DE69211401T2

DE69211401T2 - Farbänderung erzeugende Einrichtung

Info

Publication number: DE69211401T2
Application number: DE69211401T
Authority: DE
Inventors: Tanehiro Nakagawa; Yoshiaki Ono; Tsutomu Tomatsu
Original assignee: Pilot Ink Co Ltd
Current assignee: Pilot Ink Co Ltd
Priority date: 1991-03-28
Filing date: 1992-03-27
Publication date: 1996-10-10
Anticipated expiration: 2012-03-28
Also published as: US5502967A; CA2063973A1; EP0506452A1; CA2063973C; EP0506452B1; DE69211401D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine eine Farbänderung hervorrufende Vorrichtung, insbesondere eine Vorrichtung, die durch Anlegen einer niedrigen Spannung in der Lage ist, eine Farbänderung in einem Artikel mit thermischer Farberzeugung mit einer darauf befindlichen thermochromen Schicht hervorzurufen, indem die Vorrichtung in Berührung mit oder in der Nähe von dem Artikel gebracht wird, oder dadurch, daß eine Luftgebläseeinrichtung in Gang gesetzt wird.

Zugehöriger technischer Hintergrund

Als eine Einrichtung zum Hervorrufen einer Farbänderung in einem eine thermisch bedingte Farbänderung aufweisenden oder thermochromen Artikel hat die japanische offengelegte Patentanmeldung 62-101598 einen Aufbau vorgeschlagen, mit dem ein leitendes wärmeerzeugendes Element auf der Rückseite eines thermochromen Blatts vorgesehen und eine Farbänderung in dem auf dem Blatt erzeugten Bild durch eine Heizung mittels elektrischem Strom hervorgerufen wird. Außerdem ist in der japanischen offengelegten Gebrauchsmusteranmeldung 62-139573 ein Aufbau vorgeschlagen, um ein elektrisches Heizgerät, welches mit einem Heizwiderstand aus beispielsweise Wolfram oder Nickel ausgestattet ist, in Berührung mit einem durch Wärme seine Farbe ändernden Material gebracht wird, welches auf der Oberfläche eines Tierspielzeugs oder dergleichen gebildet ist, um dadurch eine Farbänderung in dem kontaktierten Bereich hervorzurufen.
Obschon verschiedene Vorschläge für eine Heizeinrichtung gemacht wurden, mit der eine Farbänderung in der durch Wärmeeinwirkung ihre Farbe ändernden Schicht hervorgerufen wird, wie es oben angegeben ist, wurde bislang keine wirksame Kühlvorrichtung offenbart, um eine Farbänderung durch Abkühlung in einer thermisch ihre Farbe ändernden Schicht hervorgerufen wird, und die Farbänderung durch Abkiihlung durch ein Kühlmittel wie kaltes Wasser oder Eisstücke hervorgerufen wird, oder dadurch, daß man den sich thermisch in der Farbe ändernden Artikel in einem Kühlschrank aufbewahrt, um die dort befindliche kalte Luft auszunutzen.
Eine solche Kühleinrichtung kann in speziellen Bereichen anwendbar sein, beispielsweise in der Wohnung, sie ist jedoch nicht in der Lage, sofort eine Farbänderung in der thermochromen Schicht des Artikels hervorzurufen, wann immer dies ungeachtet des Ortes möglich sein kann, so daß die Funktion des sich thermisch in der Farbe ändernden Artikels mit einem Farbänderungspunkt im unteren Temerpaturbereich nicht wirksam genutzt werden konnte.
Außerdem erfordern die oben angesprochenen Kühlmittel, die hinsichtlich der Dauer der Kühle beschränkt sind, jedes Mal eine aufwendige Vorbereitung. Darüber hinaus sind die sich thermisch in der Farbe ändernden Artikel nicht wasserbeständig und werden häufig durch Tau, Wassertröpfchen oder Leckwasser beeinträchtigt, welches nicht nur in direktem Kontakt mit dem Kühlmittel stehen muß, sondern auch möglicherweise in indirektem Kontakt mit einem Behälter steht, in dem sich das Kühlmittel befindet.
Die Schrift JP-A-581 30326 offenbart ein thermoelektrisches Anzeigeelement mit thermoelektrischen P- und N-leitenden Stoffen, die elektrisch verbunden sind, und auf denen eine wärmeempfindliche Flüssigkristallschicht ausgebildet ist.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine eine Farbänderung hervorrufende Vorrichtung zum Bewirken einer Farbänderung in einem sich thermisch in der Farbe ändernden Artikel vorgeschlagen, welche aufweist: eine elektrothermische Wandlereinrichtung mit einem einstückigen Aufbau, bei dem P-Halbleiterlemente und N-Halbleiterelemente alternierend verschaltet sind, um einen wärmeabsorbierenden Abschnitt (A) und einen wärmeerzeugenden Abschnitt (B), basierend auf dem Peltier-Effekt zu schaffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und Unterseiten der Elemente zwischen jeweiligen wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Platten eingeschlossen sind, wobei die Platten die wärmeabsorbierenden und wärmeerzeugenden Abschnitte bilden, und ein Radiator an den wärmeerzeugenden Abschnitt der elektrothermischen Wandlereinrichtung angeschlossen ist, wobei der Radiator eine Wärmeabstrahlfähigkeit in einem Bereich thermischen Widerstands von 0,1-150º C/Watt aufweist, und ein Gehäuse vorgesehen ist zum Einschließen und Tragen der elektrothermischen Wandlereinrichtung und des Radiators; und daß die elektrothermische Wandlereinrichtung durch Anlegen einer Gleichspannung im Bereich von 0,1-50 V betreibbar ist, so daß ihr wärmeabsorbierender Abschnitt eine Temperaturverringerung von mindestens 3º C bezüglich der Umgebungstemperatur in einem Umgebungstemperaturbereich von 10-35º C erfährt.
Es kann also eine eine Farbänderung hervorrufende Vorrichtung erhalten werden, die frei von den vorerwähnten Nachteilen der konventionellen Kühleinrichtung ist und im Stande ist, eine Farbänderung in der thermisch die Farbe ändernden Schicht durch Abkühlung in beliebiger Zeit und an beliebigem Ort hervorzurufen, was auch die Tragbarkeit, die Unmittelbarkeit der Funktion, die Dauer der Abkühlung, den Gebrauchswert und dergleichen sichert;außerdem kann eine Vorrichtung geschaffen werden, die sowohl zu kühlen als auch zu heizen vermag, indem die Polarität der angelegten Spannung umgeschaltet wird.
Vorzugsweise kann die Vorrichtung außerdem ein Heizelement aufweisen, welches ein elektrisches Wärmeerzeugungselement und ein wärmeabgebendes Spitzenglied aufweist, welches in Berührung mit dem wärmeerzeugenden Element gehalten wird, wobei das elektrische wärmeerzeugende Element einen Thermistor mit einem positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands in einem Temperaturbereich von 25-70º C aufweist, der in der Lage ist, bei Anlegen einer Spannung von 0,8-50 V Wärme zu erzeugen, und der in der Lage ist, eine Temperatur-Eigensteuerung bei einer beliebigen Sättigungstemperatur in einem Bereich von 25-70º C vorzunehmen.
Es kann also eine eine Farbänderung erzeugende Vorrichtung geschaffen werden, die in der Lage ist, in wirksamer Weise ihren Effekt in Kombination mit einer Heizeinrichtung zu zeigen, die aus einem Heizelement unter Verwendung eines Heizwiderstands mit Temperatur-Eigensteuerfunktion besteht.
Die eine Farbänderung hervorrufende Vorrichtung kann eine Diversifizierung des Handels sowie Anwendungen auf verschiedenen Gebieten ermöglichen, kombiniert mit einem sich thermisch in der Farbe ändernden System, welches mit einer sich thermisch in der Farbe ändernden Schicht auf der Grundlage eines Farbgebungsmatenals ausgestattet ist, welches einen thermochromen Farbspeicher-Farbstoff enthält (der die Farbe durch Temperatur bei großer Hysterese ändert, zwei Farbumschlagpunkte bei einer hohen Temperatur und einer niedrigen Temperatur besitzt, reversibel ist zwischen gefärbtem und ungefärbtem Zustand oder zwischen zwei unterschiedlich gefärbten Zuständen, in einen bezüglich des Normalzustands unterschiedlichen Zustand durch Anlegen einer Temperatur geändert werden kann, die niedriger ist als der niedrige Farbumschlagpunkt oder höher ist als der hohe Farbumschlagpunkt, und reversibel den unterschiedlichen Zustand im Normaltemperaturbereich halten kann), um dadurch wirksam die Funktion des wärmeempfindlichen Farbspeicher-Farbstoffs zu nutzen.
Im folgenden werden spezifische Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine beispielhafte Ansicht einer Ausführungsform einer eine Farbänderung hervorrufenden Vorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 zeigt einen wesentlichen Teil der eine Farbänderung hervorrufenden Vorrichtung nach Fig. 1 in Teil-Schnittansicht;
Fig. 3 ist eine Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen, eine Farbänderung hervorrufenden Vorrichtung;
Fig. 4 ist eine auseinandergezogene Darstellung eines wesentlichen Teils der in Fig. 1 dargestellten, eine Farbänderung hervorrufenden Vorrichtung;
Fig. 5 ist eine Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen, eine Farbänderung hervorrufenden Vorrichtung;
Fig. 6 ist eine Schnittansicht entlang A-A in Fig. 5;
Fig. 7 ist eine anschauliche Ansicht einer weiteren Ausführungsform in dem Zustand, in dem die erfindungsgemäße&sub1; eine Farbänderung hervorrufende Vorrichtung verwendet wird;
Fig. 8 ist eine anschauliche Schnittansicht der eine Farbänderung hervorrufenden Vorrichtung nach Fig. 7;
Fig. 9 ist eine Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen, eine Farbänderung hervorrufenden Vorrichtung;
Fig. 10 ist eine veranschaulichende Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, eine Farbänderung hervorrufenden Vorrichtung im Gebrauchszustand;
Fig. 11 ist eine Draufsicht auf einen bei der Ausführungsform nach Fig. 10 verwendeten Radiator;
Fig. 12 ist eine Längsschnittansicht eines wesentlichen Teils einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen, eine Farbänderung hervorrufenden Vorrichtung;
Fig. 13 ist eine anschauliche Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen, eine Farbänderung hervorrufenden Vorrichtung im Gebrauchszustand;
Fig. 14 ist eine Querschnittansicht der in Fig. 13 gezeigten eine Farbänderung hervorrufenden Vorrichtung;
Fig. 15 ist eine Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen, eine Farbänderung hervorrufenden Vorrichtung;
Fig. 16 ist eine anschauliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen, eine Farbänderung hervorrufenden Vorrichtung im Gebrauchszustand;
Fig. 17 ist eine anschauliche Ansicht einer weiteren Ausführungsform der eine Farbänderung hervorrufenden Vorrichtung gemäß der Erfindung im Gebrauchszustand;
Fig. 18 ist eine Längsschnittansicht der in Fig. 16 gezeigten, eine Farbänderung hervorrufenden Vorrichtung;
Fig. 19 ist eine anschauliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen, eine Farbänderung hervorrufenden Vorrichtung im Gebrauchszustand;
Fig. 20 ist eine anschauliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen, eine Farbänderung hervorrufenden Vorrichtung im Gebrauchszustand;
Fig. 21 ist eine Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen, eine Farbänderung hervorrufenden Vorrichtung;
Fig. 22 ist eine Teil-Querschnittansicht einer weiteren eine Farbänderung hervorrufenden Vorrichtung vom Heiztyp;
Fig. 23 ist eine anschauliche Darstellung eines Zustands, in welchem durch eine eine Farbänderung hervorrufende Vorrichtung vom Kühltyp erzeugtes Geschriebenes ausgelöscht wird durch die in Fig. 22 dargestellte, eine Farbänderung hervorrufende Vorrichtung vom Heiztyp;
Fig. 24 ist eine perspektivische Ansicht eines elektrothermischen Wandlerelements für die erfindungsgemäße, eine Farbänderung hervorrufende Vorrichtung des Kühltyps;
Fig. 25 ist eine anschauliche Darstellung des Aufbaus und der Arbeitsweise des elektrothermischen Wandlerelements, welches in der erfindungsgemäßen, eine Farbänderung hervorrufende Vorrichtung vom Kühltyp eingesetzt wird;
Fig. 26 ist eine Farbänderungs-Kennlinie, hervorgerufen durch eine Temperaturänderung einer wärmeempfindlichen Farbänderung eines wärmeempfindlichen Farbänderungs- oder thermochromen Farbstoffs; und
Fig. 27 ist eine Farbänderungs-Kennlinie, die durch eine Temperaturänderung eines thermochromen Farbspeicher-Farbstoffs verursacht wird.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Im folgenden wird die erfindungsgemäße, eine Farbänderung hervorrufende Vorrichtung im einzelnen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Die erfindungsgemäße, eine Farbänderung hervorrufende Vorrichtung 1, die eine Farbänderung in einer thermisch die Farbe ändernden Schicht 121 dadurch anregt, daß sie in Berührung mit oder in die Nähe von einem thermisch die Farbe ändernden Artikel 12 gebracht wird, der mit der Schicht 121 ausgestattet ist, oder durch Einwirken mittels einer Luftgebläseeinrichtung, ist mit einer elektrothermischen Wandlereinrichtung 2 mit Peltier-Effekt ausgestattet, die einen zusammenhängenden Aufbau besitzt, bei dem P-Halbleiterelemente 21 und N-Halbleiterelemente 22 alternierend durch Metallstücke 23 verbunden sind und sandwichartig zwischen wärmeleitenden Isolierplatten 24 eingefaßt sind; mit einem Radiator 3, der an die Wärmeerzeugungsseite B der elektrothermischen Wandlereinrichtung 2 gekoppelt ist, und mit einem Gehäuse 8, welches die elektrothermische Wandlereinrichtung 2 in sich aufnimmt und trägt, wobei die Einrichtung 2 durch Anlegen einer Gleichspannung in der Weise betreibbar ist, daß die wärmeabsorbierende Seite A eine Temperaturverringerung von mindestens 3º C bezüglich der Umgebungstemperatur innerhalb eines Umgebungstemperaturbereichs von 10-35º C erfährt. Außerdem ist die eine Farbänderung hervorrufende Einrichtung sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen in der Lage, indem die Polarität des in die elektrothermische Wandlereinrichtung 2 eingespeisten Gleichstroms umgekehrt wird (indem ein Auswahlschalter hinzugefügt oder die Richtung der Batterie umgekehrt wird), um so die wärmeabsorbierende Seite A und die Wärmeerzeugungsseite B gegeneinander auszutauschen.
Die oben erwähnte elektrothermische Wandlereinrichtung 2 mit Peltier-Effekt kann eine Einrichtung sein, wie sie üblicherweise verwendet wird, und sie kann als Einheit aufgebaut sein, in welcher Paare, jeweils bestehend aus einem Halbleiterelement vom Defektelektronentyp (P) und eines vom Überschußelektronentyp (N) alternierend mit Metallstücken 23 verbunden und sandwichartig auf der Ober- und Unterseite durch wärmeleitende Isolierplatten 24 eingefaßt sind. Wenn von dem N- Anschluß an den P-Anschluß ein Strom geführt wird, erfolgt eine Wärmeabsorption an der Oberseite A und eine Wärmeerzeugung an der unteren Seite B aufgrund des Peltier-Effekts (vgl. Fig. 24, 25).
Beispiele für das Material des P- und N-Halbleiterelements beinhalten Bi&sub2;Te&sub3;, Bi&sub2;Se&sub3; und Sb&sub2;Te&sub3;.
Die Anzahl von Paaren von Halbleiterelementen liegt wirksam in einem Bereich von 1-511 Paaren, vorzugsweise 4-1 27 Paaren, und noch mal bevorzugt 4-31 Paaren.
Der mit der Wärmeerzeugungsseite B (die auch durch Polaritätsumschaltung in die wärmeabsorbierende Seite umgewandelt werden kann) verbundene Radiator 3 muß eine Wärmeabstrahlfhigkeit von 0,1-150º C/W des Wärmewiderstands aufweisen. Ein System mit einem Wärmewiderstand von mehr als 150º C/W kann nicht genügend Wärmewiderstand aufweisen, weniger als 0,1º C/W ist schwierig zu entwerfen und zu fertigen.
Das Messen und das Berechnen des Wärmewiderstands für den Radiator 3 geschehen folgendermaßen:
Die Wärmeerzeugungsfläche der elektrothermischen Wandlereinrichtung 2 gibt Wärme W3 pro Zeiteinheit über den Radiator 3 in die Luft ab. Die Wärme W3 ist die Summe aus der elektrischen Leistung W1 (Spannung x Strom), die in die elektrothermische Wandlereinrichtung 2 eingespeist wird, und der absoluten Wärme W2, die pro Zeiteinheit über die Kühlfläche absorbiert wird:
W3 = W1 + W2.
Der thermische Widerstand Rth wird in der vorliegenden Anmeldung berechnet durch
Rth = (T - Tr)/W3
wobei T die Temperatur in der Mitte der Kontaktfläche zwischen der elektrothermischen Wandlereinrichtung 2 und Tr die Zimmertemperatur ist. T und Tr werden in º Celsius gemessen, und W1, W2 und W3 werden in Watt gemessen. Die Zimmertemperatur Tr wird in einem Bereich von 10-35º C gehalten.
Die an die elektrothermische Wandlereinrichtung 2 angelegte Gleichspannung befindet sich im allgemeinen in einem Bereich von 0,1-50 V. Ein System, welches eine Spannung von weniger als 0,1 V erfordert, ist mit einer Batterie schwierig zu betreiben, während ein System, das eine Spannung von mehr als 50 V benötigt, eine entsprechende Zunahme der Anzahl von Paaren erfordert. Ein solches System wird für Konsumprodukte wie Spielzeuge, Lernhilfen, Schreibutensilien etc. zu teuer und kann nur für spezielle Anwendungen eingesetzt werden. Allgemein bevorzugt wird der Einsatz einer elektrothermischen Wandlereinrichtung 2 dann, wenn diese bei einer Betriebsspannung von 0,2-20 V arbeitet.
Um die Batterielebensdauer zu verlängern oder die Verwendung einer Batterie geringerer Kapazität zu ermöglichen, kann ein geeigneter Widerstand in Reihe zu der elektrothermischen Wandlereinrichtung 2 geschaltet sein.
Beispiele für den Radiator 3, der das oben angegebene Erfordernis erfüllt, beinhalten Wärmeabstrahl-Metallrippen und ein gewickeltes Metall-Massengitter.
Der Radiator kann auch aus einem wärmeabstrahlenden Behälter 31 und einem Wärmeakkumulatormedium 32 bestehen, welches den Behälter zumindest beim Gebrauch ausfüllt, wobei die erwartete Wärmeabstrahlfunktion in wirksamer Weise durch das Zusammenwirken dieser zwei Komponenten erreicht wird. Ein dünner Kunststoffbehälter kann als Wärmeabstrahlbehälter 31 verwendet werden, jedoch besteht mindestens eine Seite, die in Berührung mit der Isolierplatte 24 (der Wärmeerzeugungsseite) der Einrichtung 2 steht, aus Metall, damit die Wärmeübertragung zu dem den Behälter füllenden Wärmeakkumulatormedium 32 verbessert wird. Wirksamer ist ein Metallbehälter, z.B. aus Aluminium, Kupfer oder Messing. Das Wärmeakkumulatormedium 32 besteht aus einer Flüssigkeit, die im Hinblick auf den Konvektions-Effefkt vorzugsweise eine geringe Viskosität besitzt. Wasser ist das optimale Medium im Hinblick auf eine große Wärmekapazität pro Gewicht oder Volumen, Verfügbarkeit, Sicherheit und Kosten. Ein mehrwertiger Alkohol als Gefrierschutz sowie ein Antirostmittel können in geeigneten Mengen zugegeben werden. Beispiele für ein solches flüssiges Medium außer Wasser sind Glyzerin, Ethylalkohol und Ammoniak-Wasser.
Bei dem oben beschriebenen System besitzt die wärmeabsorbierende Seite A die Funktion der Temperaturverringerung um mindestens 3º C, genauer gesagt 3- 40º C (vorzugsweise 10-25º C) bezüglich der Umgebungstemperatur innerhalb eines Umgebungstemperaturbereichs von 10-35º C.
Eine Temperaturverringerung von weniger als 3º C ist unzureichend zur Erzielung des zu erwartenden Farbänderungseffekts im Hinblick auf die schließliche Änderung der Umgebungstemperatur. Auch eine Temperaturverringerung von mehr als 40º C ist aufgrund des Gefrierens von Wasserdampf nicht praktikabel.
Ein Wärmeübertragungsteil 4 an der wärmeabsorbierenden Seite (Platte 24) der elektrothermischen Wandlereinrichtung 2 kann nicht nur aus Metall bestehen, sondern kann auch ein dünnes Teil aus Gummi, Kunststoff oder Keramik sein.
Das Wärmeübertragungsteil 4 kann als Schreib- oder Beschichtungsspitze ausgebildet sein, es kann ein Stempel, Kreis- oder polygonförmiger Gestalt, je nach Anwendungsfall sein, oder es kann ein Spielzeugelement sein, beispielsweise ein Kamm für eine Puppe oder ein Make up-Artikel. Wenn das Wärmeübertragungsteil 4 aus Metall besteht, so kann der Abschnitt von ihm, der in Berührung mit der sich bei Wärme in der Farbe ändernden Schicht 121 gelangt, mit Silikonharz oder fluoriertem Harz behandelt sein, um das Gleitvermögen zu verbessern, oder kann mit porösem Material mit durchgehenden Poren bedeckt und mit Wasser imprägniert sein, um eine weiche Berührung und ein glattes Beschichten zu erreichen.
Eine Energiequelle 10 zum Anlegen der Spannung kann in das Gehäuse 8 der eine Farbänderung hervorrufenden Vorrichtung 1 eingebaut sein, oder kann als separate Einheit gebildet sein, die mit dem Gerät über ein Kabel oder dergleichen verbunden ist. Die Energiequelle kann aus verschiedenen Batterien bestehen, beispielsweise einer Trockenbattterie, oder kann einen Gleichrichter zum Umsetzen einer Wechsel- in eine Gleichspannung aufweisen.
Wenn die wärmeabsorbierende Seite A in die wärmeerzeugende Seite durch Umschalten der Polarität umgeschaltet wird, ist die wärmeerzeugende Seite derart ausgestaltet, daß sie eine Temperaturzunahme von 3-60º C, vorzugsweise 5-50º C bezüglich der Temperatur der Umgebung innerhalb des oben angegebenen Umgebungstemperaturbereichs zeigt.
Die Funktion der vorliegenden Erfindung läßt sich in wirksamerer Weise erreichen, durch Kombinieren der oben angesprochenen Kühlvorrichtung mit einem Heizelement, welches mit einem leitenden Wärmeerzeugungsteil ausgestattet ist.
Ein leitendes wärmeerzeugendes Element 13 besteht aus einem Thermistor, der einen positiven Temperaturkoeffizienten seines elektrischen Widerstands zumindest in einem Temperaturbereich von 25-70º C aufweist, der bei Anlegen einer Spannung von 0,8-50 V Wärme erzeugt, und der bei einer beliebigen Temperatur innerhalb des genannten Bereichs die Fähigkeit zur Eigensteuerung besitzt.
Das Heizelement kann am entgegengesetzten Ende eines das vorerwähnte Kühlelement tragenden Schafts vorgesehen sein, der durch eine elektrische, eine Farbänderung hervorrufende Vorrichtung gebildet wird, die sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen geeignet ist, es kann aber auch eine getrennte elektrische Heizeinrichtung gebildet werden, die als Set in Kombination mit der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung verwendet wird.
Das wärmeerzeugende Element 13 kann sich beispielsweise aus Sintermaterial auf der Grundlage von BaTiO&sub3; zusammensetzen (welches Material durch Dotierung mit einem Seltenerd-Metall halbleitend gemacht wird, möglicherweise durch Substitution mit Sr oder dergleichen), es kann ein Material auf der Grundlage von monokristallinem Silizium oder ein organischer Kunststoff sein (ein niedrigschmelzender kristalliner Kunststoff vermischt mit leitendem Pulver wie Graphit), wobei das oben erwähnte gesinterte BaTiO&sub3; im Hinblick auf die Einstellung der Wärmesättigungstemperatur in den niedrigen Temperaturbereich (25-70º C) und der Temperaturerhöhungskennlinie bevorzugt wird.
Das wärmeerzeugende Element 17 kann in geeigneter Weise als Scheibe, Band oder Honigware entsprechend dem Einsatzzweck ausgebildet sein.
Im folgenden werden die Besonderheiten des erfindungsgemäß verwendeten elektrischen Wärmeerzeugungselements 13 erläutert.
Das Wärmeerzeugungselement 13 muß einen positiven Temperaturkoeffizienten seines elektrischen Widerstands in zumindest einem Temperaturbereich von 25- 70º C aufweisen und eine steile Zunahme des Widerstands mit der Temperatur besitzen. Die steile Zunahme des Widerstands in dem genannten Temperaturbereich bewirkt eine rasche Abnahme der erzeugten Wärmemenge, wodurch die Temperatur-Eigensteuerung in dem Temperaturbereich ermäglicht wird.
Vorzugsweise besitzt das Wärmeerzeugungselement 1 3 einen spezifischen Volumenwiderstand bei 35º C ( 25) in einem Bereich von 9,8 x 10&supmin;³ - 2,97 x 10&sup5; Ω cm und bei 40º C ( 40) in einem Bereich von 10&supmin;¹ - 10&supmin;&sup5; Ω cm, und ein Verhältnis des spezifischen Volumenwiderstands bei 70º C zu dem bei 25º C ( 70/ 25), welches durch eine Relation 5 ≤ ( 70/ 25) ≤ 400 definiert wird.
Diese Bedingungen machen es möglich, eine Wärmeerzeugungselement 13 zu erhalten, welches die Wärmeerzeugung im niedrigen Temperaturbereich (70º C oder niedriger, vorzugsweise 50º C oder niedriger) ebenso zu erfüllen wie die Forderung der Temperatur-Eigensteuerung. Wenn der spezifische Volumenwiderstand bei 40ºC den Wert von cm übersteigt, wird es schwierig, die Temperatur innerhalb kurzer Zeit in den erwarteten Bereich anzuheben, wenn nicht die Spannung erhöht wird. Wenn der spezifische Volumenwiderstand niedriger als 10&supmin;¹ Ω cm ist, ist die Verwendung im niedrigen Temperaturbereich für beispielsweise Spielzeuge nicht möglich, da sich eine erwartete Temperatur nicht erreichen läßt, wenn man nicht einen starken Strom bei extrem kleiner Spannung bereitstellt.
Die Energiequelle 10 ist auf eine vorbestimmte Spannung reguliert (0,8-50 V), indem verschiedene Batterien oder ein kommerzielles Stromnetz verwendet wird.
Die Energiequelle 10 kann in die eine Farbänderung hervorrufende Vorrichtung, z.B. durch eine lösbar in dem Hauptkörper der Vorrichtung untergebrachte Trockenbattene eingebaut sein, oder sie kann außerhalb der Vorrichtung angeordnet und mit letzterer verbunden sein.
Das oben erläuterte Wärmeübertragungselement 4 und das Wärmeerzeugungselement 13, welches an dessen Rückseite befestigt ist, werden üblicherweise von einem Trägerelement 5 getragen, und die Teile sind an einem Ende des Schafts 8 angebracht.
Das Wärmeerzeugungsteil 13 ist vorzugsweise mit Elektroden ausgestattet, um eine einfache Verdrahtung zu ermöglichen. Die Elektroden können auf einander gegenüberliegenden Flächen des Wärmeerzeugungselements 13 durch Einspritzen geschmolzenen Aluminiums oder durch Überziehen mit Nickel oder Zinn ausgebildet sein. Sie können außerdem an dem Wärmeübertragungselement 4 vorgesehen sein, um in Berührung mit dem Wärmeerzeugungselement 13 zu stehen.
Das Wärmeübertragungselement 4 kann nicht nur aus Metall bestehen, sondern außerdem auch aus dünnem Gummi-, Kunststoff- oder Keramikmaterial, oder es kann in Form eines Überzugs aus dem vorerwähnten Material auf dem Wärmeerzeugungselement 13 ausgebildet sein.
Das oben erläuterte Wärmeübertragungselement 4 kann als Schreib- oder Beschichtungsspitze (einschließlich eines Drehteils wie einer Kugel) ausgebildet sein, außerdem als Stempel oder mit kreisförmiger oder polygonförmiger Gestalt, abhängig von dem jeweiligen Anwendungsfall, oder als Spielzeugelement, beispielsweise in Form eines Kamms für eine Puppe oder als Make up-Artikel. Falls das Wärmeübertragungselement 4 aus Metall besteht, kann sein mit der sich thermisch in der Farbe ändernden Schicht 121 in Berührung kommende Teil mit Silikonharz oder fluoriertem Harz behandelt sein, um die Gleitfähigkeit zu verbessern, oder dieser Teil kann mit einem porösen Material mit durchgehenden Poren überzogen und mit Wasser imprägniert sein, um eine weiche Berührung und ein glattes Beschichten zu erreichen.
Die Elektroden können an den einander entgegengesetzten Flächen des Wärmeerzeugungselements 13 vorgesehen sein, oder eine der Elektroden, auf der Rückseite des Wärmeerzeugungselements 13 vorgesehen sein, während sich die andere Eiektrode auf der Stirnfläche des Wärmeübertragungsteils 4 befindet.
Im folgenden wird eine Erläuterung des thermochromen Materials gegeben, welches die sich thermisch in der Farbe ändernde Schicht 121 des Artikels 12 bildet, und in Kombination mit der eine Farbänderung erzeugenden Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird.
Zu diesem Zweck kann man ein thermochromes Material verwenden, welches einen bekannten thermochromen Farbstoff enthält, beispielsweise ein Flüssigkristallmaterial, ein Drei-Komponenten-System, bestehend aus einer organischen Elektronen abgebenden Farbentwickler-Verbindung, einem dazugehörigen Farbentwickler und einer Verbindung, die eine Reaktion mit Farbentwicklung zwischen den beiden Stoffen hervorruft, oder es kann sich um ein thermochromes Material handeln, welches die vorerwähnten Komponenten in einer harzförmigen Festlösung enthält, wie dies in den US-Patenten 4 028 118 und 4 732 810 offenbart ist. Die oben angegebenen Stoffe besitzen eine kleine Hysterese (ΔH) in der Temperatur-Farbdichte-Relation und zeigen eine Farbänderung an einem spezifischen Farbumschlagpunkt, wobei sie bei dem normalen Temperaturbereich nur einen Zustand vor und nach der Farbänderung erkennen lassen, während der andere Zustand nur bei Anwendung von Wärme oder Kälte in Erscheinung tritt, wohingegen sich der Zustand des Normaltemperaturbereichs wieder einstellt, wenn die Anwendung von Wärme bzw. Kälte aufhört (vgl. Fig. 26).
Es kann außerdem in wirksamer Weise ein System auf der Basis eines sich thermisch in der Farbe ändernden Materials verwendet werden, welches einen thermochromen Farbspeicher-Farbstoff enthält, der eine starke Farbänderungs-Hysterese aufweist, wie z.B. von dem Anmelder in dem US-Patent 4 720 301 vorgeschlagen wird. Dieser Farbstoff zeigt eine ausgeprägte Hysterese (ΔH) der Farbänderung. Beim Aufzeichnen der Farbdichte als Funktion der Temperatur ist die Kurve bei Anhebung der Temperatur von der Seite niedriger Temperatur zu der Farbänderungstemperatur hin deutlich anders als die Kurve bei sinkender Temperatur von der Hochtemperaturseite zu der Farbänderungstemperatur hin (vgl. Fig. 27).
Gemäß Fig. 27 ist der Farbstoff unterhalb eines Punkts A (Temperatur t1) vollständig gefärbt. Im Zuge der Temperaturanhebung beginnt eine nennenswerte Temperaturänderung (Entfärbung) am Punkt B (Temperatur t3), und eine vollständige Entfärbung wird jenseits eines Punkts C (Temperatur t4) erreicht, so daß die Farbänderung innerhalb eines Temperaturbereichs zwischen t1 und t4 stattfindet. Ein praktischer Farbänderungs-Temperaturbereich existiert zwischen t2 und t3. In diesem Bereich können der farbige und der farblose Zustand oder die zwei unterschiedlich gefärbten Zustände gleichzeitig bei starkem Unterschied in der Farbdichte existieren, so daß einer der beiden Zustände selektiv im normalen Temperaturbereich gehalten werden kann.
Der thermochrome Farbstoff oder der thermochrome Farbspeicher-Farbstoff, wie er oben erwähnt wurde, ist üblicherweise in Mikrokapseln enthalten und in einem Medium dispergiert, welches ein Bindemittel enthält, und das hat die Form von Tinte oder Lack, um auf einem Substrat eine sich thermisch in der Farbe ändernde Schicht zu bilden. Außerdem kann der eingekapselte Farbstoff in ein thermoplastisches Harz eingemischt sein, welches sich in geschmolzenem Zustand zu dem sich thermisch in der Farbe ändernden Artikel 12 unterschiedlichster Formen gestalten läßt, welche effektiv in Verbindung mit der erfindungsgemäßen, eine Farbänderung erzeugenden Vorrichtung verwendet wird
Die sich thermisch in der Farbe ändernden Artikel 12 umfassen ebene Teile, linienförmige Teile, Farbenteile mit unregelmäßigen Oberflächen und irgend welche anderen Artikel, die auf ihrer Oberfläche mit einer sich thermisch in der Farbe ändernden Schicht 121 basierend auf dem sich thermisch in der Farbe ändernden Material versehen sind, beispielsweise Schreibtafeln, Lernhilfen, Studiermaterial, Bilderbücher, verschiedene Anzeigeelemente und Spielzeuge.
Die sich thermisch in der Farbe ändernde Schicht 121 besitzt in wirkungsvoller Weise den Farbänderungspunkt in einem Bereich von -10 bis +70º C, vorzugsweise von -5 bis + 50º C.

[Funktionsweise]

Wenn in der Kühleinrichtung ein Gleichstrom von dem N-Anschluß an den P-Anschluß bei Anlegung einer Gleichspannung von 0,1-50 V fließt, erfolgt die Wärmeabsorption und die Wärmeerzeugung an der Ober- bzw. Unterseite aufgrund des Peltier-Effekts, wodurch die wärmeabsorbierende Seite A und die Wärmeerzeugungsseite B auf beiden Seiten der wärmeleitenden Isolierplatten 24 gebildet werden. Die Temperatur der wärmeabsorbierenden Seite wird durch die Funktion des Radiators 3 gesenkt und in einem gewünschten Bereich gehalten.
Der Radiator 3 besteht aus einer Metall-Kühlrippe oder einem gewickelten Maschendraht, und er ist auf einem geeigneten Wärmewiderstand in einem Bereich von 0,1- 150º C/W reguliert, so daß er eine gewünschte Abstrahlfähigkeit zeigt.
Das Ableiten der von der Wärmeerzeugungsseite B erzeugten Wärme über den Radiator 3 basiert auf der Wärmeansammlung in dem Radiator 3 selbst und der Wärmeabstrahlung von dem Radiator in die Luft. Unmittelbar nach dem Start der Wärmeerzeugung durch die Wärmeerzeugungsseite B wird die erzeugte Wärme am stärksten zum Erhitzen des Radiators 3 verbraucht, so daß die Wärmeableitung in die Luft begrenzt ist. Deshalb herrscht der Wärmestaueffekt vor. Die Wärme der in die Luft abgegebenen Wärme nimmt zu, wenn die Temperatur des Radiators 3 ansteigt, und der Wärmestaueffekt ist nicht mehr vorhanden, wenn die Temperatur des Radiators 3 konstant wird. Auch wenn also die Fähigkeit der Wärmeableitung in die Luft begrenzt ist, läßt sich die Wärmeableitung erreichen durch Wärmestau, so lange die Zeit nach dem Beginn der Wärmeerzeugung kurz ist.
Im Hinblick auf das oben Gesagte ist der aus mit einem Wärmeakkumulatormedium Wärmeakkumulatormedium 32 gefüllten Wärmeabstrahlbehälter 31 bestehende Radiator 3 hauptsächlich dazu vorgesehen, die Fähigkeit des Wärmestaus zu erhähen. Der oben erläuterte Aufbau verbessert die Fähigkeit, seitens der Wärmeerzeugungsseite B der elektrothermischen Wandlereinrichtung 2 erzeugte Wärme zu absorbieren, um über eine kurze Zeitspanne zufriedenstellend als Radiator 3 zu arbeiten.
Damit wird die in angemessener Weise abgekühlte Temperatur auf das Wärmeübertragungselement 4 übertragen, welches in enger Berührung mit der wärmeabsorbierenden Seite A gehalten wird. Die Farbänderung durch Erhitzen ist ebenfalls möglich, wenn man die wärmeabsorbierende Seite durch Polaritätswechsel in die Wärmeerzeugungsseite ändert.
In dem mit dem Wärmeerzeugungselement 13 ausgestatteten Heizelement erzeugt das Element 13 bei Anlegen einer Spannung Wärme. Mit einer Zunahme der Temperatur erhöht sich steil der Widerstand, wodurch die Temperaturzunahme reduziert wird und eine Temperatur-Eigensteuerung an einem Punkt erreicht wird, an dem die erzeugte Wärme mit der abgeleiteten Wärme übereinstimmt. Das Kühl- oder Heizende der eine Farbänderung erzeugenden Vorrichtung 1 befindet sich in Berührung mit oder in der Nähe von oder wirkt über eine Luftgebläseeinrichtung ein auf den thermisch sich in der Farbe ändernden Artikel 12, der auf der Oberfläche eine sich thermisch in der Farbe ändernde Schicht 121 trägt, um dadurch in der Schicht eine Farbänderung zu induzieren.
Ein System, bei dem die sich thermisch in der Farbe ändernde Schicht 121 einen thermochromen Farbstoff mit einer kleinen Hysterese (ΔH) der Farbänderung enthält, zeigt zwei unterschiedliche Farbzustände bei Übergang über einen Farbumschlagpunkt, von denen der eine Zustand in der Normaltemperaturzone vorliegt, während der andere Zustand nur bei Anwendung von Wärme oder Kälte vorliegt und in den Zustand der Normaltemperaturzone übergeht, nachdem diese Anwendung aufhört.
Andererseits zeigt eine sich thermisch in der Farbe ändernde Schicht 121, die sich aus einem Material zusammensetzt, welches den thermochromen Farbspeicher- Farbstoff enthält, eine Temperaturänderung aus dem Normalzustand in einen davon verschiedenen Zustand durch Anwendung von Wärme, die den höheren Farbumschlagpunkt übersteigt, oder durch Anwendung von Kälte unterhalb des unteren Farbumschlagpunkts, wobei ein derartiger anderer Zustand auch im Normaltemperaturbereich beibehalten wird, nachdem die Anwendung von Wärme oder Kälte aufgehört hat. Der so aufrecht erhaltene Zustand läßt sich in den ursprünglichen Zustand ändern, indem man thermische Mittel anwendet, die denen entgegengesetzt sind, die zur Erzielung des anderen Zustands benötigt werden; der so wiederhergestellte ursprüngliche Zustand läßt sich ebenfalls in der Normaltemperaturzone halten.

[Beispiel 1] (Eine Farbänderung erzeugende Vorrichtung in Form eines Schreibutensils: Fig. 1 und 2)

Eine elektrothermische Wandlereinrichtung 2 (die 11 Paare von Halbleiterelementen enthält) wurde im Frontabschnitt eines Gehäuses 8 untergebracht, welches mehrere Wärmeabstrahllöcher 83 in der Seitenwand besitzt. Ein metallisches Wärmeübertragungselement 4 in Form einer Schreibspitze wurde in engem Kontakt mit einer Isolierplatte 24 der wärmeabsorbierenden Seite A gebracht, während ein Aluminiumguß-Radiator 3 mit mehreren Kühlrippen (Wärmewiderstand: 18,3º C/W) in Berührung mit einer Isolierplatte 24 an der Wärmeerzeugungsseite B gebracht wurde. Die Einrichtung 2 wurde über Leitungsdrähte mit einer Spannungsversorgungseinheit 10 verbunden, die eine Gleichspannungsquelle beinhaltete (1,5 V) und einen Polaritätsumkehrschalter 10 zum Umkehren der Stromrichtung besaß. Auf diese Weise wurde ein Schreibutensil 1 geschaffen, welches in der Lage war, Kälte oder Wärme zu liefern.
Durch das Anlegen einer Spannung von 1,0 V und das Erzeugen eines Stroms von 0,7 A bei einer Zimmertemperatur von 90º C zeigte das Schreibutensil 1 eine Maximaltemperatur von 32º C auf der Wärmeerzeugungsseite (Erreichungszeit etwa 3 Minuten), eine Minimumtemperatur von -2º C an der wärmeabsorbierenden Seite (Erreichungszeit etwa 3 Minuten), und eine Anfangs-Wärmeabsorptionsfähigkeit von 12º C nach 10 Sekunden.
Ein Schreibbogen, der auf seiner gesamten Fläche mit einer sich thermisch in der Farbe ändernden Schicht 121 versehen war, die sich zusammensetzte aus einem Material, das einen thermochromen Farbspeicher-Farbstoff enthielt (reversibel zwischen Farblosigkeit und schwarz; niedrigerer Temperaturumschlagpunkt t1 bei 15º C und hoher Temperaturumschlagpunkt t2 bei 35º C), zeigte bei Beschreiben mit dem vorerwähnten Schreibutensil in weißem Zustand bei Zimmertemperatur eine Farbänderung in dem beschriebenen Bereich, so daß ein Schreiben in Schwarz erfolgt ist. Diese Schrift wurde bei der Zimmertemperatur von 17º C-35º C gehalten. Als der Bogen auf über 35º C erwärmt wurde, nahm er wieder weiße Farbe an und konnte als wiederverwendbare Schreibtafel benutzt werden.

[Beispiel 2] (5. Fig. 3 und 4)

Eine elektrothermische Wandlereinrichtung 2 (mit 11 Paaren von Halbleiterelementen> wurde an dem Frontabschnitt eines Schafts 8 angebracht, der mehrere Wärmeabstrahllöcher 83 in der Seitenwand besaß. Ein als Schreibspitze ausgebildetes Metall-Wärmeübertragungselement 4 wurde in enge Berührung mit einer Isolierplatte 24 an der wärmeabsorbierenden Seite A gebracht, während ein Radiator 3 (Wärmewiderstand 19º C/W) aus einem Wärmeabstrahlelement, bestehend aus einem Aluminiumstab mit einer Kontaktebene und einem darum gewickelten Aluminium- Maschendraht, in der Kontaktebene mit einer Isolierplatte 24 der Wärmeerzeugungsseite B in Berührung gebracht wurde. Die Einrichtung 2 wurde über Leitungsdrähte mit einer außerhalb gelegenen Stromversorgungseinheit 10 verbunden (einer 1,5-V-Trockenbatterie), welche mit einem Polaritätsumkehrschalter 10 zum Ändern der Stromrichtung ausgestattet war. Auf diese Weise wurde eine Farbänderung erzeugende Vorrichtung 11 erhalten, die sowohl eine Erwärmung als auch eine Abkühlung bewirken konnte.
Bei Anlegen einer Spannung von 1,0 V und eines Stroms von 0,7 A bei einer Zimmertemperatur von 18º C zeigte die eine Farbänderung induzierende Vorrichtung 1 eine Maximum-Temperatur von 32º C (Erreichungszeit etwa 3 Minuten), eine Minimum-Temperatur von -3º C (Erreichungszeit etwa 3 Minuten) und eine Anfangs- Wärmeabsorptionsfähigkeit von 11º C nach 10 Sekunden.

[Beispiel 3] (als Stempel ausgebildete Farbänderungseinrichtung: Fig. 5 und 6)

Eine elektrothermische Wandlereinrichtung (mit 18 Paaren von Halbleiterelementen) wurde an einer unteren Stirnfläche eines Kunststoffgehäuses 8 in einem Abschnitt mit größerem Durchmesser angebracht. Ein aus einer Aluminiumscheibe bestehendes Wärmeübertragungselement 4 wurde an der wärmeabsorbierenden Stirnfläche A angebracht und ein Aluminium-Radiator mit radialen Kühlrippen wurde an der Wärmeerzeugungsstirnfläche B angebracht. In dem axialen Bereich des Radiators 3 war drehbar ein Gebläse 34 angeordnet, welches mit der Welle eines im hinteren Bereich befestigten Motors 33 verbunden war. In einem Handgriffabschnitt des Gehäuses 8 war eine Energieversorgungseinheit 10 (in Form von zwei 1,5V-Trockenbatterien) vorgesehen, um elektrische Leistung bereit zu stellen, ausgestattet mit einer Stromrichtungsumschaltung.
Ein Stempel 1 wurde dadurch hergestellt, daß an dem Wärmeübertragungselement (der Scheibe) 4 eine magnetische Stempelplatte 42 in Form eines "A" lösbar angebracht wurde.
Ein sich thermisch in der Farbe ändernder Artikel 12 in Form einer weißen Tafel, die über ihrer gesamten Oberfläche mit einer sich thermisch in der Farbe ändernden Schicht 121 ausgestattet war, die sich aus einem Material zusammensetzte, welches einen thermochromen Farbspeicher-Farbstoff enthielt (reversibel zwischen rotem und farblosem Zustand mit einem unteren Farbumschlagpunkt t1 bei 15º C und einem oberen Farbumschlagpunkt t2 bei 35º C), zeigte als er mit der Stempelvorrichtung 1 gestempelt wurde (Abkühlung für 5 Minuten) eine Änderung vom weißen Zustand bei der Zimmertemperatur, um das Bild eines roten Buchstabens "A" zu zeigen. Als mit der Vorrichtung 1 mit der Stempelplatte 42 eine Linie geschrieben wurde, erschien ebenfalls eine rote Linie.
Das Buchstabenbild "A" und die Linie wurden im Zustand der Zimmertemperatur zwischen 17 und 30º C gehalten. Der Bogen nahm durch Erwärmung auf oberhalb 35º C wieder den weißen Zustand ein und konnte als wiederverwendbare Schreibtafel eingesetzt werden.

[Beispiel 4]

in einem Gehäuse, welches einem elektrischen Bügeleisen ähnelt, wurde an der inneren oberen Frontseite ein kleiner Gleichstrommotor mit seiner Ausgangswelle nach unten gelagert, an welcher ein Gebläse angebracht wurde, um Luft in das Innere des Gehäuses zu blasen. Ein Radiator aus einer Aluminiumscheibe mit mehreren radialen aufrecht stehenden Kühlrippen wurde derart montiert, daß die Rippen um das Gehäuse herum gelagert waren, und es wurde eine elektrothermische Wandlereinrichtung 2 (die 17 Paare von Halbleiterelementen enthielt) mit ihrer Wärmeerzeugungsseite in Berührung mit der Unterseite der Scheibe angebracht. Ein Wärmeübertragungselement aus einer dünnen Aluminiumscheibe (mit einem Durchmesser von 3 cm) wurde an der wärmeabsorbierenden Seite der Einrichtung 2 fixiert und lag auf der Unterseite des Gehäuses frei.

[Beispiel 5] (vgl. Fig. 7 und 8)

In einem Kunststoffgehäuse 8 mit Außenabmessungen von etwa 4 cm Länge, 5 cm Breite und 2 cm Höhe wurde eine 1,5-V-Trockenbatterie an einem Ende untergebracht und am anderen Ende wurde zum Blasen von Luft ein Gebläse mit einem kleinen Gleichstrommotor gelagert, um einen Radiator 3 (in Form eines Aluminium- Maschendrahts, der zu mehreren Lagen gewickelt war) zu kühlen, der sich auf der Seite der Treiber-Bauelemente befand. An der Unterlage des Radiators 3 wurde eine Wärmeabstrahlplatte angebracht, die in enger Berührung mit der Wärmeerzeugungsseite einer elektrothermischen Wandlereinrichtung 2 gehalten wurde (diese enthielt 17 Paare von Halbleiterelementen), und ein aus einer Aluminiumplatte bestehendes Wärmeübertragungselement 4 wurde auf der wärmeabsorbierenden Seite der Einrichtung 2 befestigt und lag zu der Außenseite hin frei.
Auf der Seitenfläche des Gehäuses 8 ist ein Austrittsloch 82 vorgesehen, und an der Seite des Wärmeübertragungselements 4 ist in dem Gehäuse 8 ein Ansaugloch 81 ausgebildet.
Durch Anlegen einer Spannung von 0,8 V bei einem Strom von 1,3 A bei Zimmertemperatur von 23º C zeigte die oben erläuterte, eine Farbänderung erzeugende Vorrichtung 1 eine maximale Temperatur von 29º C auf der Wärmeerzeugungsseite (Erreichungszeit etwa 2 Minuten), eine Minimumtemperatur von 4º C auf der wärmeabsorbierenden Seite (Erreichungszeit 3 Sekunden), einen Wärmewiderstand von 10,0º C/W in dem Radiator, und eine Anfangs-Wärmeabsorptionsfähigkeit von 13º C nach 20 Sekunden.
Ein sich thermisch in der Farbe ändernder Artikel 12, bestehend aus einem weißen Bogen, dessen gesamte Oberfläche mit einer sich thermisch in der Farbe ändernden Schicht 121 versehen war, bestehend aus einem Material, welches einen thermochromen Farbspeicher-Farbstoff enthält (reversibel zwischen den Zuständen schwarz und farblos bei einem unteren Farbumschlagpunkt t1 von 15º C und einem oberen Farbumschlagpunkt t2 von 35º C), die bei Zimmertemperatur weiß ist, zeigte eine schwarze Beschriftung, als mit dem oben erläuterten Stempel eine Linie gezogen wurde. Die Beschriftung hielt sich bei Zimmertemperatur zwischen 1 7 und 30ºC. Die Kühlvorrichtung 1 läßt sich auch als Heizvorrichtung verwenden, indem man die Polarität des eingespeisten Stroms umkehrt.

[Beispiel 6] (Eine Farbänderung hervorrufende Einrichtung durch Blasen kalter oder heißer Luft: s. Fig. 9)

Der vordere Teil des Innenraums eines Kunststoffgehäuses 8 mit einem Querschnitt von 30 mm wurde durch eine Trennwand in zwei Räume unterteilt, von denen einer am vorderen Ende mit einem Kaltluftloch 84 zum Abgeben der erzeugten Kaltluft versehen war, während der andere Raum am vorderen Ende verschlossen, jedoch in der Seitenwand des Gehäuses 8 mit einem Austrittsloch 82 versehen war. in der Trennwand war eine elektrothermische Wandlereinrichtung 2 derart befestigt, daß die wärmeabsorbierende Seite und die Wärmeerzeugungsseite den jeweiligen abgeteilten Räumen zugewandt war, und es waren mehrschichtige Radiatoren 3 aus gefalteten Aluminium-Maschendrähten in Berührung mit der wärmeabsorbierenden Seite und der Wärmeerzeugungsseite vorgesehen. Hinter den Radiatoren 3 befand sich ein elektrisches Gebläse 34. Die Einrichtung 2 wurde von einem elektrischen System mit einem Gleichrichter gespeist, und es war ein Auswahlschalter 11 zur Polaritätsumkehr des Systems vorgesehen.

[Beispiel 7] (Eine Farbänderung erzeugende Vorrichtung durch Kalt-/Warmluft- Zirkulation: keine Zeichnung)

Eine Kaltlufterzeugungskammer (die auch als Warmlufterzeugungskammer durch Polaritätsumkehr diente) und eine Luftkühlungskammer zur Aufnahme der von der Erzeugungskammer gelieferten Kaltluft waren Seite an Seite auf einem Basisteil vorgesehen. Der Boden der Luftkühlungskammer 6 wurde durch die Decke des Basisteils gebildet, und in der Decke war ein Kaltluftloch ausgebildet. Eine Luftbiaskammer mit einem elektrischen Gebläse befand sich auf der Luftkühlungskammer und stand in Verbindung mit einem Lufteinlaßloch der Kaltlufterzeugungskammer. In der Kaltlufterzeugungskammer war eine elektrothermische Wandlereinrichtung vorgesehen, deren Radiatoren (gebildet durch mehrere laminierte Aluminium-Maschendrähte) in Berührung mit der Wärmeerzeugungsseite und der wärmeabsorbierenden Seite die Einrichtung gehalten wurden.
Die Leitungsdrähte des elektrischen Gebläses waren an eine Spannungsquelle angeschlossen, bestehend aus vier 1,5-V-Trockenbatterien).
In einem seitlichen Teil des Gehäuses war ein Plattenelement aus transparentem Harz derart angebracht, daß die Farbänderung des sich thermisch in der Farbe ändernden Artikels, der in dem Gehäuse untergebracht war, von außen beobachtet werden konnte.
In die Luftkühlungskammer der Einrichtung wurde eine Puppe mit einer sich thermisch in der Farbe ändernden Bekleidung angeordnet (letztere mit einem Material, welches einen thermochromen Farbspeicher-Farbstoff enthielt, der umkehrbar war zwischen roter und gelber Farbe bei einem unteren Farbumschlagpunkt von 15º C und einem oberen Farbumschlagpunkt bei 35º C), und es wurde Kaltluft zugeführt. Die Kleidung änderte nach 5 Minuten ihre Farbe von gelb auf rot. Die rote Farbe der Kleidung hielt sich, nachdem die Puppe herausgenommen war, und blieb so bei Zimmertemperatur von 20º C. Durch Erwärmen auf über 35º C verschwand die rote Farbe, und es erschien wieder die ursprüngliche gelbe Farbe.

[Beispiel 8] (Eine durch Wasserkühlung eine Farbänderung erzeugende Einrichtung: Fig. 10 und 11).

In dem unteren Teil eines zylindrischen Gehäuses 8 wurde eine Trennwand gebildet, und in dem Raum unterhalb der Trennwand wurde eine Spannungsversorgungseinheit 10 untergebracht, während über der Oberseite der Trennwand ein elektrisches Gebläse 34 eingebaut wurde. Ein Aluminium-Radiator 3 wurde derart eingebaut, daß seine Wärmeabstrahlrippen um das elektrische Gebläse 34 herum gelegen waren (s. Fig. 11), und die Basisplatte des Radiators 3 wurde auf der Wärmeerzeugungsseite einer elektrothermischen Wandlereinrichtung 2 befestigt. Ein als Bratpfanne ausgebildeter Aluminiumbehälter wurde auf der wärmeabsorbierenden Seite der Einrichtung 2 befestigt. Auf diese Weise wurde ein sich thermisch in der Farbe ändernder Spielzeugherd gebildet.
Beim Kühlen einer geringen Wassermenge, die eine Tiefe von einigen Millimetern innerhalb des Behälters besaß, und bei einer thermisch hervorgerufenen Farbänderung eines Kunststoff-Hummers (dessen Oberfläche mit einem Material gefärbt war, welches einen thermochromen Farbspeicher-Farbstoff enthielt, der reversibel zwischen Hummerfarbe und rot war, bei einem unteren Farbumschlagpunkt von 10º C und einem oberen Farbumschlagpunkt von 30º C), änderte der Hummer nach etwa 5 Minuten seine Farbe zu rot. Die rote Farbe hielt sich bei Zimmertemperatur von 25º C, jedoch stellte sich durch Erhitzen über 35º C die ursprüngliche Hummerfarbe wieder ein.

[Beispiel 9] (Tafelförmige Farbänderungseinrichtung: Fig. 12)

Auf ein Material, welches einen thermochromen Farbspeicher-Farbstoff (reversibel zwischen rot und gelb mit unterem Farbumschlagpunkt bei 10º C und oberem Farbumschlagpunkt bei 30º C) auf einem aus einer Aluminiumplatte bestehenden Wärmeübertragungselement 4 enthielt, auf dessen Rückseite die wärmeabsorbierende Seite einer elektrothermischen Wandlereinrichtung 2 mit einem Radiator mit mehreren Kühirippen auf der Wärmeerzeugungsseite B angebracht war, wurde ein Blumenmuster gedruckt. Betrieben wurde die Einrichtung durch Anlegen einer Gleichspannung von 6 V. Außerdem war ein Auswahlschalter 11 zum Umkehren der Spannungspolarität vorgesehen, um dadurch die Wärmeerzeugungsseite und die wärmeabsorbierende Seite gegeneinander zu vertauschen. Hinter dem Radiator 3 befand sich ein elektrisches Gebläse zur Luftkühlung der Kühlrippen.
Durch das Abkühlen mit der eine Farbänderung erzeugenden Vorrichtung 1 wurde das Muster, welches bei Zimmertemperatur von 25º C gelb war, rot. Die so geänderte Farbe wurde auch nach Beendigung der Kiihlung gehalten. Durch Erwärmen der wärmeabsorbierenden Seite nach Polaritätsumkehr änderte sich die rote Farbe wieder zu gelb, und diese gelbe Farbe wurde bei Zimmertemperatur gehalten.

[Beispiel 10] (Vgl. Fig. 13 und 14)

In einem Mittelloch eines Spritzguß-Kunststoffträgers 5, der das Mittelloch und ein vergrößertes, mit dem Mittelloch in Verbindung stehendes Loch sowie am anderen Ende eine Öffnung aufweist, wurde ein Aluminium-Wärmeübertragungselement 4 in Form einer Schreibspitze mit einer aufbereiteten Platte am anderen Ende in der Weise gelagert, daß der Spitzenteil nach außen hin frei lag. Ein vorderes Endteil wurde komplettiert durch Anbringen des aufgeweiteten Plattenabschnitts an einer Isolierplatte 24 der wärmeabsorbierenden Seite A einer elektrothermischen Wandlereinrichtung 2 (die 7 Paare von Halbleiterelementen enthielt) mit Hilfe einer leitenden Paste in der Weise, daß sie in die vergrößerte Öffnung paßte. Der Bodenteil eines Wärmeabstrahlbehälters 31, bestehend aus einem Aluminiumschaft (mit einem Durchmesser von 15 mm und einer Länge von 10 cm) wurde in die vergrößerte Öffnung des Trägers 5 eingesetzt und mit der Isolierplatte 24 der Wärmeerzeugungsseite B der Einrichtung mittels einer wärmeleitenden Paste befestigt. Der Aluminiumschaft 31 ist an einer Öffnung am anderen Ende mit einem abnehmbar eingeschraubten Verschluß 312 versehen und enthält etwa 15 cm³ Wasser als Wärmeakkumulatormedium 32, um einen Radiator 3 zu bilden. Die elektrothermische Wandlereinrichtung 2 besaß Leitungsdrähte 7, die an eine externe Energiequelleneinheit 9 angeschlossen waren, welche eine 1,5-V-Trockenbatterie enthielt; außerdem war ein Schalter 11 vorgesehen, um die Spannungszufuhr und deren Polaritätsumschaltung zu steuern.
Bei Zimmertemperatur von 35º C betrug die Temperatur der Schreibspitze der oben erläuterten, eine Farbänderung erzeugenden Vorrichtung nach 10 Sekunden seit dem Beginn der Stromzufuhr etwa 18º C, nach 30 Sekunden ca. 13º C, nach einer Minute ca. 10º C und nach zwei Minuten ca. 4º C. Nach Umkehrung der Polarität betrug die Temperatur der Schreibspitze bei Zimmertemperatur von 25º C nach 10 Sekunden seit Beginn der Energiezufuhr etwa 35º C, nach 15 Sekunden etwa 40º C und nach 30 Sekunden etwa 60º C.
Ein sich thermisch in der Farbe ändernder Artikel 12, der aus einem weißen Bogen bestand, der auf seiner gesamten Oberfläche mit einer sich thermisch in der Farbe ändernden Schicht 121 versehen war, bestehend aus einem Material mit einem thermochromen Farbspeicher-Farbstoff (reversibel zwischen schwarz und farblosem Zustand mit einem unteren Farbumschlagpunkt t1 von 15º C und einem oberen Farbumschlagpunkt t2 von 35º C), welches bei Zimmertemperatur weiß war, zeigte eine schwarze Beschriftung, als mit der oben erläuterten, eine Farbänderung erzeugenden Vorrichtung 2 (durch Abkühlung) eine schwarze Beschriftung in kaum einer Linie vorgenommen wurde. Die Beschriftung hielt sich bei der Zimmertemperatur von 17-30º C. Die schwarze Beschriftung verschwand, als der Bogen auf über 35º C erwärmt wurde, und man erhielt erneut die insgesamt weiße Schreibtafel, die erneut verwendet werden konnte.

[Beispiel 11]

Durch Einfüllen von Wasser als Wärmeakkumulatormedium 32 in einem Wärmeabstrahlbehälter 31, der aus einem Kunststoffschaft und einem an einer Endöffnung des Schafts hermetisch dicht angebrachten, aus wärmeleitenden Metall bestehenden Deckel bestand, wurde ein Radiator 3 gebildet. Eine eine Farbänderung erzeugende Vorrichtung wurde dadurch erhalten, daß der Radiator 3 in ein vorderes Endteil des Beispiels 10 eingesetzt wurde, welches das Wärmeübertragungselement 4 und die elektrothermische Wandlereinrichtung 2 in dem Träger 5 enthielt.

[Beispiel 12]

Es wurde in der gleichen Weise wie beim Beispiel 10 eine eine Farbänderung erzeugende Vorrichtung gebildet, mit der Ausnahme, daß ein Wärmeabstrahlbehälter (Schaft) 31 mit axialen Unregelmäßigkeiten auf der Außenfläche verwendet wurde und auf der Bodenfläche des Schafts auf der Wärmeerzeugungsseite ein spulenförmiges metallisches Wärmeabstrahlelement angebracht wurde.

[Beispiel 13]

Ein als Miniaturbügeleisen ausgebildetes, eine Farbänderung erzeugendes Gerät wurde hergestellt durch Anbringen einer Batteriebehältereinheit an dem seitlichen Teil eines Wärmeabstrahl-Aluminiumbehälters, in dem ein Raum für die Aufnahme von Wasser als Wärmeakkumulatormedium vorgesehen war, durch Anbringen eines Handgriffs an dem Behälter, durch Anbringen von zwei elektrothermischen Wandlereinrichtungen mit geeignetem gegenseitigen Abstand am Boden des Behälters, durch Verbinden der Einrichtungen mit der Energiequelle (zwei 1,5-V-Trockenbatterien), durch In-Berührung-Bringen eines Wärmeübertragungselements aus einer dünnen Metallplatte mit einer Isolierplatte der wärmeabsorbierenden Seite A der Einrichtung 2 und durch Montieren des Teils am Boden des Behälters mit Hilfe eines wärmeisolierenden Materials.

[Beispiel 14]

Es wurde wie im Beispiel 10 eine als Stempel ausgebildete Farbänderungseinrichtung gebildet, indem ein flaches Wärmeübertragungselement 4, bestehend aus einer Metallplatte, in der vorderen Öffnung des Trägers 5 in der Weise gelagert wurde, daß das vordere Ende des Wärmeübertragungselements 4 nach außen hin frei lag, und indem die elektrothermische Wandlereinrichtung 2 und der Radiator 3 wie im Beispiel 10 angebracht wurden.

[Beispiel 15] (S. Fig. 15)

Es wurde ein Radiator 3 aus einem Wärmeabstrahlbehälter 31 (einem Aluminiumschaft) gebildet, der mit Wasser als Wärmeakkumulatormedium 32 gefüllt war. Eine Farbänderungsvorrichtung 1 wurde hergestellt, indem der Radiator 3 und eine Batterie 10 in eine Kunststoffabdeckung eingesetzt wurden, welche an ihrem Umfang mit vier Wärmeabstrahlöffnungen in geeigneten Abständen ausgestattet war, so daß der Radiator 3 sich an den Öffnungen befand, und indem die Abdeckung an einem vorderen Endteil wie im Beispiel 10 angebracht wurde.

[Beispiel 16] (S. Fig. 16-18)

In einem Mittelloch eines Formkunststoffträgers 5', der das Mittelloch und ein vergrößertes, mit dem Mittelloch in Verbindung stehendes Loch sowie am anderen Ende eine Öffnung besaß, wurde ein Aluminium-Wärmeübertragungselement 4 in Form einer Griffelspitze mit einem aufgeweiteten Plattenabschnitt an seinem Ende in der Weise angebracht, daß der Spitzenabschnitt nach außen hin frei lag. Ein vorderes Endteil wurde komplettiert durch Anbringen des aufgeweiteten Plattenabschnitts an einer Isolierplatte 24 der wärmeabsorbierenden Seite A einer elektrothermischen Wandlereinrichtung 2 (die 7 Paare von Halbleiterelementen enthielt), die in die vergrößerte Öffnung eingesetzt war, um die Isolierplatte 24 an der Wärmeerzeugungsseite B mit einer Kontaktfläche eines wärmeleitenden vorstehenden Teils 6 (welches die Kontaktfläche sowie ein mit der Kontaktfläche verbundenes schüsselförmiges vorstehendes Teil enthielt) in der Weise kontaktiert wurde, daß das vorstehende Teil der Seitenfläche des Trägers 5 abstand. In die vergrößerte Öffnung des Trägers 5 wurde ein Wärmeabstrahlbehälter 31 eingesetzt, bestehend aus einem Aluminiumschaft (mit einem Durchmesser von 15 mm und einer Länge von 10 cm), wobei dessen vordere Stirnfläche mit der Kontaktfläche des wärmeleitenden vorstehenden Teils 6 in Berührung stand.
Der Aluminiumschaft 31 ist an einer Öffnung am anderen Ende mit einem abnehmbar aufgeschraubten Deckel 312 versehen, und enthält etwa 15 cm³ Wasser als Wärmeakkumulatormedium 32, um dadurch einen Radiator 3 zu bilden. Die elektrothermische Wandlereinrichtung 2 besaß Leitungsdrähte 7, die an eine externe Energiequelle 9 mit einer 1,5-V-Trockenbatterie angeschlossen waren, und es war ein Schalter 11 vorgesehen, um die Energiequelle und deren Polaritätsumschaltung zu steuern.
Bei einer Zimmertemperatur von 25º C erreichte das Wärmeübertragungselement 4 der oben erläuterten, eine Farbänderung erzeugende Vorrichtung 1, nach 30 Sekunden vom Beginn der Energiezufuhr an etwa 7º C, und das schüsselförmige vorstehende Teil des abstehenden Wärmeübertragungsteils 6 zeigte eine Oberflächentemperatur von etwa 45º C.
Ein thermisch sich in der Farbe ändernder Artikel 12, bestehend aus einem weißen Bogen, dessen gesamte Oberfläche mit einer sich thermisch in der Farbe ändernden Schicht 121 versehen war, bestehend aus einem Material mit einem thermochromen Farbspeicher-Farbstoff (reversibel zwischen schwarz und farblosem Zustand bei einem unteren Farbumschlagpunkt t1 bei 15º C und einem oberen Farbumschlagpunkt t2 bei 35º C), der bei Zimmertemperatur weiß war, zeigte in einem Bereich, der mit dem Wärmeübertragungselement 4 berührt wurde, eine schwarze Beschriftung.
Die schwarze Beschriftung hielt sich bei Zimmertemperatur von 17-33º C, wurde aber bei Berührung mit dem vorstehenden Wärmeübertragungsteil 6 (dem schüsselförmigen vorstehenden Teil) gelöscht, und die wiederhergestellte weiße Schreibtafel konnte erneut verwendet werden.

[Beispiel 17] (S. Fig. 19-21)

Es wurde ein Wärmeerzeugungsteil gebildet, indem mit Hilfe eines Klebstoffs ein Wärmeerzeugungselement 13 aus gesinterten BaTiO&sub3; (mit einem Querschnitt von 15 mm und einer Dicke von 1 mm und mit leitend überzogenen Schichten auf beiden Seiten mit einem Widerstand von 2,5 Ω bei 25º C und einer Erwärmungs- Sättigungstemperatur von 45º C) an dem inneren Boden eines kurzen Aluminiumrohrs befestigt wurde, welches an einem Ende verschlossen war und ein Wärmeübertragungselement 4 bildete. Leitungsdrähte, die mit dem Wärmeerzeugungselement 13 und der innenwand des kurzen Rohres verbunden waren, wurden mit einer externen Energiequelle aus vier 1,5-V-Trockenbatterien verbunden.
Das Heizelement wird in einem Kunststoffträger 5 angebracht, wobei der abgedichtete Boden von dem Teil absteht, welches seinerseits wiederum an einem Ende eines Schafts 8 angebracht wird, um dadurch eine eine Farbänderung erzeugende Vorrichtung mittels Aufheizung zu bilden.
Es wurde in folgender Weise ein Kühlelement hergestellt:
Ein Formkunststoffträger 5 mit einem mittleren Loch und einem damit in Verbindung stehenden vergrößerten Loch und einer Öffnung am anderen Ende wurde hergestellt, und in das mittlere Loch wurde ein Aluminium-Wärmeübertragungselement 41 eingesetzt, während eine hintere Endfläche des Elements 41 an einer Isolierplatte 24 auf der wärmeabsorbierenden Seite A einer elektrothermischen Wandlereinrichtung 2 angebracht wurde (welche 7 Paare von Halbleiterelementen enthielt), die in das vergrößerte Loch eingesetzt war. Leitungsdrähte 7 wurden mit der Einrichtung 2 für den Anschluß an eine Energiequelle 10 verbunden.
Der Bodenteil eines Radiators 3 bestehend aus einem Aluminiumschaft (mit einem Durchmesser von 15 mm und einer Länge von 10 cm), der etwa 5 cm&sub3; Wasser als Wärmeakkumulatormedium 32 enthielt, wurde in das vergrößerte Loch des Trägerelements 51 eingesetzt und an der Isolierplatte 24 der Wärmeerzeugungsseite B befestigt.
Als mit dem Wärmeübertragungselement 4 (der Kühlseite) der Farbänderungsvorrichtung 1 gemäß diesem Beispiel eine Beschriftung auf einem sich thermisch in der Farbe ändernden Artikel 12 vorgenommen wurde, welcher aus einem weißen Bogen bestand, dessen Gesamtoberfläche eine sich thermisch in der Farbe ändernde Schicht 121 aufwies, bestehend aus einem Material mit einem thermochromen Farbspeicher-Farbstoff (reversibel zwischen schwarz und farblosem Zustand mit einem unteren Farbumschlagpunkt t1 bei 15º C und einem oberen Farbumschlag punkt t2 bei 35º C), der bei Zimmertemperatur weiß war, änderte sich der weiße Zustand des berührten Bereichs und zeigte eine schwarze Beschriftung (thermochromes Bild 122). Die Beschriftung hielt sich bei der Zimmertemperatur von 17-30º C (s. Fig. 19).
Die schwarze Beschriftung wurde gelöscht durch Kontaktieren mit dem auf ca. 40º C erhitzten Wärmeübertragungsteil 4 (Erwärmungsseite) der Vorrichtung 1 nach dem vorliegenden Beispiel (s. Fig. 20).

[Beispiel 18]

Eine Farbänderungsvorrichtung 1 mit Erwärmung wurde hergestellt, indem in einer vorderen Endöffnung eines Kunststoffschafts 8 ein integriertes Heizelement angeordnet wurde, bestehend aus einem Wärmeübertragungselement 6 mit einem Griffelspitzenabschnitt, der von der Mitte eines flachen Abschnitts abstand, und mit einem Wärmeerzeugungselement 7 aus gesintertem BaTiO&sub3; (mit einem Querschnitt von 15 mm und einer Dicke von 1 mm und mit leitenden überzogenen Schichten auf beiden Seiten bei einem Widerstand von 2 Ω bei 25º C und einer Erwärmungssättigungstemperatur von 45º C, welches mittels einem leitenden Klebstoff an der Rückseite des flachen Abschnitts angebracht war, und indem zwei 1,5-V-Trockenbatterien in Reihe angeordnet wurden, um eine Energiezufuhr über eine Elektrode vorzunehmen, die in dem flachen Abschnitt des Wärmeübertragungsteils 6 und einem leitenden Element vorgesehen war. Ein (nicht gezeigter) Ein-/Aus-Schalter war an einer geeigneten Stelle vorgesehen.
Bei Zimmertemperatur von 25º C erreichte die Griffelspitze der Farbänderungsvorrichtung 1 etwa 30 Sekunden nach dem Beginn der Energiezufuhr eine Temperatur von ca. 45º C.

[Beispiel 19] (Fig. 22)

Eine Farbänderungsvorrichtung 1, die eine breite Beschriftung erzeugen konnte, wurde dadurch hergestellt, daß ein Metallteil 41 mit einem Wärmeübertragungs- Vorderende am vorderen Ende der Einrichtung gemäß Beispiel 18 angebracht wurde.
Als mit der Kühlvorrichtung 1 gemäß Beispiel 1 5 auf einem sich thermisch in der Farbe ändernden Artikel 12, bestehend aus einem weißen Blatt, dessen gesamte Oberfläche eine sich thermisch in der Farbe ändernde Schicht 121 aufwies, bestehend aus einem Material mit einem thermochromen Farbspeicher-Farbstoff (reversibel zwischen schwarz und farblosem Zustand mit einem unteren Farbumschlagpunkt t1 bei 15º C und einem oberen Farbumschlagpunkt t2 bei 35º C), welches bei Zimmertemperatur weiß war, eine Beschriftung vorgenommen wurde, änderte sich in dem berührten Bereich der weiße Zustand und zeigte dort eine schwarze Beschriftung (thermochromes Bild 122). Die Beschriftung hielt sich bei einer Zimmertemperatur von 17-30º C. Die schwarze Beschriftung wurde gelöscht durch Beschreiben mit der Heizvorrichtung 1 gemäß Beispiel 19, deren Spitzenteil auf ca. 40º C erhitzt wurde (vgl. Fig. 23).
Die erfindungsgemäße, eine Farbänderung erzeugende Vorrichtung wird in Kombination mit einem Artikel verwendet, der seine Farbe thermisch ändert und mit einer sich thermisch in der Farbe ändernden Schicht ausgestattet ist, und bildet eine Kühleinrichtung, die in wirksamer Weise insbesondere die Funktion eines Artikels nutzen kann, dessen Farbumschlagpunkt in einem Bereich niedriger Temperatur liegt. Im Vergleich zu der konventionellen Kühleinrichtung mit kaltem Wasser oder Eisstückchen als Kühlmittel ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung das Hervorrufen einer Farbänderung durch Abkühlung eines solchen Artikels in einfacher und unmittelbarer Weise zu beliebiger Zeit und an beliebiger Stelle, und sie verleiht außerdem Transportfähigkeit und ist anwendbar bei einem nicht wasserfesten Artikel.
Außerdem wird eine Farbänderungsvorrichtung geschaffen, die sowohl kühlen als auch heizen kann, indem die Polarität einer Energiequelle umgeschaltet wird. Auch bei einer niedrigen angelegten Spannung von nicht mehr als 50 V läßt sich noch eine wirksame Funktion erzielen, so daß keine Gefahr eines Leckstroms besteht. Die Funktion bleibt auch bei Austausch der Energiequellen-Batterien erhalten.
Die erfindungsgemäße Farbänderungsvorrichtung kann auch zusammen mit einer Heizvorrichtung verwendet werden, die mit einem elektrischen wärmeerzeugenden Element ausgestattet ist, die sich mit Eigensteuerung auf eine gewünschte Sättigungstemperatur einregelt, wenn eine niedrige Spannung angelegt ist, kombiniert mit verschiedenen, sich thermisch in den Farben ändernden Artikeln, um so einen Farbänderungseffekt herbeizuführen.
Speziell kann sie in Kombination mit einem System eingesetzt werden, welches eine sich thermisch in der Farbe ändernde Schicht aufweist, zusammengesetzt aus einem Material, welches einen thermochromen Farbspeicher-Farbstoff enthält (der eine starke Hysterese bei der Farbänderung mit zwei Farbumschlagpunkten auf den Seiten höherer und niedrigerer Temperatur aufweist, der reversibel änderbar ist zwischen Farblosigkeit und farbigen Zuständen oder zwischen zwei unterschiedlich farbigen Zuständen; der in einen vom Normalzustand verschiedenen Zustand umwandelbar ist durch Anwendung von Kälte unterhalb des unteren Farbumschlagpunkts oder von Wärme oberhalb des höheren Farbumschlagpunkts; und der in der Lage ist, den anderen Zustand im normalen Temperaturbereich aufrecht zu erhalten), um dadurch in wirksamer Weise die Funktion eines solchen thermochromen Farbspeicher-Farbstoffs zu nutzen und eine Diversifizierung von Waren ebenso zu ermöglichen wie die Anwendung auf verschiedenen Gebieten).

Claims

1. Eine Farbänderung erzeugende Einrichtung (1) zum Hervorrufen einer Farbänderung in einem Artikel (12) für thermische Farbänderung, umfassend:

eine elektrothermische Wandlervorrichtung (2) mit einem einheitlichen Aufbau, in welchem P-Halbleiterelemente (21) und N-Halbleiterelemente (22) abwechselnd miteinander gekoppelt sind, um einen wärmeabsorbierenden Abschnitt (A) und einen wärmeerzeugenden Abschnitt (B), basierend auf dem Peltier- Effekt, zu schaffen,

dadurch gekennzeichnet,

daß die oberen und unteren Flächen der Elemente sandwichartig zwischen zugehsrigen wärmeleitenden, elektrisch isolierenden Platten (24) angeordnet sind, wobei die Platten die wärmeabsorbierenden und wärmeerzeugenden Abschnitte bilden,

daß mit dem wärmeerzeugenden Abschnitt der elektrischen Wandlervorrichtung ein Radiator (3) gekoppelt ist, dessen Wärmeabstrahlfähigkeit in einem Wärmewiderstandsbereich von 0,1-150 ºC/watt liegt,

daß ein Gehäuse (8) die elektrothermische Wandlervorrichtung und den Radiator aufnimmt und abstützt,

und daß die elektrothermische Wandlervorrichtung durch Anlegen einer Gleichspannung im Bereich von 0,1-50 V betreibbar ist, so daß sein wärmeabsorbierender Abschnitt eine Temperaturverringerung von mindestens 3 ºC bezüglich der Umgebungstemperatur in einem Umgebungstemperaturbereich von 10- 35 ºC zeigt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, die sowohl zu kühlen als auch zu erwärmen vermag, umfassend

eine Einrichtung (11) zum Umkehren der Polarität des der elektrothermi schen Wandlervorrichtung (2) zugeführten Gleichstroms, um dadurch die wärmeabsorbierenden und wärmeerzeugenden Abschnitte (A, B) umzukehren.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ausgebildet als Schreibutensil (1), in welchem

das Gehäuse (8) ein Schaft ist und ein Schreibspitzenelement (4) in Wärmekontakt mit einer der Platten (24) der elektrothermischen Wandlervorrichtung (2) steht.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der

das Gehäuse (8) mit einem Lufteinlaßloch (81) und einem Luftauslaßloch (82) ausgestattet ist, in Wärmekontakt mit dem wärmeabsorbierenden Abschnitt (A) der elektrothermischen Wandlervorrichtung (2) ein Wärmeübertragungselement (4) gehalten wird, welches in dem Gehäuse (8) abgestützt ist und am vorderen Ende bezüglich des Gehäuses freiliegt, und eine Luftgebläseeinrichtung (33, 34) vorgesehen ist zur Luftkühlung des Radiators.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Wärmeübertragungselement (4) in Berührung mit der wärmeabsorbierenden Seite (A) der elektrothermischen Wandlervorrichtung (2) vorgesehen ist, und der Radiator (3), der sich an der wärmeerzeugenden Seite (B) der Vorrichtung befindet, aus einem wärmeabstrahlenden Behälter (31) besteht, der ein Wärmeakkumulatormedium (32) enthält.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, bei der der Radiator (3) mit der wärmeerzeugenden Seite über ein vorstehendes Wärmeübertragungsstück (6) gekoppelt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, bei der das vorstehende Wärmeübertragungsstück (6) als Heizspitzenelement dient.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5-7, bei der der wärmeabstrahlende Behälter (31) aus Metall besteht und das Wärmeakkumulatormedium (32) Wasser oder ein sich hauptsächlich aus Wasser zusammensetzendes wässriges Medium ist.

9. Eine Farbänderung erzeugende Einrichtung nach Anspruch 1, des weiteren umfassend

ein Heizelement (4), welches ein elektrisches wärmeerzeugendes Glied (13) und ein wärmeübertragendes Spitzenglied in Berührung mit dem wärmeerzeugenden Glied aufweist, wobei das elektrische wärmeerzeugende Glied einen Thermistor mit einem positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands in einem Temperaturbereich von 25-70 ºC aufweist und in der Lage ist, bei Anlegen einer Spannung von 0,8-50 V Wärme zu erzeugen und bei einer beliebigen Sättigungstemperatur in einem Bereich von 25-70 ºC eine Temperatur-Eigensteuerung vorzunehmen vermag.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, bei der

das Gehäuse (8) als Schaft ausgebildet ist, der an seinen einander abgewandten Enden das Heizelement (4) und die elektrothermische Wandlervorrichtung (2) aufweist.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei der

der Radiator (3) einen wärmeabstrahlenden Behälter (31) aufweist, der ein Wärmeakkumulatormedium (32) enthält, welches allein oder vornehmlich aus Wasser besteht.

12. Satz von einer Farbänderung erzeugenden Einrichtungen, umfassend eine eine Farbänderung erzeugende Einrichtung zum Hervorrufen einer Farbänderung in einem Artikel (12) für thermische Farbänderung durch Erwärmung, und ausgestattet mit einem Heizelement, welches ein elektrisches wärmeerzeugendes Glied (13) und ein in Berührung mit dem wärmeerzeugenden Glied gehaltenes wärmeübertragendes Spitzenglied aufweist, wobei das elektrische wärmeerzeugende Glied einen Thermistor mit einem positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands in einem Temperaturbereich von 25-70 ºC aufweist, der in der Lage ist, bei Anlegen einer Spannung von 0,8- 50 V Wärme zu erzeugen, und bei einer beliebigen Sättigungstemperatur in einem Bereich von 25-70 ºC eine Temperatur-Eigensteuerung auszuüben vermag,

und eine Einrichtung (1) gemäß Anspruch 3.

13. Eine Farbänderung erzeugende Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-11 oder ein Satz gemäß Anspruch 12 in Kombination mit einem Artikel (12) für thermische Farbänderung

mit einer thermischen Farbänderungsschicht (121), die ein Material enthält, welches einen thermochromen Farbgedächtnisfarbstoff enthält, der bei Temperaturänderung eine starke Hysterese (ΔH) zeigt, der zwischen gefärbtem und ungefärbtem Zustand oder zwischen zwei gefärbten Zuständen reversibel veränderbar ist, und der in der Lage ist, einen der Zustände im Umgebungstemperaturbereich selektiv beizubehalten.

14. Kombination nach Anspruch 13, bei der

der Artikel (12) für thermische Farbänderung als Blatt oder als Plattenelement ausgebildet ist.