Anstieg der Temperatur der Flüssigkristallmasse diese Flüssigkristallmasse sich von blau zu weiß ändert und dann erneut transparent wird. Tatsächlich kann man einen gefärbten Abschnitt beobachten, der sich immer weiter weg von der Wärmequelle bewegt, bis das Gleichgewicht erreicht ist.

Durch Anbringung einiger Markierungen auf dem Ständer, die anzeigen, wann das Werkzeug für einen Gebrauch bereit ist, kann der Benutzer bestimmen, wann das Holzeinbrennwerkzeug

409815/Q287

oder irgendein anderes Werkzeug die richtige Temperatur erreicht hat. Dies kann bei der Gleichgewichtstemperatur oder unterhalt) der Gleichgewichtstemperatur der Fall sein. Das Werkzeug kann mit dem Ständer auf dem Werkzeug verwendet werden, da der Ständer klein ist und normalerweise nicht die Handhabung des Werkzeuges stört, oder der Ständer kann auch von dem Werkzeug bei Anwendung des Werkzeuges entfernt werden.

Wenn das Werkzeug abgeschaltet wird, beginnen sich das Werkzeug und der Ständer abzukühlen. Die Grenzen der Übergangstemperaturen der Flüssigkristallmasse beginnen sich wieder auf das Werkzeug zu zu bewegen. Wenn das Werkzeug ausreichend abgekühlt ist, liegt entweder die Temperatur des gesamten Ständers unterhalb der unteren Übergangs.temperatur der Flüssigkristallmasse, oder lediglich ein Teil des Ständers nahe bei der inneren Oberfläche 26 liegt noch oberhalb der unteren Üb er gangst empera tür der J¹IUs sigkristallmasse vor. Daher erhält der Benutzer die Information, daß das Werkzeug nun für eine Berührung sicher ist und sicher gelagert bzw. aufbewahrt werden kann.

Anstelle des Ständers kann auch eine kleine Scheibe 30 verwendet werden, da die Größe des Ständers das zu bearbeitende Produkt während des Bearbeitungsvorganges abdecken .könnte. Eine solche Scheibe ist in den Pig. 2 und 3 dargestellt. Die Scheibe besitzt eine innere Oberfläche 32, welche den Mantel 34 des Heizelementes 36 des Holzeinbrennwerkzeuges, Lötkolbens usw. berührt. Wenn das Heizelement eingeschaltet ist, wird die Scheibe 30 aufgeheizt, und ein Band 40 der Flüssigkristallmasse wird sichtbar. Wenn das Heizelement abgeschaltet und kalt ist, verschwindet das Band 40, und die Scheibe 30 besitzt ein schwarzes Aussehen. Die Scheibe 30 arbeitet in praktisch derselben Weise wie der Ständer 10, jedoch gibt sie die Temperaturbeziehung etwas mehr qualitativ an, da sie normalerweise keinen großen

409815/0287

Abstand liefert, über welchen ein Temperaturgradient ausgebildet werden könnte.

Wie bereits beschrieben, kann die Verwendung eines Temperaturgradienten zur Messung der Temperatur mit einer einzigen IPlüssigkristallmase'e auch in vielen anderen Fällen als bei Holzeinbrennwerkzeugen oder anderen kleinen Handheizgeräten angewandt werden. In der S¹Xg. 4 ist eine Leitungstemperaturmeßeinrichtung 42 dargestellt. Die Einrichtung besitzt eine Metallklemme 44-, welche auf eine nicht gezeigte Leitung geklemmt werden kann. Auf der Klemme 44 ist eine Platte 46 montiert, deren Seitenkante 50 mit der Form der Klemme 44- übereinstimmt.

Die Metallklemme wirkt als Wärmeübergangsstück zwischen einer Leitung und der Wärmeaustauschoberfläche 50 der Platte 4-5. Die Platte 46 kann mit der Klemme 44- durch einen Klebstoff verbunden sein, der ein ausreichendes Wärmeübergangsvermögen besitzt, um Wärme zu der Platte 46 zu überführen. Der Klebstoff

er
muß ebenfalls der Temperatur, der/ausgesetzt wird, widerstehen können.

Auf der Platte 46 sind zwei Temp era tür skalen 52 und 5^ vorgesehen, welche Streifen derselben oder verschiedener iTüssigkristallmassen sind. Der Zweck dieser Skalen liegt darin, eine halbquantitative oder quantitative Bestimmung der Temperatur der Leitung zu liefern. Es sei darauf hingewiesen, daß die Temperaturbestimmung auf der Abkühlgeschwindigkeit von der Wärmeaustauscheroberfläche 50 nach außen weg von dieser Oberfläche beruht. Die Kühlgeschwindigkeit hängt von der Umgebungstemperatur der Umgebung ab. Je niedriger die Umgebungstemperatur ist, um so rascher kühlt sich die Platte 46 ab. Auf diese Weise könnte man eine Gleichung aufstellen, welche die Temperatur der Wärmequelle zu dem Abstand von der Wärmequelle, bei welcher die

A09815/028?

Flüssigia?istallumwahdlungstemperatur auftritt, und der Umgebungstemperatur in Beziehung setzt. "Für kleine Veränderungen in der Umgebungstemperatur werden -wahrscheinlich nur unbedeutende Einflüsse auf das Ansprechen der Platte 46 gegenüber der Temperaturquelle vorhanden sein.

Bei der gezeigten Ausführungsform sind zwei Skalen 52 und 54 vorgesehen, wobei jede Skala ihre eigene Anzeigeeinrichtung 56 bzw. 60 besitzt. Die zwei Skalen können bei Verwendung von verschiedenen Flüssigkristallmassen unterschiedlich sein, indem sie zwei verschiedene Materialien für die Platte besitzen, oder andere geeignete Einrichtungen, welche das Ansprechen mit einer Änderung in der Umgebungstemperatur- variieren. Alternativ können mit denselben Massen die Werte bei dem gleichen Abstand von der Wärmequelle verschieden sein. Die Anzeigeeinrichtungen 56 und 60 sind Flüssigkristallmassen, welche entweder von der Platte 46 isoliert sind oder ausreichend weit von der Wärmequelle entfernt sind, so daß sie nicht durch die Temperatur der Wärmequelle beeinträchtigt oder beschädigt werden.

Für die Anzeigeeinrichtungen werden Flüssigkristallmassen mit

der

relativ breitem Temperaturbereich verwendet, so daß/normalerweise für Umgebungstemperaturen angetroffene Bereich von Temperaturen durch die Anzeige einrichtung en bzw. Indikatoren überdeckt wird. So kann man in einer Umgebung, welche relativ große Temperaturschwankungen erfährt, eine Flüssigkristallmasse verwenden, welche einen Temperaturbereich bis hinauf zu 15»6 °0 (60 ⁰F) besitzt, und die andere Flüssigkristallmasse würde einen Temperaturbereich oberhalb 15»6 ⁰C (60 ⁰F) besitzen. In Abhängigkeit davon,welche der Anzeigeeinrichtungen bzw. Indikatoren 56 und 60 sichtbar war, würde man dann diese betreffende Skala ablesen. Da die Flüssigkristallmassen ferner Farbänderungen innerhalb ihres Bereiches durchlaufen, könnte man

409815/0287

kleinere qualitative Einstellungen bei der Temperatur, die abgelesen wird, in Abhängigkeit von der Farbe des Indikators bzw. der Anzeigeeinrichtung durchführen.

Diese Skalen 52 und 54 besitzen eine Vielzahl von Linien 62, wobei diesen Linien Temperaturen zugeordnet sind, ganz wie bei einem üblichen Thermometer. Daher könnte man die Temperatur auf der Leitung direkt ablesen, indem eine besondere Farbphase der !"lüssigkristallmasse als Temperaturanzeige gewählt wird. Beispielsweise könnte man den Rand wählen, an welchem die ITlüssigkristallmasse sichtbar wurde, oder die Stellung, in welcher die Flüssigkristallmasse ein in etwa weißes Aussehen annahm, oder irgendeine andere, beliebig ausgewählte Stelle. Die Vahl kann vollständig willkürlich sein und wird lediglich aus Gründen der Einfachheit und Leichtigkeit der Beobachtbarkeit gewählt.

Bei der Herstellung der verschiedenen Einrichtungen zur Anwendung gemäß der Erfindung kann entweder die Einrichtung anfänglich beschichtet und dann weiterverarbeitet werden, oder die Einrichtung kann erst fertig bearbeitet werden und dann beschichtet werden. Wie bereits beschrieben, kann das besondere, als Basismaterial verwendete Material in breiten Grenzen variiert werden. Vorteilhafterweise können eine Anzahl von Kunst stoff materialien verwendet werden, z. B. Fiberglas, imprägniert mit Epoxyharzen, Polysulfonen, Polyimidazolen usw.. Ebenfalls können keramische Materialien oder Cermets verwendet werden. In einigen .Fällen können gute Wärmeleiter verwendet werden, z. B. Metall. Dies kann, dann besonders vorteilhaft sein, wenn die Fahne bzw. Rippe sich über einen beträchtlichen Abstand von der Wärmequelle erstrecken soll. Auf diese Weise kann man einen größeren Gradienten quer über die Fahne bzw. Rippe erhalten. Alternativ kann man die'Wärme von der auszumessenden Wärmequelle zu der Wärmeanzeigevorrichtung leiten. Solche Wärmeleiter schließen Wärmerohre, Kupferdraht usw. ein.

409815/0287

In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, ein Band vorzupräparieren, welches dann auf das Basismaterial aufgebracht wird. Ein Band kann in geeigneter Veise durch Verwendung einer transparenten, dünnen Folie wie beispielsweise von Äthylenpolyterephthalat hergestellt werden. Das Band kann dann mit der gewünschten Flüssigkristallmasse beschichtet bzw. überzogen werden, entweder mit einer Masse oder mit mehreren Massen und dann trocknen gelassen werden. Eine beliebige Flüssigkristallmasse kann verwendet werden, sofern sie die gewünschte Übergangstemperatur besitzt. Sowohl in Mikrokapseln eingeschlossene und nicht eingekapselte Flüssigkristallmassen werden auf die Folie als Aufschlämmung .aufgeschichtet und trocknen gelassen. Die Flüssigkristallmasse wird dann mit einer schwarzen oder dunklen Bückschicht überzogen, insbesondere mit schwarzer Tusche oder Farbe. Dann kann Klebstoff auf die dunkle Oberfläche entweder direkt oder mit Hilfe einer klebenden Rückschicht aufgetragen werden, und das Band kann dann auf das Basismaterial aufgelegt werden. Der Klebstoff muß derart ausgewählt werden, daß er bei den interessierenden Temperaturen stabil ist und einen wirksamen Wärmeübergang zwischen dem Basismaterial und der Flüssigkristallmasse-aufweist. Für eine eingehendere Schilderung der Herstellung eines Bandes mit einer Flüssigkristallmasse wird auf die Anmeldung der Anmelderin P 23 30 071.2 verwiesen.

Alternativ kann die Flüssigkristallmasse direkt auf ein dunkles Basismaterial oder ein mit schwarzer Tusche oder Farbe überzogenes Basismaterial aufgetragen werden. In der Fig. 6 ist eine Unterlage 64- dargestellt, welche einen dünnen Überzug einer schwarzen Farbe oder Tusche 66 trägt. Auf den dunklen Überzug befindet sich eine dünne Beschichtung einer Flüssigkristallmasse 70. Die Flüssigkristallmasse kann durch Eintauchen, Aufstreichen, Aufsprühen, Aufbürsten und dergleichen aufgebracht werden. Die besondere Ausführungsform wird so ausgewählt, daß in einfacher Weise die gewünschte Dicke und Gleichförmigkeit der Beschichtung

409815/0287

der Flüssigkristallmasse sichergestellt werden kann. Gegebenenfalls wird ein Schutzüberzug 72 vorgesehen, der ein dünner, transparenter Film ist. Der Film kann vorher hergestellt werden und auf die Flüssigkristallmasse aufgelegt werden, oder üblicherweise wird eine Lösung aus einem Kunststoffmaterial in einem inerten Lösungsmittel auf die Flüssigkristallmasse aufgesprüht und das Lösungsmittel unter Bildung des Schutzüberzuges verdampfen gelassen. Verschiedene Filme oder filmbildende Materialien können verwendet werden, z. B. Polyalkylenterephthalat.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung liefert einen geeigneten, wirtschaftlichen und anpassungsfähigen Wärmeindikator zur Verwendung bei einer großen Vielzahl von Anwendungen. In jedem Fall, wo eine Wärmequelle oder eine thermische Quelle erzeugt wird und eine Wärmesenke zugänglich ist, wie durch eine Umgebung mit niedriger Temperatur, kann der Wärmeindikator oder die Wärmeanzeigevorrichtung eine große Vielzahl von Gestalten und Formen annehmen und sie kann direkt oder indirekt an der Wärmequelle befestigt werden. Darüber hinaus gibt die Wärmeanzeigevorrichtung eine visuelle Warnung, sobald ein Gegenstand heiß ist, oder eine visuelle Anzeige, wenn eine Apparatur oder ein Gerät sich auf einer Temperatur befindet, bei welcher es eingesetzt werden kann.

Die Wärmeanzeigevorrichtungen können so modifiziert werden, daß sie qualitative, halbquantitative oder praktisch quantitative Temperaturmessungen ergeben. Es kann eine oder mehrere Flüssigkristallmassen verwendet werden, so daß eine Anpassung an sehr breite Temperaturbereiche möglich ist. Auf diese Weise können relativ kurze Wärmegradienten verwendet werden, indem die Übergangs temperatur en der verschiedenen Flüssigkristallmassen variiert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einfacher Weise hergestellt und angepaßt werden, um noch weitere Funktionen zu erfüllen, z. B. als Ständer für ein Holzeinbrennwerkzeug oder einen Lötkolben zu dienen.

A09815/0287

Die Erfindung kann in vielfältiger Weise abgewandelt werden, ohne daß der Schutzumfang der Ansprüche verlassen wird.

-Pat entansprüche-

409815/0287

Claims

Pat entansprüche

( 1.1 Wärmeanzeigevorrichtung zur Anzeige der Temperatur einer

Wärmequelle, wobei sich die Wärmeanzeigevorrichtung in einer Umgebung mit wesentlich niedrigerer Umgebungstemperatur als der der Wärmequelle befindet, dadurch, gekennzeichnet, daß sie eine erste Wärmeaustauschereinrichtung, welche für eine wärmeaustauschende Anordnung mit der Wärmequelle gestaltet ist, eine zweite Wärmeaustauscheinrichtung, welche hiermit in wärmeaustauschender Beziehung zu der ersten Wärmeaustauscheinrichtung verbunden ist, und eine Beschichtung einer Zusammensetzung aus flüssigen Kristallen auf der zweiten Wärmeaustauscheinrichtung, welche sich von der ersten Wärmeaustauscheinrichtung wegerstreckt, umfaßt, wobei die Zusammensetzung aus flüssigen Kristallen eine niedrigere Übergangstemperatur oberhalb der Umgebungstemperatur besitzt.

2. Wärmeanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Scheibe aus einem schlechten Wärmeleiter, die eine zentral hierin angeordnete Öffnung aufweist, als erste Wärmeaustauscheinrichtung die innere Oberfläche dieser öffnung und als zweite Wärmeaustauscheinrichtung den Best dieser Scheibe umfaßt.

3. Wärmeanzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei sich nach unten und außen in koplanarer Beziehung mit der Scheibe erstreckende Fahnen besitzt, wobei die Fahnen mit einer Flüssigkristallmasse beschichtet sind.

409815/0287

4. Wärmeanzeigevorrichtung zur Anzeige der Temperatur einer länglichen Wärmequelle in einer Umgebung mit wesentlich niedrigerer Umgebungstemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen zur Verbindung mit dieser Wärmequelle in wärmeaustauschender Beziehung, eine nichtmetallische Folie in wärmeaustauschender Beziehung mit dieser Verbindungseinrichtung und eine Beschichtung einer Flüssigkristallmasse auf dieser Folie, welche sich von der Verbindungseinrichtung weg erstreckt und eine untere Übergangstemperatür oberhalb Umgebungstemperatur und wesentlich unterhalb der normalen Temperatur der Wärmequelle besitzt, umfaßt.

5· Wärmeanzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das längliehe Heizelement ein elektrisches Widerstandsheizelement eines Handgerätes ist.

6. Wärmeanzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die längliche Wärmequelle eine Leitung ist.

7· Wärmeanzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η ζ e ichnet, daß die nichtmetallische Folie eine Plastikfolie von etwa 0,4 mm bis 6,4 mm (1/64" ,bis 1/4") Dicke ist.

8. Wärmeanzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtmetallische Folie eine spezifische Wärmeleitfähigkeit im Bereich von etwa 1,488 bis 2,976 cal/h χ cm χ ⁰C (0,1 bis 0,2 BTU/Hour χ ft χ ⁰F) besitzt.

9« Wärmeanzeigevorrichtung für Handgeräte mit einem länglichen Heizelement, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Scheibe umfaßt, welche durch zwei sich nach außen und

409815/0287

abwärts von der Scheibe erstreckende Schenkel getragen wird, wobei die Scheibe eine zentrale Öffnung für die Montage auf dem länglichen Heizelement in wärmeaustauschender Beziehung aufweist und wobei wenigstens eine Seite dieser Scheibe und Schenkel mit einer Flüssigkristallmasse beschichtet sind, welche sich von der Öffnung weg erstreckt, und wobei die Scheibe eine Dicke von etwa 0,8 mm bis 1,6 mm (1/32 bis 1/16") besitzt, und aus einem hitzestabilen Kunststoffmaterial besteht.

10. Wärmeanzeigevorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schenkel in koplanarer Anordnung zu der Scheibe befinden.

11. Wärmeanzeigevorrichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Wärmequelle mit einer größeren Temperatur als der Temperatur der Umgebung der Wärmeanzeigevorrichtung, dadurch gekenn.ζ eichnet, daß sie Einrichtungen für den Wärmeaustausch mit einer Wärmequelle, in wärmeaustauschender Beziehung mit dieser Wärmeaustauscheinrichtung ein längliches Teil eines schlechten Wärmeleiters, der mit einer sich von der Wärmeaustauscheinrichtung weg erstreckenden JFlüssigkristallmasse beschichtet ist, und Isoliereinrichtungen zur Isolation der Flüssigkristallmasse von der Umgebung umfaßt.

12. Wärmeanzeigevorrichtung zur Anzeige der Temperatur einer Wärmequelle, wobei die Umgebung der Wärmeanzeigevorrichtung unterhalb der Temperatur dieser Wärmequelle liegt, dadurch gekennz eichnet, daß sie Einrichtungen für den Wärmeaustausch mit der Wärmequelle, in wärmeaustauschender Beziehung mit dieser Wärmeaustauscheinrichtung ein längliches Teil aus einem schlechten Wärmeleiter, auf dem länglichen

4098 1 5/0287

Teil wenigstens zwei Streifen aus wenigstens einer Flüssigkristallmasse, welche sich von der Wärmeaustauscheinrichtung weg erstreckt, aufgeschichtet, und Einrichtungen zur Anzeige der Temperatur der Umgebung in nebeneinanderliegender Anordnung mit dem länglichen Teil und entfernt von der Wärmequelle umfaßt.

Wärmeanzeigevorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennz eichnet, daß sie numerische Anzeigen nebeneinanderliegend zu wenigstens einem der Streifen aufweist, wobei die Anzeigen einen steigenden Wert mit zunehmenden Abstand von der Wärmeaustauscheinrichtung besitzen.

Wärmeanzeigevorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennz eichnet, daß sie Anzeigeeinrichtungen bzw. Indikatoren für die Umgebungstemperatur angrenzend an das Ende eines jeden dieser Streifen umfaßt, welche aus einer !Flüssigkristallmasse mit einer Übergangstemperatur gebildet werden, um die Verwendung des angrenzenden Streifens als Wärmeindikator anzuzeigen.

15. Verfahren zur Bestimmung der Temperatur einer Wärmequelle in einer Umgebung mit wesentlich niedrigerer Temperatur als derjenigen der Wärmequelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle mit einem länglichen Kunststoffteil in Kontakt gebracht wird, das mit einer Flüssigkristallmasse beschichtet ist, welche sich von der Kontaktfläche mit der Wärmequelle weg erstreckt, und wobei der Abstand, bei welchem die Flüssigkristallmasse ihren Übergang zum Sichtbarwerden erfährt, mit der Temperatur der Wärmequelle in Beziehung gesetzt wird.

409815/0287

Leerseite