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Thermometer, insbesondere Fieberthermometer
Die Erfindung betrifft ein Thermometer, insbesondere Fieberthermometer, mit einer metallischen Auflageplatte und einer dicht an dieser Platte angeordneten, auf einen Zeiger einwirkenden, aus mehreren Schichten bestehenden Metallspirale.
Solche Thermometer haben gegenüber Flüssigkeitsthermometern den Vorteil der grösseren Ansprechgeschwindigkeit. Sie können ausserdem an jede beliebige Körperstelle angesetzt werden und ermöglichen daher das Auffinden lokaler Krankheitsherde, die gegenüber andern Körperteilen erhöhte Temperatur zeigen. Es ist eine Tatsache, dass z. B. in den Tropen mit dem normalen Quecksilberthermometer kein Fieber gemessen werden kann, wenn die Aussentemperatur höher als die Körperwärme des Menschen liegt. Das Quecksilberthermometer kann dann nicht heruntergeschleudert werden, es sei denn, es wird z. B. in einen Kühlschrank gelegt. Wenn aber die Aussentemperatur wesentlich über der Körperwärme des Menschen liegt, ist die Messung stets ungenau.
Bei Metallthermometern kann dieser Fehler praktisch nicht in Erscheinung treten, denn die Temperatur des zu messenden Körpers bestimmt auch bei höheren Aussentemperaturen fast ausschliesslich die Temperatur der Metallspirale und daher den Messwert. Ähnliche Geräte kommen auch in Strahlungspyrometern zur Anwendung. Dabei wird durch ein optisches System derjenige Körper, dessen Temperatur gemessen werden soll, auf einer Metallplatte abgebildet, die mit der Spirale wärmeleitend verbunden ist. Ansprechempfindlichkeit und Messgenauigkeit der bekannten Geräte sind jedoch noch verhältnismä- ssig gering.
Eine bekannte Anordnung schlägt einen Bimetallstreifen vor, bei dem eine spiralenförmig Bimetallfeder zwischen zwei metallischen Platten angeordnet ist, die an ihrem freien Ende einen Kontakt trägt, der mit einem gerätefesten Gegenkontakt zusammenwirkt. Zwischen den Spiralenwindungen erstreckt sich ein ebenfalls spiralenförmiges Band, das in spiralenförmigen Nuten der beiden Platten eingelassen oder mit diesen verlötet ist. Trotz der vergrösserten Wärmestrahlungsfläche lässt sich mit dieser Anordnung die Temperatur nur sehr ungenau ermitteln, da die Bimetallfeder durch Konvektion stets auf einen Mittelwert zwischen der Plattentemperatur und der Raumtemperatur gehalten wird. Ein weiterer Vorschlag beschreibt eine aus mehr a1 ; s zwei Schichten zusammengesetzte Feder, deren einzelne Streifen miteinander verlötet sind.
Erfindungsgemäss werden nun die Auflageplatte'und das Spiralenband zu einem Stück aus einem Werkstoff hergestellt, der die Wärme gut leitet. Die Wärme kann, ungehindert durch Kontaktflächen und Lötverbindungen, in die Spiralenrippe einfliessen. Gegenüber bekannten Anordnungen kann die Masse der aufzuheizenden Teile wesentlich kleiner gehalten werden, ausserdem ist der die Spiralen und das Messwerk aufnehmende Raum durch eine gut wärmeleitende Flüssigkeit gefüllt, durch die die Konvektion gegenüber Luft um mehr als das Hundertfache gesteigert werden kann.
Ein erfindungsgemäss ausgebildetes Thermometer ist in erster Linie dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageplatte und die als Rippe ausgebildete spiralförmige Wand in einem Stück aus die Wärme gut leitendem Werkstoff, wie Kupfer oder Silber geformt sind, und das die Spiralen und das Anzeigewerk umschliessende Gehäuse mit einer gut wärmeleitenden Flüssigkeit, wie Methylalkohol gefüllt ist.
Gemäss einem weiteren Erfindungsvorschlag besteht das Gehäuse aus wärmeisolierendem und/oder gegen Wärmestrahlen abschirmendem Kunststoff, insbesondere Polypropylen oder Polyäthylen.
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Die Wärmedämmung kann durch eine z. B. an der Gehäuseinnenseite angebrachte Schicht Schaumkunststoff noch gesteigert werden und der Wärmeübergang zwischen der Auflageplatte und der Metallspirale lässt sich sehr intensivieren, wenn die Innenfläche des Gehäuses verspiegelt bzw. mit einer Wärmestrahlen reflektierenden Schicht versehen wird. Die Temperatur innerhalb des Gehäuses wird dann praktisch ausschliesslich durch die Temperatur der Messstelle bestimmt. Nach einem weiteren Erfindungs- merkmal wird die dem im Gehäuse angeordneten Fenster zugewendete Fläche der Skala oder deren Träger verspiegelt bzw. mit einer Wärmestrahlen reflektierenden Schicht versehen.
Wie schliesslich erfindungsgemäss noch vorgeschlagen wird, kann eine an sich bekannte Trimetallfeder mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten nach geordneten, miteinander verpressten Metallstreifen Verwendung finden.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausfühmngsbeispiele der Erfindung dargestellt, doch soll die Erfindung nicht darauf beschränkt bleiben. Es zeigen : Fig. 1 einen Schnitt durch ein Fieberthermometer, Fig. 2 einen Schnitt durch dieses Thermometer entlang der Schnittlinie li-tri in Fig. l, Fig. 3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie rn-rn in Fig. 1, Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäss ausgebildeten Fieberthermometers entlang der Linie IV-IV in Fig. 5 geschnitten und Fig. 5 einen Schnitt durch das Gerät nach Fig. 4 entlang der Schnittlinie V-V von Fig. 4.
Mit 1 ist in der Zeichnung eine aus Kupfer oder Silber bestehende kreisförmige Auflageplatte bezeichnet, die eine zur Geräteachse 2 zentrische Spiralenrippe 3 aufweist. Die Spiralenrippe hat etwa rechteckigen Querschnitt. Sie kann durch Giessen oder Pressen vorgeformt sein und ihre endgültige Form durch mechanische Bearbeitung erhalten. Das innere Ende der Spiralenrippe hat daher einen ausreichen- den Abstand von der Achse 2. In diesem Raum befindet sich ein Stift 4, der aus Kunststoff oder Metall besteht und fest mit der Auflageplatte 1 verbunden ist.
Der Stift kann auch, wie die Spiralenrippe, mit der Auflageplatte aus einem Stück geformt sein und ist dann zweckmässig mit einer Höhlung versehen, damit er ebenso dünne Wandstärken wie die Teile 1 und 3 erhält und mit diesen schnell auf die Messtemperatur gebracht werden kann.
In dem durch die Spiralenrippe 3 begrenzten Spiralenraum 5 ist eine Trimetallspirale 6 angeordnet, Ihre Breite entspricht etwa der halben Höhe der Spiralenrippe 3, und ihre Gesamtdicke ist um ein Vielfaches kleiner als der Abstand zwischen benachbarten Windungen der Spiralenrippe 3. Die Trimetallspirale besteht aus drei Metallstreifen mit einer Dicke von jeweils 0,01 bis 0,05 mm, die durch Pressen oder Walzen fest miteinander verbunden sind. Bewährt hat sich z. B. die Kombination : Stahl-Manganstahl-Messing bei einer Dicke von 0,02 mm der einzelnen Streifen bzw. 0,06 mm Gesamtdicke.
Das innere Ende 6a der Trimetallspirale ist am Stift 4 befestigt. An ihrem äusseren Ende 6b sitzt ein Stift 7, der über die Spiralenrippe hinaus nach oben in eine am freien Ende eines Hebels 8 vorgesehene Aussparung 8a ragt. Dieser Hebel sitzt fest auf einer Achse 15, die mittels Spitzen in Lagersteine 9 eines Lagerbügels 10 drehbar gelagert ist. Der Lagerbügel 10 ist mittels Schrauben 11 am Steg 12a eines doppeltopfförmigen Gehäusekörpeis 12 befestigt und ragt teilweise durch dessen Aussparung 13 hindurch.
Mit 14 ist eine weitere Aussparung dieses Steges bezeichnet, die das Einfädeln des Stiftes 7 in die Aussparung 8a von oben ermöglichen soll.
An der Achse 15 ist ferner oberhalb des Steges 12a ein Hebel 16 fest angebracht, dessen Zahnsegment 16a in ein Ritzel 17 greift, das mit einem Zeiger 18 fest auf einer Achse 19 sitzt, die wieder mittels Steinen 20 durch Spitzen zwischen dem Steg 12a und einem durch Schrauben 21 an diesem befestigten Lagerbügel 22 gelagert ist. Unterhalb der Spitze des Zeigers 18 ist eine segmentförmige Skala 23 mittels Schraubenschlitzverbindungen 24 justierbar am Steg 12a befestigt.
Mittels eines Gewinderinges 25, der einen Winkelflansch la der Auflageplatte übergreift, ist der Gehäusekörper 12 gegen die Auflageplatte verspannt und dieser gegenüber durch einen Dichtungsring 26 abgedichtet. Nach oben ist der Gehäusekörper durch einen Schraubdeckel 27 verschlossen. Dieser weist oberhalb der Skala 23 ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Segmentfenster auf, das nur die Skalenbeschriftung und die Zeigerspitze erkennen lässt. Nur dieses Fenster ist durchsichtig. Es besteht, wie auch die übrigen Gehäuseteile 12,25, 27 aus wärmeisolierendem Kunststoff. Hiefür eignen sich besonders Polypropylen, Polyäthylen und Epoxyd. Noch besser ist eine Unterteilung der Gehäuseteile in eine möglichst feste Trägerschicht und eine Schicht Schaumkunststoff.
Die Skala ist in allen Richtungen um soviel breiter als das Fenster ausgebildet, dass auch schräg in das Fenster einfallendes Licht nicht seitlich an der Skala vorbeitreten kann. Die. Skala selbst und alle Innenflächen des Gehäuses sind verspiegelt. Während somit das durch das Segmentfenster eintretende Licht im wesentlichen Umfang wieder zurückgeworfen wird, kann Wärme von aussen praktisch nur durch die Auflageplatte ins Gehäuseinnere gelangen.
Diese Wärme kann einmal, wenn der Stift 4 aus Metall besteht, an der Verbindungsstelle unmittel-
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bar in die Trimetallspirale einfliessen. Sie gelangt ferner durch Wärmestrahlung von der Spiralenrippe zu der Trimetallspirale, die von beiden Seiten bestrahlt wird. Schliesslich ist auch das Gehäuse vollständig mit Methylalkohol oder einer andern gut wärmeleitenden Flüssigkeit angefüllt, die durch Konvektion den Wärmeübergang so steigert, dass die Trimetallspirale schon nach wenigen Sekunden auf die Temperatur der Auflageplatte gebracht ist. Bei Versuchen mit Spiritus als Füllflüssigkeit konnte eine Beschleunigung des Wärmeüberganges bis auf das Dreifache des Ausgangswertes festgestellt werden.
Die Flüssigkeit im Gehäuse wird durch die Platte 1 und insbesondere durch die Spiralstege 3 praktisch genau so schnell erwärmt wie die Platte 1 selbst. Die wärmeempfindliche Metallspirale 6 ist von der Flüssigkeit auf allen Seiten umgeben. Die Wärmeübertragung zur Metallspirale erfolgt daher sehr schnell und vollkommen.
Ohne Füllflüssigkeit würde die Wärmeübertragung von der Platte 1 zur Metallspirale 6 wesentlich langsamer vor sich gehen. Vor allem würde die Spirale nur allmählich auf ihre Endtemperatur gebracht werden können.
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blieben ist. In der Mitte der Auflageplatte ist ein Lagerbügel29 angebracht, in dem mittels Lagersteinen 30 drehbar eine Achse 31 gelagert ist, die unmittelbar mit dem inneren Ende der Trimetallspirale 6' verbunden ist und einen Zeiger 18'trägt. Skala 23 und Stiftschlitzverbindungen 24 sind unverändert geblieben. Nur sind sie jetzt an Kunststofflagerböcken 32 angebracht, die an der Auflageplatte 11 bee- stigt sind. 33 ist ein einziger, das ganze Messwerk abschliessender Gehäusetopf.
Anstatt zur Befestigung einen Gewindering 25 zu verwenden, kann man auch den Topf unmittelbar auf ein entsprechendes Gewinde der Auflageplatte schrauben. Das über der Skala liegende Segmentfenster ist mit 34 bezeichnet.
Selbstverständlich kann auch die umgekehrte Ausführungsform gewählt werden, wobei das innere Spiralenende, ähnlich 6a in Fig. 1, festgelegt ist, das äussere Spiralenende jedoch unmittelbar auf den Zeiger einwirkt. Z. B. kann man an diesem Spiralenende eine Verzahnung, eine Zahnstange oder ein Zahnsegment fest anbringen und diese oder deren Verzahnung in ein auf der Zeigerachse sitzendes Ritzel greifen lassen. Hiebei kann das Spiralenende durch eine lose laufende Rolle, gegebenenfalls mit zwei seitlichen Schultern, im Bereich des Ritzels unterstützt werden. Das Gehäuse braucht auch keineswegs genau kreisförmig zu sein. Der grösseren Messgenauigkeit und Messgeschwindigkeit wegen, sollte man in erster Linie bestrebt sein, dass Messwerk selbst so klein wie möglich zu halten und dann das Gehäuse den Umrissen des Messwerkes eng anzupassen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Thermometer, insbesondere Fieberthermometer, mit einer metallischen Auflageplatte und einer dicht an dieser Platte angeordneten, auf einen Zeiger einwirkenden, aus mehreren Schichten bestehenden Metallspirale, zwischen deren Windungen eine mit der Auflageplatte wärmeleitend verbundene und sich im wesentlichen über die ganze Länge der Metallspirale erstreckende spiralförmige Wand angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageplatte (1) und die als Rippe (3) ausgebildete spiralför- mige Wand in einem Stück aus die Wärme gut leitendem Werkstoff, wie Kupfer oder Silber geformt sind und das die Spiralen (3, 6) und das Anzeigewerk (18) umschliessende Gehäuse (12, 25, 27, 33) mit einer gut wärmeleitenden Flüssigkeit, wie Methylalkohol gefüllt ist.