DE69120539T2 - Tau- und frostbeständige schilde - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft Schilder, die der Ausbildung von Tau und Reif darauf widerstehen können.
Hintergrund der Erfindung
• Es ist allgemein bekannt, daß Wassertröpfchen aus einer feuchten Atmosphäre sich auf einer relativ kühlen Fläche z.B. als Tau niederschlagen können. Siehe beispielsweise Woltman, H. L., "A Study of Dew and Frost Formation On Retro-Reflectors", Highway Research Record No. 70, National Academy of Sciences, 1965. Taubildung auf Schildern findet typischerweise während Perioden sinkender Umgebungstemperaturen statt, z.B. am Abend und während der Nacht, wo Gegenstände wie z.B. Schilder dazu neigen, Wärme abzustrahlen und auszukühlen, wodurch die Temperatur der Gegenstände unter den Taupunkt der umgebenden Luft absinkt. Reifbildung erfolgt typischerweise unter relativ kühleren, im übrigen aber ähnlichen Bedingungen.
• Im Fall von Schildern wie z.B. Autobahnschildern, insbesondere rückstrahlenden Schildern, kann die Bildung von Tau oder Reif auf der Oberfläche davon die Sichtbarkeit der Zeichen darauf verschlechtern, da die Menge des von einem rückstrahlenden Gegenstand zurückgestrahlten Lichts typischerweise durch das Vorhandensein von Tau oder Reif darauf verringert wird.
• In Fig. 1 und 2 des US-Patentes Nr. 4,844,976 (Huang) ist die durch die Bildung von Tau auf der Vorderseite von rückstrahlenden Schildern verursachte Abnahme der Rückstrahlungshelligkeit veranschaulicht. Dieses Patent offenbart das Aufbringen eines polymeren Überzugs aus Siliciumdioxid und einem lichtdurchlässigen Polymer auf die Vorderseite einer rückstrahlenden Folie, um die Abstoßung von Schmutz und Tau zu erhöhen. Das Patent Nr. 4,755,425 (Huang) offenbart ebenfalls Beschichtungen, die auf den Vorderseiten von rückstrahlenden Schildern verwendet werden können, um ihnen größere Tauabstoßung zu verleihen. Die US-Patente Nr. 4,522,966, Nr. 4,594,379 und Nr. 4,642,266 (sämtlich Funaki et al.) offenbaren das Beschlagen verhindernde Zusammensetzungen, die auf die Vorderseiten von Schildern aufgetragen werden können.
• Im allgemeinen können jedoch derartige Beschichtungen unter Bedingungen sehr hoher Luftfeuchte und/oder schnell absinkender Umgebungstemperatur nicht den erwünschten Grad des Widerstands gegen Tau- oder Reifbildung bieten.
• Die deutsche Patentanmeldung DE-A-32 08 914 (Ritschel) offenbart ein Hinweisschild speziell zur Verwendung im Freien, bei dem die Informations-Anzeigefläche mit einer Isolierschicht hinterlegt ist, um die Bildung von Tau oder Reif auf der Informations-Anzeigefläche zu verhindern oder zu reduzieren. Die erwähnte Patentanmeldung offenbart des weiteren, daß das Schild ein optionales Heizelement in der Isolierschicht oder zwischen der Isolierschicht und der Informations-Anzeigefläche umfassen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die Erfindung ist in den beiliegenden Ansprüchen definiert, von denen Anspruch 1 in zwei Teile unterteilt wurde, unter der Annahme, daß die vorerwähnte deutsche Patentanmeldung P 32 08 914.7 der am nächsten kommende Stand der Technik ist.
• Die vorliegende Erfindung sieht Schilder vor, die Einrichtungen umfassen, um dem Absinken der Schildtemperatur, das im allgemeinen während Perioden abnehmender Umgebungstemperatur stattfindet, entgegenzuwirken und es zu verlangsamen. Die hier vorgesehenen Schilder zeigen verbesserten Widerstand gegen Tau- und Reifbildung, selbst unter Bedingungen hoher relativer Feuchte und schnell sinkender Temperatur, und weisen dadurch verbesserte Sichtbarkeit im Vergleich zu herkömmlichen Schildern auf. Im Falle von rückstrahlenden Schildern wird eine größere Rückstrahlungshelligkeit erhalten. Folglich können Schilder der Erfindung eine verbesserte Funktionsfähigkeit und erhöhte Sicherheit bieten.
• Kurz zusammengefaßt, umfaßt ein neues Schild der vorliegenden Erfindung wenigstens eine äußere Schicht, die eine mit Zeichen, z.B. Geschwindigkeitsbeschränkung oder Verkehrsleitinformation, versehene Anzeigefläche aufweist, und einen Wärmespeicher, der hinter der äußeren Schicht angeordnet ist und wenigstens ein Phasenänderungsmaterial enthält, das bei einer Temperatur zwischen etwa -20ºC und etwa 40ºC mindestens einer Phasenänderung unterliegt. Typischerweise wird bevorzugt, daß der Wärmespeicher zwei oder mehrere Phasenänderungsmaterialien enthält und daß diese Phasenänderungsmaterialien bei Temperaturen, die mindestens 10ºC und in einigen Fällen mindestens 5ºC auseinanderhegen, Phasenänderungen unterliegen. In einigen bevorzugten Ausführungsformen umfassen Schilder der Erfindung ferner optionale Wärmesperren, die auf der der äußeren Schicht entgegengesetzten Seite des Wärmespeichers angeordnet sind.
• Falls gewünscht, können Schilder der Erfindung mehr als eine äußere Schicht mit einer Anzeigefläche aufweisen. In vielen Ausführungsformen ist mindestens ein Teil der Anzeigefläche(en) eines Schildes der Erfindung rückstrahlend.
• Typischerweise werden Schilder der vorliegenden Erfindung im Freien, wie z.B. entlang von Straßen und Autobahnen, verwendet. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Wärmespeicher typischerweise innerhalb des Schildes angeordnet sein kann und folglich vor schädlichen Einflüssen infolge Einwirkung von Sonnenlicht, Regen, Wind und Abrieb geschützt ist. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Widerstand gegen Tau- und Reifbildung mit einem passiven Mechanismus erreicht werden kann, indem lediglich ein Anstieg in der Umgebungstemperatur, wie er typischerweise während der Tagesstunden stattfindet, benutzt wird, um Tau- und Reifbildung zu verhindern, ohne daß stark wirksame Mittel, wie z.B. eine äußere Stromquelle oder eine manuelle oder automatische Steuerung, zur Aktivierung oder zum Betrieb erforderlich wären. Demzufolge erfordern Schilder der vorliegenden Erfindung keine regelmäßige Überwachung und Kontrolle oder häufige Wartung, und sind somit gut geeignet zur Verwendung an entfernten Orten sowie in stark befahrenen Bereichen.
• Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß Schilder der Erfindung hergestellt werden können, die Wärmespeicher, wie sie hier vorgesehen sind, mit verschiedenartigen Taubekämpfungsmaßnahmen, wie z.B. mit den tauabstoßenden Beschichtungen, die in den vorerwähnten US-Patenten Nr. 4,755,425 und No. 4,844,976 offenbart wurden, kombinieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
• Die Erfindung wird weiter erläutert mit Bezug auf die Zeichnung; darin zeigen:
• Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Teils einer veranschaulichenden Ausführungsform eines Schildes der vorliegenden Erfindung; und
• Fig. 2 eine grafische Darstellung, die die erwartete Temperatur der Oberfläche einer bestimmten Ausführungsform eines Schildes der vorliegenden Erfindung und die erwartete Temperatur eines typischen herkömmlichen Schildes während einer typischen Periode abnehmender Umgebungstemperatur veranschaulicht.
• Diese Figuren, die idealisiert sind, sind nicht maßstabsgerecht und sollen lediglich veranschaulichend sein und keine Einschränkung darstellen.
Ausführliche Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsformen
• Eine veranschaulichende Ausführungsform eines Schildes der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt, in der Schild 10 eine äußere Schicht 12 mit einer mit Zeichen versehenen Anzeigefläche 14, einen hinter der äußeren Schicht 12 angeordneten Wärmespeicher 16, eine hinter dem Wärmespeicher 16 angeordnete optionale Wärmesperre 18 und eine optionale Trägerplatte 20, z.B. eine herkömmliche, hinter der Wärmesperre 18 angeordnete Aluminiumplatte, umfaßt.
• Die Anzeigefläche 14 kann typischerweise solche Zeichen wie Geschwindigkeitsbeschränkung(en), Straßenzustandsinformationen, Verkehrsleitangaben usw. tragen. Obwohl es zur Praxis der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich ist, besteht typischerweise wenigstens ein Teil der Anzeigefläche 14 aus rückstrahlendem Material, z.B. aus rückstrahlender Folie. In einigen Ausführungsformen ist die Anzeigefläche 14 im wesentlichen über ihre gesamte Fläche rückstrahlend, z.B. sind rückstrahlende Zeichen und rückstrahlender Hintergrund durch verschiedenartige Farben und in einigen Fällen durch verschiedenartige Rückstrahlungseigenschaften, wie sie in dem US-Patent Nr. 4,726,134 (Woltman) offenbart wurden, unterscheidbar.
• Der Wärmespeicher 16 ist hinter der äußeren Schicht 12 und der Anzeigefläche 14 angeordnet und umfaßt mindestens ein Phasenänderungsmaterial, das bei einer Temperatur zwischen etwa -20ºC und etwa 40ºC mindestens einer Phasenänderung unterliegt, z.B. vom flüssigen zum festen Zustand oder von einem kristallinen Zustand zum anderen. Während Perioden absinkender Umgebungstemperatur wird der Wärmespeicher 16 Wärme abgeben und dadurch die äußere Schicht 12 und die Anzeigefläche 14 auf Temperaturen erwärmen, die über denen liegen, die sie anderenfalls aufweisen würden. Folglich wird typischerweise bevorzugt, daß sich der Wärmespeicher 16 in engem Kontakt mit der äußeren Schicht 12 befindet, oder daß wenigstens derjenige Teil von ihr, für den gute Sichtbarkeit erwünscht ist, d.h. die wirksame Fläche des Schildes, wie z.B. Zeichen und angrenzende Hintergrundabschnitte, die erwünschte Wärmeübertragung ermöglichen. Außerdem wird typischerweise bevorzugt, daß der Wärmespeicher 16 im wesentlichen die gleiche Ausdehnung besitzt wie die äußere Schicht 12 oder wenigstens wie die "wirksame Fläche" der Anzeigefläche. Es versteht sich jedoch, daß der Warmespeicher 16 nicht die gleiche Ausdehnung wie die äußere Schicht 12 oder sogar wie die wirksame Fläche davon besitzen muß, um wenigstens teilweise die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erreichen.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wirkt der Wärmespeicher 16 als Wärmequelle und verlangsamt das Absinken der Temperatur des Schildes 10 zumindest am Beginn von Perioden schnell abfallender Umgebungstemperatur, z.B. typischerweise in mehr als der Hälfte der Nachtstunden. Der Wärmespeicher 16 erhöht folglich die Temperatur der Anzeigefläche 14 über den Wert hinaus, den sie anderenfalls aufweisen würde, wodurch er die Kondensation von Feuchtigkeit aus der Luft darauf verringert oder sogar weitgehend unterbindet und demzufolge die Bildung von Tau oder Reif darauf verringert oder verhindert. Fig. 2 ist eine grafische Darstellung dieses Effektes, wie er für eine veranschaulichende Ausführungsform beabsichtigt ist. Die Kurve B stellt die erwartete Temperatur der Vorderseite bzw. Anzeigefläche eines typischen herkömmlichen Schildes, z.B. einer rückstrahlenden Folie auf einer einfachen Aluminiumunterlage, während der Abend- und Nachtstunden dar. Die Kurve A stellt die erwartete Temperatur der Anzeigefläche eines typischen Schildes der Erfindung dar, wobei der Wärmespeicher Phasenänderungsmaterial(ien) enthält, das (die) drei kritische Temperaturen zeigt (zeigen). Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist die Temperatur der Anzeigefläche eines Schildes der Erfindung (Kurve A) höher als die Temperatur eines herkömmlichen Schildes (Kurve B). Der Bereich X von Kurve A stellt den Effekt dar, der von dem Phasenänderungsmaterial mit der höchsten kritischen Temperatur (weiter unten definiert) vorgesehen wird. Die Bereiche X und Z stellen die Effekte dar, die von den Phasenänderungsmaterialien mit der zweithöchsten bzw. mit der niedrigsten kritischen Temperatur vorgesehen werden.
• Unter Bedingungen abnehmender Temperatur wurde beobachtet, daß die Materialien im allgemeinen eine gewisse Menge Wärme abgeben, während ihre Temperatur fällt. Das Aufnahmevermögen für eine derartige freie Wärme wird häufig als spezifische Wärme bezeichnet, die manchmal in Kalorien/Gramm-Grad ausgedrückt wird, z.B. beträgt die spezifische Wärme von Wasser ungefähr 1 Kalorie/Gramm-ºC. Viele Materialien geben jedoch weit größere Wärmemengen von der gleichen Materialmenge ab, wenn eine Phasenänderung stattfindet. Beispielsweise beträgt die latente Übergangswärme von Wasser, wenn es bei einem Druck von etwa einer Atmosphäre von dem flüssigen in den festen Zustand übergeht, ungefähr 80 Kabrien/Gramm. Wenn Wasser gefriert, gibt es jene Wärmemenge an die Umgebung ab, und wenn gefrorenes Wasser schmilzt, absorbiert es jene Wärmemenge aus der Umgebung.
• Der Wärmespeicher 16 enthält ein oder mehrere Material(ien), das (die) in einem erwarteten Temperaturbereich einer oder mehreren derartigen Phasenänderung(en) unterliegt (unterliegen). In dem hier verwendeten Sinn bedeutet "Phasenänderung" temperaturabhängige Änderungen zwischen Phasen, z.B. zwischen der festen und der flüssigen Phase, die zuweilen als flüssig-fest Übergänge bezeichnet werden, und außerdem weitere Änderungen zwischen Molekularanordnungen, z.B. eine Änderung zwischen zwei festen kristallinen Strukturen durch ein Harz, die manchmal als fest-fest Übergang bezeichnet wird, wobei die Phasenänderung, die unter Bedingungen abnehmender Temperatur eintritt, eine Wärmemenge, d.h. eine latente übergangswärme, freisetzt. Die Temperatur, bei der eine Phasenänderung stattfindet, wird hier als die "kritische Temperatur" des Materials bezeichnet. Beispielsweise gefriert Wasser bei 0ºC, d.h. 0ºC ist eine kritische Temperatur von Wasser. Je nach seinen Eigenschaften kann ein in der vorliegenden Erfindung verwendetes Phasenänderungsmaterial mehr als eine kritische Temperatur besitzen.
• Die Vorteile der vorliegenden Erfindung können mit einer beträchtlichen Reihe von Phasenänderungsmaterialien erzielt werden. Typischerweise wird es vorgezogen, daß die Phasenänderung ohne erhebliche Volumenänderung, d.h., ohne Ausdehnung oder Kontraktion, stattfindet. Es versteht sich jedoch, daß hier Phasenänderungsmaterialien verwendet werden können, die erhebliche volumenänderungen durchmachen, wenn sie einer Phasenänderung unterliegen. Beispielsweise könnte Wasser als ein Phasenänderungsmaterial in einigen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden. Um Volumenänderungen aufnehmen zu können, können Hohlräume in dem Wärmespeicher 16 oder in den Verkapselungselementen, z.B. Röhren oder Pellets, gelassen werden, oder Elemente des Schildes können entsprechend dem Volumen des Phasenänderungsmaterials selbst schrumpfen oder sich ausdehnen, z.B. Schäume. Typischerweise wird es bevorzugt, daß sehr starre Elemente nicht zusammen mit Phasenänderungsmaterialien verwendet werden, die eine erhebliche Volumenänderung zeigen, wenn sie einer Phasenänderung unterliegen, da derartige Elemente zum Bruch neigen können, wodurch die Haltbarkeit des Schildes verringert wird.
• Phasenänderungsmaterialien, die große Mengen latenter Übergangswärme besitzen, werden typischerweise jenen vorgezogen, die relativ geringere Mengen latenter Übergangswärme besitzen.
• Obwohl sie in einigen Ausführungsformen im wesentlichen gekapselt sein können, sind die hier verwendeten Phasenänderungsmaterialien im wesentlichen umweltfreundlich. Außerdem können die Phasenänderungsmaterialien vorzugsweise viele Phasenänderungszyklen ohne Qualitätsverlust durchlaufen, so daß Schilder der Erfindung für lange Haltbarkeit konstruiert werden können.
• Die Bestimmung eines optimalen Wärmespeichers, der erwünschte Wärmemengen in gewünschten Temperaturbereichen abgeben kann, wird teilweise von den typischen Bedingungen abhängen, unter denen Tau- und Reifbildung an einem speziellen Ort auftritt. Beispielsweise wurde beobachtet, daß die Taubildung auf Schildern im südlichen Minnesota während der Sommermonate besonders störend ist, wenn die Temperaturen zwischen Tageshöchstwerten von 90ºF (32ºC) oder mehr und Tiefstwerten während der Nacht von etwa 50ºF bis 60ºF (10ºC bis 16ºC) schwanken können. Im Herbst wurde Reifbildung auf Schildern während Perioden beobachtet, in denen die Temperaturen zwischen Tageshöchstwerten von etwa 40ºF bis 50ºF (4ºC bis 10ºC) und Tiefstwerten während der Nacht von etwa 20ºF bis 30ºF (-7ºC bis -1ºC) schwanken. Im südlichen Florida wurde Taubildung während des ganzen Jahres beobachtet, wobei sie während des Sommers besonders unangenehm ist, wenn die Temperatur zwischen Tageshöchstwerten von 90ºF (32ºC) oder mehr und Tiefstwerten während der Nacht von etwa 60ºF bis 70ºF (16ºC bis 21ºC) schwankt. Ein Schild der Erfindung wird vorzugsweise entsprechend den typischen Umgebungsbedingungen konstruiert, unter denen Tauoder Reifbildung an dem Standort des Schildes auftritt, d.h. unter Verwendung von Phasenänderungsmaterial(en) mit kritischen Temperaturen in dem Temperaturbereich, bei dem Tau- und/oder Reifbildung vorkommt.
• Während Perioden ansteigender und warmer Umgebungstemperaturen, d.h. während des Tages, erhöht (erhöhen) das (die) Phasenänderungsmaterial(en) in dem Wärmespeicher 16 als Reaktion die Temperatur, wobei sie beträchtliche Wärmemengen absorbieren und, wenn geeignete Temperaturen erreicht sind, eine Phasenänderung durchlaufen. Wenn anschließend die Umgebungstemperaturen absinken, z.B. während der Abend- und Nachtstunden, setzen die Phasenänderungsmaterialien die gespeicherte Wärme frei, insbesondere wenn sie die kritischen Temperaturen erreichen, wodurch sie bewirken, daß die Vorderseite des Schildes wärmer wird, als sie es sonst geworden wäre. Wegen der relativ höheren Temperatur der Vorderseite des Schildes wird die Tau- und/oder Reifbildung erheblich reduziert oder sogar unterbunden, selbst unter Bedingungen hoher relativer Feuchte.
• In einigen Ausführungsformen wird der Wärmespeicher 16, der Phasenänderungsmaterial enthält, das eine einzige kritische Temperatur besitzt, eine hinreichende Funktionsfähigkeit besitzen. Für viele Anwendungen der vorliegenden Erfindung wird es jedoch bevorzugt, daß der Wärmespeicher 16 zwei oder mehr Phasenänderungsmaterialien enthält, die so ausgewählt wurden, daß sie Phasenänderungen bei Temperaturen unterliegen, die wenigstens etwa 5ºC auseinanderliegen, d.h. ihre kritischen Temperaturen liegen mindestens etwa 5ºC auseinander. In einigen Ausführungsformen enthält der Wärmespeicher 16 vorzugsweise Phasenänderungsmaterialien, die vier oder mehr kritische Temperaturen aufweisen. Auf diese Weise sind der nützliche Erwärmungseffekt des Wärmespeichers 16 und der resultierende Widerstand gegen Tau- oder Reifbildung über einen größeren Teil des Umgebungstemperaturbereichs verteilt. Wenn außerdem das Schild während des Tages lediglich auf eine leicht erhöhte Temperatur erwärmt wird, wird typischerweise wenigstens das Phasenänderungsmaterial mit der niedrigsten kritischen Temperatur zur effektiven Funktionsweise während der Nacht aktiviert.
• Um in derartigen Fällen den Tau- und Reifbildungswiderstand über größere Temperaturbereiche und längere Zeitperioden zu optimieren, wird es typischerweise vorgezogen, daß der Wärmespeicher 16 eine große Wärmekapazität besitzt, indem z.B. Phasenänderungsmaterial verwendet wird, das über eine beträchtliche Schmelzwärme verfügt, oder indem große Mengen von Phasenänderungsmaterial verwendet werden. Des weiteren wird es typischerweise bevorzugt, daß der Wärmefluß von dem Wärmespeicher 16 zu der äußeren Schicht 12 und zu der Anzeigefläche 14 reguliert wird, z.B. durch Vorsehen einer Isolierung zwischen dem Wärmespeicher 16 und der Anzeigefläche 14. In einigen Fällen kann die Isolierung durch die äußere Schicht 12 vorgesehen werden, wenn sie beispielsweise aus einer Polymerplatte von geeigneter Dicke besteht, oder durch ein zusätzliches Element (nicht dargestellt), das in die Schildkonstruktion eingebaut ist, z.B. zwischen der äußeren Schicht 12 und dem Wärmespeicher 16, beispielsweise kann ein Schaumbindemittel darin verwendet werden. Eine derartige Regulierung des Wärmeflusses führt zur Verlangsamung der Geschwindigkeit, mit der der Wärmespeicher 16 Wärme an die Anzeigefläche 14 abgibt, sie sollte den Wärmefluß jedoch nicht soweit verlangsamen, daß die Anzeigefläche 14 während Perioden abnehmender Umgebungstemperatur zu schnell auskühlt, was eine Verschlechterung des gewünschten Widerstandes gegen Tau- und Reifbildung nach sich zieht. Die Bestimmung der optimalen Isolierung wird für eine spezielle Ausführungsform von der erwarteten Umgebungstemperatur und den Feuchtigkeitsbedingungen und von den Kennwerten des Wärmespeichers 16 und der Anzeigefl&sup4;che 14 abhängen und kann leicht empirisch ermittelt werden.
• Einige veranschaulichende Beispiele von Materialien, die in dem Wärmespeicher 16 verwendet werden können, umfassen kristalline Harze, wie sie in dem US-Patent Nr. 4,259,198 (Kreibich et al.) und in dem US-Patent Nr. 4,487,856 (Anderson et al.) offenbart sind. Das US-Patent Nr. 4,756,958 (Bryant et al.) offenbart Fasern mit Wärmespeichereigenschaften, die in Wärmespeichern der Erfindung verwendet werden können. Die US-Patente Nr. 4,504,402 (Chen et al.), Nr. 4,505,953 (Chen et al.), Nr. 4,513,053 (Chen et al.) und Nr. 4,708,812 (Hatfield) offenbaren gekapselte Phasenänderungsmaterialien und Verfahren zur Herstellung derselben, die in der Praxis der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Weitere Phasenänderungsmaterialien, die für bestimmte Anwendungen geeignet sind, werden den Fachleuten bekannt werden.
• Der Wärmespeicher 16 kann im wesentlichen eine Tafel oder eine Menge von Phasenänderungsmaterial umfassen, wie in dem US-Patent Nr. 3,356,828 (Furness) offenbart ist. Typischerweise wird es jedoch vorgezogen, daß, wie oben beschrieben, das Phasenänderungsmaterial in gekapselter Form vorliegt, oder in einer anderen kleinen handlichen Größe. Ein Vorteil von Formen, wie der oben beschriebenen Kapseln, besteht darin, daß sie typischerweise leicht handhabbar sind, so daß die Fertigung eines Schildes der Erfindung bequemer ist. Weitere Vorteile der Verwendung gekapselter Phasenänderungsmaterialien bestehen darin, daß gekapselte Phasenänderungsmaterialien, die verschiedene kritische Temperaturen besitzen, eingestreut werden können, so daß der Wärmespeicher 16 mit im wesentlichen über seine Fläche einheitlichen Eigenschaften ausgestattet werden kann, und daß der volle Vorteil, über Mehrfach-Phasenänderungsmaterialien zu verfügen, im wesentlichen entlang der gesamten Anzeigefläche 14 vorgesehen werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine optimale Kombination von Phasenänderungsmaterialien für eine spezielle Schildanwendung unter Verwendung gekapselten Materials bequemerweise vorgesehen werden kann. Kapseln aus Phasenänderungsmaterial können in Röhrchen zusammengesetzt werden oder können in ausgehärteten Massen aus Kapseln und Bindemittel ummantelt werden. Wenn es erwünscht ist, können Phasenänderungsmaterialien direkt in versiegelten Röhrchen oder in anderen Hohlräumen in nichtgekapselter Form angeordnet werden.
• In einer alternativen Ausführungsform enthält der Wärmespeicher 16 eine Wabenstruktur mit Zellen, die mit Phasenänderungsmaterialien gefüllt sind, nach Wunsch in nichtgekapselter, in gekapselter oder in einer anderen Form. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß der Wärmespeicher 16 so konstruiert sein kann, daß er dem Schild 10 zusätzlich zu dem oben diskutierten Widerstand gegen Tau- und Reifbildung erhöhtes Tragvermögen verleihen kann.
• Wahlweise kann das Schild 10 des weiteren eine Wärmesperre 18 auf der der äußeren Schicht 12 entgegengesetzten Seite des Wärmespeichers 16 umfassen. Die Wärmesperre 18 isoliert den Wärmespeicher 16, so daß während Perioden sinkender Umgebungstemperatur der größere Teil der von dem Wärmespeicher 16 abgegebenen Wärme eher zu der äußeren Schicht 12 als unmittelbar in die Umgebung fließt. Auf diese Weise wird von dem gleichen Wärmespeicher ein größerer Widerstand gegen Tau- und Reifbildung erreicht.
• Ein weiterer Vorteil der wahlweisen Wärmesperre 18 besteht darin, daß sie dem Schild 10 zusätzliche konstruktive Integrität, z.B., erhöhte Tragfähigkeit, Maßbeständigkeit, Steifigkeit usw., verleihen kann. Veranschaulichende Beispiele von Materialien, die in der wahlweisen Wärmesperre 18 verwendet werden können, umfassen Holztafeln, Schaumtafeln, Schaumkernplatten usw.
Beispiele
• Die Erfindung wird des weiteren durch die folgenden veranschaulichenden Beispiele erläutert, die keine Einschränkung darstellen sollen.
Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel A
• Ein Wärmespeicher wurde wie folgt hergestellt. Eine quadratische Tafel in der Größe 2 Fuß mal 2 Fuß (120 Zentimeter mal 120 Zentimeter) mit einer Dicke von 1 Zoll (2,5 Zentimeter), aus auf der Innenseite mit TEFLON beschichteter Preßpappe wurde flachgelegt, und entlang dem Umfang davon wurden mit TEFLON beschichtete quadratische Aluminiumstäbe mit einer Seitenlänge von 3/8 Zoll (1 Zentimeter) verlegt, um eine Form vorzusehen. Dann wurde eine Schicht aus 0,75 ounce/yard² (25 Gramm/Meter ) schwerem Glasfasergewebe in den Formhohlraum gelegt. Der Formhohlraum wurde in vier (4) Längsbereiche von ungefähr gleicher Breite unterteilt, die als Zone A, Zone B, Zone C bzw. Zone D bezeichnet wurden.
• Zwei Phasenänderungsmaterialien wurden verwendet. Das erste war 1-Dodecanol von der Aldrich Chemical Company mit einer kritischen Temperatur oder einem Phasenumwandlungspunkt von etwa 75ºF bis 80ºF (24ºC bis 27ºC). Das zweite war eine Mischung aus 1 Teil Wachs WITCO 85010-1 mit einer kritischen Temperatur von etwa 50ºF bis 60ºF (10ºC bis 16ºC) von der Witco Chemical Company und 1 Teil 1-Dodecanol. Eine Anzahl von dünnwandigen Aluminiumrohren mit einem Außendurchmesser von 3/8 Zoll (1 Zentimeter) wurde mit einem der Phasenänderungsmaterialien gefüllt.
• Als das Schild zusammengebaut wurde, wurden Phasenänderungsmaterialien enthaltende Röhrchen in einer Ebene dicht zusammengepackt, etwa 12 Röhrchen in jeder sechs Zoll breiten Zone. Zone A enthielt nur Röhrchen, die mit dem ersten Phasenänderungsmaterial gefüllt waren, Zone B enthielt Röhrchen, die mit dem ersten Phasenänderungsmaterial gefüllt waren, im Wechsel mit Röhrchen, die mit dem zweiten Phasenänderungsmaterial gefüllt waren, Zone C enthielt nur Röhrchen, die mit dem zweiten Phasenänderungsmaterial gefüllt waren, und Zone D enthielt lediglich syntaktischen Schaumstoff. Der Schaumstoff bestand aus 1400 Gramm COREZYN 95-BA-26, einem härtbaren Polyester von der Commercial Resins Division der Inter-Plastic Corporation, 2000 Kubikzentimeter hohle Mikrokügelchen aus Glas mit einem Durchmesser von etwa 10 bis 100 Mikron und 14 Gramm Methylethylketonphosphat als Katalysator. Nach dem Füllen des Formhohlraums wurde eine zweite Schicht aus Glasfasergewebe und mit TEFLON beschichteter Preßpappe darübergelegt, und der Schaumstoff konnte aushärten Nach dem Aushärten wurde die Form auseinandergenommen, um einen Wärmespeicher freizugeben.
• Ein Stück SCOTCHLITE-Rückstrahlungsfolie von 3M wurde auf die eine Seite des Wärmespeichers auflaminiert, so daß sich das Schild 1 ergab.
• Das Vergleichsschild A war ein herkömmliches Schild, umfassend ein Stück der gleichen Rückstrahlungsfolie, die auf eine Aluminium-Tragplatte auflaminiert war.
• Das Schild 1 und das Vergleichsschild A wurden für eine Dauer von mehreren Tagen und Nächten in Dunedin, Florida, während der Monate November und Dezember der Witterung ausgesetzt. Sie wurden während des Tages in offenen, schattierten Carports gelassen und an Abenden, an denen an anderen Gegenständen Taubildung beobachtet wurde, im Freien aufgestellt. Im November schwankte die Temperatur typischerweise zwischen Höchstwerten von etwa 80 ºF (27ºC) und Tiefstwerten von etwa 60 ºF (15 ºC), und Taubildung wurde in den meisten Nächten festgestellt. Im Dezember lagen die Höchstwerte typischerweise zwischen etwa 60 und 80ºF (15 und 27ºC) und die Tiefstwerte typischerweise zwischen etwa 40 und 50ºF (4 und 10ºC), und die relative Feuchte war bei der weniger häufig beobachteten Taubildung niedriger.
• Es wurde beobachtet, daß die Zonen A und B des Schildes 1 der Taubildung mindestens bis zum frühen Morgen widerstanden, d.h. bis etwa 4 Uhr morgens, selbst in Nächten mit starker Taubildung. Es wurde festgestellt, daß die Zone C der Taubildung in den beiden kältesten Nächten widerstand, wenn die Umgebungstemperaturen etwa 60ºF oder darunter erreichten, jedoch weniger wirksam war als die Zonen A und B, wenn die Temperaturen nicht unter diesen Punkt absanken. Es wurde beobachtet, daß während des letzten Teils der Versuchsperiode, als die Nächte für die Zone C kühl genug waren, daß sie ihren wirksamsten Widerstand gegen Taubildung entwickelte, die Zone A nicht die Wirksamkeit zeigte, die sie während des wärmeren Teils der Versuchsperiode gezeigt hatte. Angesichts der Tatsache, daß während des letzten Teils der Versuchsperiode die Tage außerdem die Tendenz zeigten, etwas kühler zu sein, wird angenommen, daß die Zone A während der Tage nicht ausreichend erwärmt wurde, um aktiviert zu werden. Typischerweise wurde beobachtet, daß die Zone D der Taubildung für etwa 1 Stunde widersteht, und daß das Vergleichsschild A für etwa 1/2 Stunden, nachdem es im Freien aufgestellt wurde, der Taubildung widersteht.
Beispiel 2
• Das folgende ist ein veranschaulichendes Beispiel eines vorgeschlagenen, gegen Tau- und Reifbildung widerstandsfähigen Schildes.
• Ein Wärmespeicher könnte wie folgt hergestellt werden. Eine quadratische Tafel in der Größe 2 Fuß mal 2 Fuß (120 Zentimeter mal 120 Zentimeter) mit einer Dicke von 1 Zoll (2,5 Zentimeter), aus auf beiden Seiten mit TEFLON beschichteter Preßpappe wird flachgelegt, und entlang dem Umfang davon werden quadratische Aluminiumstäbe mit einer Seitenlänge von 3/8 Zoll (1 Zentimeter) verlegt, um eine Form vorzusehen. Dann wird eine Schicht aus 0,75 ounce/yard² (25 Gramm/Meter²) schwerem Glasfasergewebe in die Form gelegt.
• Eine Füllmasse umfassend ein härtbares Polyesterharz, wie es in Beispiel 1 verwendet wurde, wird zusammen mit einer Mischung aus drei gekapselten Phasenänderungsmaterialien mit kritischen Temperaturen von 40ºF (4ºC), 60ºF (15ºC) bzw. 80ºF (27ºC) in die Form gegossen, und dann wird ein weiteres Stück Glasfasergewebe darübergelegt und eine zweite mit TEFLON beschichtete Preßpappetafel daraufgelegt.
• Nach der Polymerisation wird die Form zerlegt, um einen selbsttragenden Wärmespeicher freizulegen. Ein Stück SCOTCHLITE-Rückstrahlungsfolie von 3M wird auf die eine Seite des Speichers auflaminiert, und auf die andere Seite wird als eine Wärmesperre ein 1 Zoll (2,5 Zentimeter) dikkes Stück Polystyrolschaum-Isolierung auflaminiert.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird davon ausgegangen, daß das sich ergebende Schild einen wirksamen Widerstand gegen Tau- und Reifbildung über einen breiten Temperaturbereich bieten wird, wodurch die Lesbarkeit des Schildes verbessert wird.
• Verschiedenartige Modifikationen und Veränderungen der Erfindung werden für den Fachmann offensichtlich, ohne vom Rahmen dieser Erfindung abzuweichen.

Claims (9)

1. Schild (10) umfassend wenigstens eine äußere Schicht (12), die eine mit Zeichen versehene Anzeigefläche (14) aufweist, und einen Wärmespeicher (16) hinter der äußeren Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher ein oder mehrere Phasenänderungsmaterial(ien) enthält, die bei einer Temperatur zwischen etwa -20ºC und etwa 40ºC mindestens einer Phasenänderung unterliegen.

2. Schild nach Anspruch 1, bei dem der Wärmespeicher (16) zwei oder mehr der Phasenänderungsmaterialien enthält, wobei die Phasenänderungsmaterialien bei Temperaturen, die mindestens SOC auseinanderliegen, einer Phasenänderung unterliegen.

3. Schild nach Anspruch 2, bei dem der Wärmespeicher (16) zwei oder mehr der Phasenänderungsmaterialien enthält, wobei die Phasenänderungsmaterialien bei Temperaturen, die mindestens 10ºC auseinanderliegen, einer Phasenänderung unterliegen.

4. Schild nach Anspruch 2, bei dem die Phasenänderungsmaterialien im wesentlichen gleichmäßig verteilt sind, so daß die Eigenschaften des Wärmespeichers auf seiner gesamten Fläche im wesentlichen einheitlich sind.

5. Schild nach Anspruch 1, bei dem das Phasenänderungsmaterial gekapselt ist.

6. Schild nach Anspruch 5, bei dem der Wärmespeicher (16) des weiteren ein Bindemittel enthält, in dem das gekapselte Phasenänderungsmaterial verteilt ist.

7. Schild nach Anspruch 1, bei dem wenigstens ein Teil der Anzeigefläche rückstrahlend ist.

8. Schild nach Anspruch 1, des weiteren umfassend eine oder mehrere äußere Schichten mit solchen Anzeigeflächen.

9. Schild nach Anspruch 1, des weiteren umfassend eine Wärmesperre (18), die auf der der äußeren Schicht entgegengesetzten Seite des Wärmespeichers angeordnet ist.