WO2011060933A1 - Temperaturindikator für die optische anzeige einer temperatur unterhalb der raumtemperatur - Google Patents

Temperaturindikator für die optische anzeige einer temperatur unterhalb der raumtemperatur Download PDF

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WO2011060933A1
WO2011060933A1 PCT/EP2010/007010 EP2010007010W WO2011060933A1 WO 2011060933 A1 WO2011060933 A1 WO 2011060933A1 EP 2010007010 W EP2010007010 W EP 2010007010W WO 2011060933 A1 WO2011060933 A1 WO 2011060933A1
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WO
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temperature
temperature indicator
indicator according
heat
film
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/007010
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gernot Ludescher
Erhard Lengfeldner
Original Assignee
On Point Indicators Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by On Point Indicators Gmbh filed Critical On Point Indicators Gmbh
Priority to EP10785342A priority Critical patent/EP2502039A1/de
Publication of WO2011060933A1 publication Critical patent/WO2011060933A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/12—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance

Definitions

  • Temperature indicator for visual indication of a temperature below the
  • the invention relates to a device for the visual display of a temperature of a specimen below the room temperature with protection against the action of undesirable disturbance temperatures.
  • W0102168A1 an indicator of a transparent laminate with one or more color-changing thermochromic materials is described.
  • Layer structure has at least one substantially gas-impermeable or UV light-impermeable layer.
  • a disadvantage of the cited document, however, is that a UV filter layer is needed to protect the underlying thermochromatic layer against UV light.
  • a gas-tight encapsulation is needed to protect the temperature-sensitive layer against the action of gases.
  • the disadvantage is given that the temperature-indicating element is not covered by an insulation space and therefore a thermally conductive contact with the overlying layers is given.
  • This has the disadvantage that a temperature effect on one of the upper cover layers is introduced directly in the form of heat conduction to the temperature indicator, which therefore leads to a false indication.
  • This means that such a temperature indicator is not suitable when it comes to the fact that incorrect influences (disturbance temperatures), such. B. an external heat radiation, a warming light radiation or the like should not lead to a false report.
  • CONFIRMATION COPY or comes from the outside, be registered directly on the heat-conducting cover layers on the temperature indicator, which therefore leads to a false report.
  • WO9924799A1 discloses a device for detecting the thawing of frozen food, wherein released liquid water is checked during thawing.
  • the device consists of a laminated layer composite, wherein at least one permeable layer, preferably paper, is used, and the indicator material provides water for the color change when a predetermined temperature is exceeded.
  • the temperature indicator is not suitable for displaying an unwanted indication of a temperature change that is not originated by the DUT.
  • the invention is therefore compared to this document, the object to provide a temperature indicator for displaying a temperature of a specimen below the room temperature, which does not lead to a false reading when exposed to outside higher temperatures and therefore only indicates a temperature of the DUT itself is generated, on which the temperature indicator is attached. External heat radiation or temperature influences should not lead to a false indication of the temperature indicator.
  • a feature of the invention is therefore that an external external influence, which does not come from the device under test itself, does not lead to a false indication of the temperature indicator.
  • the present description distinguishes between a disturbing temperature acting on the indicator from the outside and opposite the surface of the specimen, which should not lead to a false indication of the indicator and a measuring or detection temperature of a specimen to act on the temperature indicator without interference by the disturbance temperature .
  • An essential feature of the invention is therefore that the surface to be detected is connected directly or via good heat-conducting layers with the temperature or temperature to be detected layer or substrate and that on the, the layer or the substrate side facing away from an insulating layer is arranged in the form of a heat insulator which prevents the action of a disturbing heat (unwanted heat, leading to the false indication of the indicator) on the temperature indicator.
  • the heat insulator is formed as an air cavity, which is filled with a heat-insulating gas or a good heat-insulating liquid or solid substance.
  • a laminate with at least one color-changing material and an overlying, at least partially transparent layer or at least partially transparent film is used.
  • This layer need not be gas impermeable, but only a spacing to the color changing material needs to be achieved, and this layer must also be UV transparent.
  • the invention describes a temperature indicator whose structure delays the temperature difference between a substrate and the ambient temperatures such that an underlying temperature-sensitive layer preferably reacts to the substrate temperature without the influence of the ambient temperature.
  • Temperature-sensitive layers especially when they move below room temperature, have the disadvantage that the temperature is manipulated by external influences in such a way that it is no longer possible to detect the real object temperature. Likewise, heat is applied in the short term during physical contact or other heat sources, so that a falsified measurement result is achieved.
  • the indicator substance is arranged in a recess which faces away from the test object, wherein the recess provides a shelter, which is formed as poor as possible thermally conductive. For this reason, it is preferred if the recess is filled with a sealing gas or air or vacuum, so that this medium, which is to prevent the heat transfer from the recess to the indicator substance, is held as possible sealing in this recess.
  • a good and effective heat transfer from the test specimen to the indicator substance is achieved from one side, and from the opposite side a heat transfer to the indicator substance is to be prevented.
  • the recess is filled with a poorly heat-conductive material, in particular a gas or air or even a vacuum or other, optically at least semi-permeable material, such.
  • a heat-insulating gel a heat-insulating liquid or heat-insulating solids.
  • Such heat-insulating hollow body are preferably formed as (heat insulating trained) glass bubbles, which fill the recess.
  • the height of the recess is to be optimized in relation to the thickness of the indicator substance. It is to be achieved that the insulating cavity surrounds the indicator substance from the side facing away from the test object in order to achieve good thermal insulation there. Accordingly, it is not necessary for the solution that the recess is rectangular in profile. It can also be arcuate.
  • the wall boundary of the recess may also be formed in the form of a protective cap, which is sealingly mounted on the surface of the specimen and below which the indicator substance is applied directly to the specimen.
  • the invention assumes that the temperature of the test object or of the test object surface is always lower than the ambient temperature in which the test object is arranged. This means that the specimen is always colder than the ambient temperature and that the heat rays acting on the indicator away from the side facing away from the specimen should not lead to a false reading, but that only the lower temperature of the specimen is displayed correctly.
  • the indicator substance should always be from its nominal value below room temperature, i. H. are in direct thermal contact with the cooler DUT.
  • the invention accordingly relates to a device by which the temperature difference between a test specimen and ambient temperatures is delayed such that an underlying temperature-sensitive layer (irreversible) perceives it preferably only to the striglingstemperatur without influence of the ambient temperature, wherein the thermoreactive layer in fixed contact to the observing DUT is and is separated by an atmospheric protective layer to the environment.
  • the temperature-sensitive device reacts to fluctuating temperatures, wherein the indicator side faces the object to be measured and is covered or surrounded by a gaseous protective layer and is protected against unwanted thermal interference.
  • thermo-reactive substance has a thermal protection, which retards a thermal equilibrium between two different temperature poles.
  • Figure 1 schematically a section through a first embodiment of a
  • FIG. 2 the plan view of the temperature indicator according to FIG. 1
  • FIG. 4 shows an embodiment modified in comparison to FIG
  • FIG. 7 shows a fourth modification.
  • the schematic section through a device () is shown on the surface (9) of an object (0).
  • the surface (9) and the object (10) exemplify a container in the form of a bottle or a bag, or a box, or a package, or other temperature-sensitive test specimen, wherein the surface (9) the surface of a film or a molded article, and the object may be a liquid or a pasty substance or a food and the like.
  • the surface (9) can also be directly the surface of the object (10).
  • the temperature indicator (1) has a temperature-sensitive, irreversibly color-changing indicator substance (2).
  • the indicator substance (2) is applied on the surface of a carrier substrate film (5).
  • a carrier substrate film (5) is provided, for example and preferably, with an adhesive composite layer (8) and a non-adhesive protective film of non-stick-equipped plastic or paper with a spacer film (3).
  • the spacer film (3) can already have the recess (13) or the recess (13) is in each case only after the assembly the substrates (5, 3) produced by means of a band steel cutting tool or roller cutting tool or by laser or Schneidpiotter.
  • both elements (3, 4) can be manufactured from one part, for example by deep drawing or embossing or injection molding.
  • the air space (12) comes about and allows the longest possible decoupling of the outside temperature (15) from the object surface temperature (9).
  • This decoupling is to ensure that the indicator material (2) when touching the surface of the temperature indicator, for example with a finger, does not directly assume the finger temperature by thermal conduction.
  • this decoupling also applies to the transport of the object (10) with the device (1) through a space with a temperature above the activation temperature.
  • the air space (12) on the other side must be largely transparent, so that the color of the indicator material can be visually or automatically recognized depending on the state.
  • the atmospheric protective layer (12) delays the thermal equilibrium between the temperature of the object (10) and the object surface (9) and thus of the indicator material (2) and the ambient temperature (15), so that a brief increase in the ambient temperature (15) no change in color Episode has.
  • the spacer element (3) can be formed from a closed-cell or open-cell foam-like film of a few tenths of a thickness to about 5 mm in thickness, preferably 0.3 to 3 mm in thickness, and can have one or both sides Adhesive composite layer (6, 7) are performed.
  • Adhesive composite layer (6, 7) are performed.
  • the spacer member (3) may also be formed of a cardboard-like material or a composite laminate.
  • the spacer element (3) has to be provided with a covering layer (4) or covering film (4), and thereby the insulating air space (12) or the atmospheric protective layer (12) is produced above the indicator (2).
  • the cover layer (4) is made for example of a thin transparent plastic film of PET, PETG, oPP, PVC, PP, PMMA, PC, PE or a compound film of the plastics mentioned. Thicknesses of 9 ⁇ to 200 ⁇ , preferably 30 ⁇ to 100 ⁇ used.
  • the film (4) can be designed graphically and in color on the underside or the upper side, and thus instructions for the application of the device (1) can be realized graphically.
  • the indicator material (2) should in any case be in heat-conducting contact with the surface (9) of the object (10).
  • the substrate layer (5) or the substrate film (5) is very thin with about 9 ⁇ to about 150 ⁇ , in particular 30 ⁇ to 100 ⁇ and preferably selected from a thermoplastic and the adhesive layer (8) is only a few 1 ⁇ to 20 ⁇ Thickness.
  • the indicator material (2) can also be arranged on the underside of the substrate film (5) and the adhesive composite layer (8) can be arranged above or recessed. However, it must always be ensured that the indicator substance (2) remains visually recognizable.
  • thermally conductive material Polymethylmethyacrylat is used, which is filled with Leitruß.
  • metal powder filled PMMA can be used with metal powder filled PMMA.
  • the thermally conductive material can be prepared by melting a mixture of 10 to 20 wt .-% nickel and / or silver powder and the corresponding amount of PMMA powder.
  • electrically conductive plastic for example metal ions doped polyacetylene or polythiophene can be used as the conductive material.
  • Metals such as stainless steel, copper or metallized foil are used.
  • FIG. 3 shows an enlarged sectional representation through the situation according to FIG.
  • the air space or cavity should be filled as possible with a poorly heat-conductive material such. B. with an air, a noble gas, a protective gas or a vacuum. It is important that an incident in the direction of arrow 17 on the top of the temperature indicator heat radiation, the z. B. meets the top layer 4, only very much delayed and registered with low heat conduction efficiency according to arrow 18 in the cavity 12.
  • the cavity 12 is always cooled from the side of the specimen 9, 10 in the direction of arrow 19 with high thermal conductivity and high efficiency, so that the low temperature influence in the direction of arrow 18, which could lead to an increase in temperature in the interior of the air space 12, not up to Surface of the indicator substance 2 comes.
  • the indicator substance is in good heat-conducting contact with the surface of the object 10 and in poor heat-conducting contact with the environment of the object 10th
  • FIG. 4 shows, as a modified embodiment, that the recess 13 can also be delimited by a cap 15 on the wall side, which is formed from any heat-insulating material, such as, for example, As a heat-insulating plastic or a laminate, said cap 15 must be at least partially optically transparent to observe the color change of the indicator substance 2 from the outside.
  • a cap 15 on the wall side which is formed from any heat-insulating material, such as, for example, As a heat-insulating plastic or a laminate, said cap 15 must be at least partially optically transparent to observe the color change of the indicator substance 2 from the outside.
  • FIG. 5 shows, as a further exemplary embodiment, that it can be provided that a concave recess 16, in which the indicator substance 2 is formed, is arranged in the object surface 9.
  • the substrate layer 5 or substrate film can also be dispensed with, and according to the exemplary embodiment according to FIG. 5, the indicator substance 2 can be applied directly to the object surface 9.
  • FIG. 6 shows, as a further exemplary embodiment, that the heat-insulating structure according to FIG. 5 can also be omitted on the side of the indicator substance 2 facing away from the object surface and that the structure only consists of a cover layer 4 or of a cover film, but which nevertheless has a recess 13 with an air space 12 around the indicator substance 2 forms to complete this heat-insulating upwards, while down to take place in the direction of the object surface optimized heat transfer.
  • FIG. 7 shows, for all the exemplary embodiments mentioned, that the air space 12 in the recess 13 can also be designed as an insulator filling 21, wherein this insulator filling can be designed as a heat-insulating gel, liquid or solid.
  • the insulator filling 21 consists of hollow glass spheres 22, wherein each glass hollow sphere from about 5 prn to several 100 ⁇ diameter and also has thermally well insulated properties due to the hollow sphere property.
  • the temperature indicator can be made of a transparent blister or a deformable film or by injection molding. Drawing temperature indicator

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Abstract

Temperaturindikator mit thermochromer Farbänderung für die optische Anzeige einer Temperatur eines Objektes unterhalb der Raumtemperatur zur Erfassung der Oberflächen-Temperatur dieses Objektes, dadurch gekennzeichnet, dass die zu detektierende Oberfläche direkt oder über gut wärmeleitende Schichten mit der hinsichtlich der Temperatur zu erfassenden Oberfläche verbunden ist und dass auf der der Oberfläche abgewandten Seite eine Isolationsschicht in Form eines Wärmeisolators angeordnet ist, der die Einwirkung einer Störwärme (nicht erwünschte Wärmeeinwirkung, die zur Fehlanzeige des Indikators führt) auf den Temperatur-Indikator verhindert.

Description

Temperaturindikator für die optische Anzeige einer Temperatur unterhalb der
Raumtemperatur
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die optische Anzeige einer Temperatur eines Prüflings unterhalb der Raumtemperatur mit Schutz gegenüber Einwirkung unerwünschter Störtemperaturen. In der W0102168A1 wird ein Indikator aus einem transparenten Laminat mit einem oder mehreren farbändernden thermochromen Materialien beschrieben. Der
Schichtaufbau weist zumindest eine im Wesentlichen gasundurchlässige oder UV Licht undurchlässige Schicht auf. Nachteil bei der genannten Druckschrift ist allerdings, dass eine UV-Filterschicht benötigt wird, um die darunterliegende thermochromatische Schicht gegen UV- Lichteinflüsse zu schützen. Zusätzlich wird eine gasdichte Verkapselung benötigt, um die temperaturempfindliche Schicht gegen die Einwirkung von Gasen zu schützen.
Bei der genannten Druckschrift ist der Nachteil gegeben, dass das temperaturanzeigende Element nicht von einem Isolationsraum abgedeckt ist und daher ein wärmeleitender Kontakt mit den darüber liegenden Deckschichten gegeben ist. Damit besteht der Nachteil, dass eine Temperatureinwirkung auf eine der oberen Deckschichten unmittelbar in Form einer Wärmeleitung auf den Temperaturindikator eingeleitet wird, der deshalb zu einer Fehlanzeige führt. Dies bedeutet, dass ein solcher Temperaturindikator nicht geeignet ist, wenn es darum geht, dass Fehleinflüsse (Störtemperaturen), wie z. B. eine außen liegende Wärmestrahlung, eine erwärmende Lichtstrahlung oder dergleichen nicht dazu führen sollen, zu einer Fehlanzeige zu führen.
Nachteil der genannten Druckschrift WO0102168A1 ist demgemäß, dass ein Wärmeisolator oberhalb des Temperaturindikators fehlt. Damit ist der Nachteil verbunden, dass eine schädliche Einwirkung von Wärmestrahlung, die von oben
BESTÄTIGUNGSKOPIE oder von außen kommt, direkt über die wärmeleitenden Deckschichten auf den Temperaturindikator eingetragen werden, der deshalb zu einer Fehlanzeige führt.
In der W09924799A1 wird eine Anordnung zur Detektion des Auftauens von tiefgefrorenen Nahrungsmitteln genannt, wobei freigesetztes flüssiges Wasser während des Auftauens geprüft wird. Die Vorrichtung besteht aus einem laminierten Schichtverbund, wobei zumindest eine permeable Schicht, bevorzugt Papier, verwendet wird, und das Indikatormaterial mit Wasser für den Farbumschlag bei Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur sorgt.
Bei der bekannten Druckschrift ist zwar eine Ausnehmung vorhanden, die mit einem flüssigen oder halbflüssigen Substrat gefüllt ist. Diese Anordnung ist jedoch nicht geeignet, Fehlanzeigen zu verhindern, wenn von außen eine Temperaturänderung einwirkt, die nicht vom Prüfling her rührt. Deshalb ist der Temperaturindikator nicht geeignet, eine ungewollte Anzeige einer Temperaturänderung anzuzeigen, die nicht originär vom Prüfling stammt.
Der Erfindung liegt deshalb gegenüber dieser Druckschrift die Aufgabe zugrunde, einen Temperaturindikator für die Anzeige einer Temperatur eines Prüflings unterhalb der Raumtemperatur zu schaffen, der bei Einwirkung von außen liegenden höheren Temperaturen nicht zu einer Fehlanzeige führt und der deshalb nur eine Temperatur anzeigt, die vom Prüfling selbst erzeugt wird, auf der der Temperaturindikator angebracht ist. Außen liegende Wärmestrahlungen oder Temperatureinflüsse sollen nicht zu einer Fehlanzeige des Temperaturindikators führen. Merkmal der Erfindung ist es deshalb, dass eine Fremdtemperatureinwirkung von außen, die nicht vom Prüfling selbst stammt, nicht zu einer Fehlanzeige des Temperaturindikators führt. Die vorliegende Beschreibung unterscheidet zwischen einer von außen und gegenüber liegend der Oberfläche des Prüflings auf den Indikator einwirkende Störtemperatur, die nicht zu einer Fehlanzeige des Indikators führen soll und einer Mess- oder Erfassungstemperatur eines Prüflings, die auf den Temperaturindikator ohne Störung durch die Störtemperatur einwirken soll. Wesentliches Merkmal der Erfindung ist demzufolge, dass die zu detektierende Oberfläche direkt oder über gut wärmeleitende Schichten mit der hinsichtlich der Temperatur zu erfassenden Schicht oder Substrat verbunden ist und dass auf der, der Schicht oder dem Substrat abgewandten Seite eine Isolationsschicht in Form eines Wärmeisolators angeordnet ist, der die Einwirkung einer Störwärme (nicht erwünschte Wärmeeinwirkung, die zur Fehlanzeige des Indikators führt) auf den Temperatur-Indikator verhindert. In einer bevorzugten Ausführung ist der Wärmeisolator als Lufthohlraum ausgebildet, der mit einem wärmeisolierenden Gas oder einer gut wärmeisolierenden flüssigen oder festen Substanz gefüllt ist.
In der vorliegenden Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform ein Laminat mit zumindest einem farbändernden Material und einer darüber angeordneten, zumindest teilweise transparenten Schicht beziehungsweise zumindest teilweise transparenten Folie verwendet.
Diese Schicht muss nicht gasundurchlässig sein, sondern es muss lediglich eine Beabstandung zum farbändernden Material erreicht werden und diese Schicht muss überdies UV Licht durchlässig sein.
Die Erfindung beschreibt einen Temperaturindikator, dessen Aufbau den Temperaturunterschied zwischen einem Substrat und der Umgebungstemperaturen derart verzögert, dass eine darunter liegende temperatursensitive Schicht bevorzugt auf die Substrattemperatur ohne Einfluss der Umgebungstemperatur reagiert.
Temperatursensitive Schichten, speziell wenn sich diese unterhalb der Raumtemperatur bewegen, weisen den Nachteil auf, dass durch äußere Einflüsse die Temperatur derart manipuliert wird, dass nicht mehr die reale Objekttemperatur erkennbar ist. Ebenso wird bei Körperkontakt oder anderen Wärmequellen kurzfristig Wärme eingebracht, sodass ein verfälschtes Messergebnis zu Stande kommt. Kern der vorliegenden Erfindung liegt dem gemäß darin, dass die Indikatorsubstanz in einer Ausnehmung angeordnet ist, die vom Prüfling abgewandt ist, wobei die Ausnehmung einen Schutzraum bietet, der möglichst schlecht wärmeleitend ausgebildet ist. Aus diesem Grund wird es bevorzugt, wenn die Ausnehmung mit einem Luft oder Gas oder Vakuum abdichtend ausgefüllt ist, so dass dieses Medium, welches den Wärmeübergang von der Ausnehmung auf die Indikatorsubstanz verhindern soll, möglichst abdichtend in dieser Ausnehmung gehalten ist.
Wesentlich ist, dass ein möglichst guter oder effektiver Wärmeübergang von dem Prüfling auf die Unterseite der Indikatorsubstanz erreicht wird und dass die gegenüberliegende Seite, über die eine Störwärme eingetragen werden könnte, mit schlechter Wärmeleitfähigkeit versehen ist, was erfindungsgemäß z. B. durch die Anordnung einer Ausnehmung jenseits des Prüflings und oberhalb der Indikatorsubstanz erreicht wird.
Es wird also einerseits eine gute und effektive Wärmeübertragung vom Prüfling auf die Indikatorsubstanz von der einen Seite erreicht, und von der gegenüberliegenden Seite soll eine Wärmeübertragung auf die Indikatorsubstanz verhindert werden. Damit wird ein Temperaturgradient zwischen der dem Prüfling zugewandten Seite der Indikatorsubstanz und der vom Prüfling abgewandten Seite der Indikatorsubstanz geschaffen, was dazu führt, dass nur noch die Wärmeleitung von dem Prüfling auf die Indikatorsubstanz vorhanden ist, und Fremdeinflüsse, die von der gegenüberliegenden Seite des Prüflings auf die Indikatorsubstanz einwirken, nicht mehr die Indikatorsubstanz erreichen können.
Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass die Ausnehmung mit einem schlecht wärmeleitenden Material gefüllt ist, insbesondere einem Gas oder auch Luft oder auch einem Vakuum oder einem anderen, optisch mindestens halbdurchlässigen Material, wie z. B. einem wärmeisolierenden Gel, einer wärmeisolierenden Flüssigkeit oder auch wärmeisolierenden Festkörpern.
Solche wärmeisolierenden Hohlkörper sind bevorzugt als (wärmeisolierend ausgebildete) Glashohlkugeln ausgebildet, welche die Ausnehmung ausfüllen. Hierbei soll die Höhe der Ausnehmung in Bezug zur Dicke der Indikatorsubstanz optimiert werden. Es soll erreicht werden, dass der isolierende Hohlraum die Indikatorsubstanz von der vom Prüfling abgewandten Seite umgibt, um dort eine gute Wärmeisolation zu erreichen. Dementsprechend ist es nicht lösungsnotwendig, dass die Ausnehmung im Profil rechteckförmig ausgebildet ist. Sie kann auch bogenförmig ausgebildet sein. Die Wandbegrenzung der Ausnehmung kann auch in Form einer Schutzkappe ausgebildet sein, die abdichtend auf der Oberfläche des Prüflings angebracht ist und unterhalb der die Indikatorsubstanz direkt auf den Prüfling aufgebracht ist.
Wichtig ist, dass auch die Stirnseiten der Indikatorsubstanz in möglichst schlechtem wärmeleitenden Verbund zu den übrigen umgebenden Stoffen gehalten sind, was bedeutet, dass diese Stirnseiten nicht unmittelbar in wärmeleitendem Kontakt mit den übrigen nach außen gerichteten Flächen des Indikators verbunden sind.
Es geht also um eine besonders günstige nicht wärmeleitende Schicht oder Umgebung der Indikatorsubstanz in Bezug auf die vom Prüfling abgewandten Umgebungsflächen. Die Erfindung geht deshalb in allen Ausführungsbeispielen davon aus, dass die Temperatur des Prüflings oder der Prüflingsoberfläche stets niedriger ist als die Umgebungstemperatur, in welcher der Prüfling angeordnet ist. Dies bedeutet, dass der Prüfling immer kälter ist als die Umgebungstemperatur und dass die von der vom Prüfling abgewandten Seite auf den Indikator einwirkenden Wärmestrahlungen nicht zu einer Fehlanzeige führen sollen, sondern dass lediglich die tiefere Temperatur des Prüflings korrekt angezeigt wird.
Deshalb soll die Indikatorsubstanz immer von ihrem Nominalwert unterhalb der Raumtemperatur sein, d. h. sich in direktem Wärmekontakt mit dem kühleren Prüfling befinden.
Demzufolge soll sich die Indikatorsubstanz in thermischem Gleichgewicht mit der Oberfläche des Prüflings befinden. Die Erfindung betrifft demgemäß eine Vorrichtung durch welche der Temperaturunterschied zwischen einem Prüfling und Umgebungstemperaturen derart verzögert wird, dass eine darunter liegende temperatursensitive Schicht (irreversibel) diesen bevorzugt nur auf die Prüflingstemperatur ohne Einfluss der Umgebungstemperatur wahrnimmt, wobei die thermoreaktive Schichte im festen Kontakt zum beobachtenden Prüfling ist und durch eine atmosphärische Schutzschicht zur Umgebung getrennt ist.
In einer anderen Ausführung reagiert die temperatursensitive Vorrichtung auf schwankende Temperaturen, wobei die Indikatorseite dem zu messenden Objekt zugewandt ist und durch eine gasförmige Schutzschicht überzogen oder umgeben ist und gegen ungewollte thermische Störeinflüsse geschützt ist.
Die thermoreaktiven Substanz hat einen thermischen Schutz, der zwischen zwei unterschiedlichen Temperaturpolen ein thermisches Gleichgewicht verzögert.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.
Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
Es zeigen:
Figur 1 : schematisiert einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines
Temperaturindikators Figur 2: die Draufsicht auf den Temperaturindikator nach Figur 1
Figur 3: ein vergrößertes Schnittbild durch den Temperaturindikator
nach Figur 1
Figur 4: eine gegenüber Figur 3 abgewandelte Ausführungsform
Figur 5: eine weitere Abwandlungsform
Figur 6: eine dritte Abwandlungsform
Figur 7: eine vierte Abwandlungsform In Figur 1 ist der schematische Schnitt durch eine Vorrichtung ( ) auf der Oberfläche (9) eines Objektes ( 0) dargestellt.
Die Oberfläche (9) und das Objekt (10) stellen beispielhaft einen Behälter in Form einer Flasche oder eines Beutels, oder einer Kiste, oder eines Paket, oder eines anderen temperatursensitiven Prüflings dar, wobei die Oberfläche (9) dabei die Oberfläche einer Folie oder eines Formteils, und das Objekt eine Flüssigkeit oder eine pastöse Substanz oder ein Nahrungsmittel und dergleichen sein kann. Es kann jedoch die Oberfläche (9) auch direkt die Oberfläche des Objektes (10) sein.
Der Temperaturindikator (1 ) weist eine temperatursensitive, irreversibel farb- ändernde Indikatorsubstanz (2) auf.
Die Indikatorsubstanz (2) ist auf der Oberfläche einer Trägersubstratfolie (5) aufgebracht. In einer ersten Ausführungsform wird eine Trägersubstratfolie (5) beispielsweise und bevorzugt mit einer Haftverbundschicht (8) und einer nicht gezeichneten Schutzfolie aus antihaft-ausgerüstetem Kunststoff oder Papier mit einer Abstandshaltefolie (3) versehen. Die Abstandshaltefolie (3) kann dabei bereits die Ausnehmung (13) aufweisen oder die Ausnehmung (13) wird jeweils erst nach der Zusammenfügung der Substrate (5, 3) mittels Bandstahlschnittwerkzeug oder Rollenschneidwerkzeug oder durch Laser oder Schneidpiotter hergestellt.
In einer Weiterbildung der Ausführung des Abstandshalteelementes (3) und der Deckfolie (4) können beide Elemente (3, 4) aus einem Teil beispielsweise durch Tiefziehen oder Prägen oder Spritzguss gefertigt werden. Ganz wesentlich dabei ist, dass der Luftraum (12) zustande kommt und eine möglichst anhaltende Entkoppelung der Außentemperatur (15) von der Objektoberflächentemperatur (9) ermöglicht. Diese Entkoppelung soll sicherstellen, dass das Indikatormaterial (2) beim Berühren der Oberfläche des Temperaturindikators, zum Beispiel mit einem Finger, nicht unmittelbar durch Wärmeleitung die Fingertemperatur annimmt. Diese Entkoppelung gilt natürlich auch beim Transport des Gegenstandes (10) mit der Vorrichtung (1 ) durch einen Raum mit einer Temperatur oberhalb der Aktivierungstemperatur. Der Luftraum (12) muss auf der anderen Seite weitgehend transparent sein, damit die Farbe des Indikatormaterials je nach Zustand visuell oder maschinell erkannt werden kann.
Die atmosphärische Schutzschicht (12) verzögert das thermische Gleichgewicht zwischen der Temperatur des Objektes (10) beziehungsweise der Objektoberfläche (9) und derart des Indikatormaterials (2) und der Umgebungstemperatur (15), sodass eine kurzzeitige Erhöhung der Umgebungstemperatur (15) keine Farbänderung zur Folge hat.
Das Abstandshalteelement (3) kann aus einer geschlossen-zelligen oder offen- zelligen schaumstoffartigen Folie von einigen Zehntel-mm Dicke bis etwa 5 mm Dicke, bevorzugt mit 0,3 mm bis 3 mm Dicke, gebildet werden und kann ein- oder beidseitig mit einer Haftverbundschicht (6, 7) ausgeführt werden. Das Abstandshalteelement (3) kann jedoch ebenso aus einem kartonartigem Material oder einem Verbundlaminat gebildet werden.
In jedem Fall muss das Abstandshaltelement (3) mit einer Deckschicht (4) beziehungsweise Deckfolie (4) versehen werden und dadurch wird der isolierende Luftraum (12) beziehungsweise die atmosphärische Schutzschicht (12) über dem Indikator (2) hergestellt. Die Deckschicht (4) wird beispielsweise aus einer dünnen transparenten Kunststofffolie aus PET, PETG, oPP, PVC, PP, PMMA, PC, PE oder einer Compound-Folie aus den genannten Kunststoffen verwendet. Dabei werden Dicken von 9 μιη bis 200 μιη, bevorzugt 30 μιη bis 100 μιτι verwendet. Die Folie (4) kann dabei auf der Unterseite oder der Oberseite grafisch und farblich gestaltet werden und es können derart Anleitungen zur Anwendung der Vorrichtung (1 ) grafisch realisiert werden.
Das Indikatormaterial (2) soll auf jeden Fall wärmeleitend mit der Oberfläche (9) des Objektes (10) in Kontakt sein. Die Substratschicht (5) beziehungsweise die Substratfolie (5) wird sehr dünn mit etwa 9 μιη bis etwa 150 μιτι, insbesondere 30 μιη bis 100 μιη und bevorzugt aus einem thermoplastischen Kunststoff gewählt und die Haftverbundschicht (8) beträgt nur wenige 1 μηι bis 20 μιτι Dicke. In einer speziellen Ausführungsform kann das Indikatormaterial (2) auch auf der Unterseite der Substratfolie (5) angeordnet werden und die Haftverbundschicht (8) kann darüber oder ausgespart angeordnet werden. Dabei ist aber immer darauf zu achten, dass die Indikatorsubstanz (2) visuell erkennbar bleibt.
Als thermisch leitendes Material wird Polymethylmethyacrylat verwendet, das mit Leitruß gefüllt ist. Ebenso gut lässt sich mit Metallpulvern gefülltes PMMA einsetzen. Beispielsweise kann das thermisch leitende Material durch Aufschmelzen eines Gemisches von 10 bis 20 Gew.-% Nickel- und/oder Silberpulver und der entsprechenden Menge PMMA-Pulver hergestellt werden. Weiterhin kann als leitendes Material elektrisch leitender Kunststoff, beispielsweise mit Metallionen dotiertes Polyacetylen oder Polythiophen verwendet werden. Ebenso können Foliensubtrate aus
Metallen, wie Edelstahl, Kupfer oder metallisierte Folie eingesetzt werden.
In Figur 3 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung durch die Situation nach Figur 1 dargestellt.
Dort ist erkennbar, dass der Luftraum bzw. Hohlraum möglichst mit einem schlecht wärmeleitenden Material gefüllt sein soll, wie z. B. mit einer Luft, einem Edelgas, einem Schutzgas oder auch einem Vakuum. Wichtig hierbei ist, dass eine in Pfeilrichtung 17 auf die Oberseite des Temperaturindikators auftreffende Wärmestrahlung, die z. B. die Deckschicht 4 trifft, nur noch sehr stark verzögert und mit geringem Wärmeleitungswirkungsgrad gemäß Pfeilrichtung 18 in den Hohlraum 12 eingetragen wird.
Andererseits wird der Hohlraum 12 von der Seite des Prüflings 9, 10 stets in Pfeilrichtung 19 mit hoher Wärmeleitfähigkeit und hohem Wirkungsgrad gekühlt, so dass der geringe Temperatureinfluss in Pfeilrichtung 18, der zu einer Temperaturerhöhung im Innenraum des Luftraumes 12 führen könnte, nicht bis zu der Oberfläche der Indikatorsubstanz 2 kommt.
Demzufolge ist die Indikatorsubstanz in gutem wärmeleitenden Kontakt mit der Oberfläche des Objektes 10 verbunden und in schlechtem wärmeleitenden Kontakt mit der Umgebung des Objektes 10.
Die Figur 4 zeigt als abgewandelte Ausführungsform, dass die Ausnehmung 13 auch durch eine Kappe 15 wandseitig begrenzt werden kann, die aus einem beliebigen wärmeisolierenden Material gebildet ist, wie z. B. einem wärmeisolierenden Kunststoff oder einem Laminat, wobei diese Kappe 15 mindestens teilweise optisch durchlässig sein muss, um von außen her den Farbumschlag der Indikatorsubstanz 2 beobachten zu können.
Die Figur 5 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel, dass es vorgesehen sein kann, dass in der Objektoberfläche 9 eine konkave Ausnehmung 16 angeordnet ist, in welche die Indikatorsubstanz 2 eingeformt ist.
Damit ist eine wesentliche Platzeinsparung gegeben, denn der darüber liegende Aufbau kann nun wesentlich dünner aufgebaut werden, wobei gleiche Wärmeisolationswerte erreicht werden, verglichen beispielsweise mit dem Aufbau in Figur 3 bei gleichen Größenverhältnissen und bei gleichem Wärmeeintrag.
Selbstverständlich zeigen alle Ausführungsbeispiele eine Objektoberfläche 9, die auf einem Objekt 10 aufgebracht ist. Es ist selbstverständlich in allen Ausführungsbeispielen möglich, die Objektoberfläche 9 mit dem Objekt 10 selbst zusammenfallen zu lassen, so dass die Ausnehmung 16 im Objekt 10 vorhanden ist.
Grundsätzlich kann demzufolge auch die Substratschicht 5 bzw. Substratfolie entfallen, und gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 die Indikatorsubstanz 2 direkt auf der Objektoberfläche 9 angebracht werden.
Die Figur 6 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel, dass auch der wärmeisolierende Aufbau gemäß Figur 5 auf der von der Objektoberfläche abgewandten Seite der Indikatorsubstanz 2 entfallen kann und dass der Aufbau nur noch aus einer Deckschicht 4 besteht bzw. aus einer Deckfolie, die aber dennoch eine Ausnehmung 13 mit einem Luftraum 12 ringsum die Indikatorsubstanz 2 ausbildet, um diese wärmeisolierend nach oben abzuschließen, während nach unten in Richtung auf die Objektoberfläche ein optimierter Wärmeübergang stattfinden soll.
Die Figur 7 zeigt für alle genannten Ausführungsbeispiele, dass der Luftraum 12 in der Ausnehmung 13 auch als Isolatorfüllung 21 ausgebildet sein kann, wobei diese Isolatorfüllung als wärmeisolierendes Gel, Flüssigkeit oder Feststoff ausgebildet sein kann.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Isolatorfüllung 21 aus Glashohlkugeln 22, wobei jede Glashohlkugel von etwa 5 prn bis mehrere 100 μητι Durchmesser aufweist und wegen der Hohlkugeleigenschaft ebenfalls thermisch gut isolierte Eigenschaften aufweist.
Der Temperaturindikator kann aus einem durchsichtigen Blister oder einer verformbaren Folie oder durch Spritzguss hergestellt werden. Zeichnungsleqende Temperaturindikator
irreversibles temperatursensitives farbänderndes Material (Indikatorsubstanz)
Abstandshalteelement
Deckschicht bzw. Deckfolie
Substratschicht bzw. Substratfolie
Haftverbundschicht mit grafischer Gestaltung
Haftverbundschicht
Haftverbundschicht
Objektoberfläche
Objekt
Beobachter
Luftraum bzw. atmosphärische Schutzschicht
Ausnehmung
Lasche
Kappe (teil-transparent)
Ausnehmung
Pfeilrichtung
Pfeilrichtung
Pfeilrichtung
Freiraum
Isolatorfüllung
Glashohlkugel

Claims

Patentansprüche
1. Temperaturindikator (1 ) mit thermochromer Farbänderung für die optische Anzeige einer Temperatur eines Objektes (10) unterhalb der Raumtemperatur zur
Erfassung der Oberflächen-Temperatur dieses Objektes (10), dadurch gekennzeichnet, dass die zu detektierende Oberfläche (9) direkt oder über gut wärmeleitende Schichten (5, 8) mit der hinsichtlich der Temperatur zu erfassenden Oberfläche (9) verbunden ist und dass auf der der Oberfläche (9) abgewandten Seite eine Isolationsschicht (3, 4, 6, 12) in Form eines Wärmeisolators angeordnet ist, der die Einwirkung einer Störwärme (nicht erwünschte Wärmeeinwirkung, die zur Fehlanzeige des Indikators führt) auf den Temperatur-Indikator (2) verhindert.
2. Temperaturindikator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeisolator als Lufthohlraum ausgebildet, der mit einem wärmeisolierenden Gas oder Luft gefüllt ist.
3. Temperaturindikator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeisolator mit einer gut wärmeisolierenden flüssigen Substanz mit Schutz gegenüber Einwirkung unerwünschter Störtemperaturen gefüllt ist.
4. Temperaturindikator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeisolator mit einer gut wärmeisolierenden festen Substanz mit Schutz gegenüber Einwirkung unerwünschter Störtemperaturen gefüllt ist.
5. Temperaturindikator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die feste, isolierende Substanz aus mit einem Gas oder Luft gefüllten Glashohlkügelchen (22) besteht.
6. Temperaturindikator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem Laminat mit zumindest einem farbändernden Material (2) und einer darüber angeordneten, zumindest teilweise transparenten Schicht (4) besteht.
7. Temperaturindikator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Indikatorsubstanz (2) in einer Ausnehmung (13) angeordnet ist, die vom Objekt (10) abgewandt ist, wobei die Ausnehmung (13) einen Schutzraum (12) bietet, der schlecht wärmeleitend ausgebildet ist.
8. Temperaturindikator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein Indikatormaterial (2), das auf einer Trägersubstratfolie (5) aufgebracht ist, sowie einer Haftverbundschicht (8) und einer Schutzfolie (4) aus antihaft-ausgerüstetem Kunststoff oder Papier, sowie mit einer wärmeisolierend ausgebildeten Abstandshaltefolie (3).
9. Temperaturindikator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der
Abstandshaltefolie (3) die wärmeisolierende Ausnehmung (13) angeordnet ist.
10. Temperaturindikator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandshalteelement (3) aus einer geschlossen- zelligen oder offen-zelligen schaumstoffartigen Folie von einigen Hunderstel-mm Dicke bis etwa 5 mm Dicke, bevorzugt mit 0,3 mm bis 3 mm Dicke, gebildet ist.
11. Temperaturindikator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandshalteelement (3) ein- oder beidseitig mit einer Haftverbundschicht (6, 7) versehen ist.
12. Temperaturindikator nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandshaltelement (3) mit einer Deckschicht (4) beziehungsweise Deckfolie (4) verbunden ist, welche die den Indikator (2) überdeckende Ausnehmung nach oben hin abschließt und dadurch den isolierenden Luftraum beziehungsweise die atmosphärische Schutzschicht über dem Indikator (2) ausbildet.
13. Temperaturindikator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die den Indikator (2) tragende Substratschicht (5) aus einer thermisch leitfähig ausgebildeten Folie besteht.
14. Temperaturindikator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch leitfähig ausgebildete Folie der Substratschicht (5) aus Polymethylmethyacrylat besteht, das mit Leitruß gefüllt ist.
15. Temperaturindikator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch leitfähig ausgebildete Folie der Substratschicht (5) aus mit Metallpulvern gefülltem PMMA besteht.
16. Temperaturindikator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch leitfähig ausgebildete Folie der Substratschicht (5) durch Aufschmelzen eines Gemisches von 10 bis 20 Gew.-% Nickel- und/oder Silberpulver und der entsprechenden Menge PMMA-Pulver hergestellt ist.
17. Temperaturindikator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch leitfähig ausgebildete Folie der Substratschicht (5) durch einen elektrisch leitenden Kunststoff gebildet ist, der aus mit Metallionen dotiertem Polyacetylen oder Polythiophen besteht.
18. Temperaturindikator nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (13) wandseitig durch eine Kappe (15) begrenzt ist, die als Wärmeisolator die Indikatorsubstanz oberseitig abschliesst.
19. Temperaturindikator nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in der Objektoberfläche (9) eine konkave Ausnehmung (16) angeordnet ist, in welche die Indikatorsubstanz (2) eingeformt ist
20. Temperaturindikator nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in allen Ausführungsbeispielen die Objektoberfläche 9 mit dem Objekt 10 selbst zusammenfällt, so dass die Ausnehmung 16 im Objekt 10 vorhanden ist.
21. Temperaturindikator nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in allen Ausführungsbeispielen die Substratschicht 5 bzw. Substratfolie entfallen, und gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 die Indikatorsubstanz 2 direkt auf der Objektoberfläche 9 angebracht wird.
22. Temperaturindikator nach einem der Ansprüche 1-21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsfolie aus einer luftpolster-gefüllten Folie oder Stegen besteht.
23. Temperaturindikator nach einem der Ansprüche 1-22, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsfolie aus einem mehrlagigen Overlay Verbund besteht.
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