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Zeitmessvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Zeitmessvorrichtung mit einem luftdichten, eine mindestens teilweise durchsichtige Abdeckung aufweisenden Behälter, in dem sich eine bei Gaszutritt ihre Farbe ändernde
Substanz befindet.
Es ist ein Schaltungselement zur optischen Anzeige der Betriebsdauer elektrischer Geräte bekannt, das aus zwei die Stromzu-und-abführung aufnehmenden Endphasen einer elektrochemischen Kette und mindestens einer die Verbindung beider Endphasen herstellenden Zwischenphase besteht, wobei min- destens zwei unmittelbar aneinander grenzende Phasen sich durch Farbkontraste voneinander abheben.
Hier wird bei Stromdurchgang durch das Schaltelement eine stetige Verlagerung der Grenzschicht erreicht. Die so erreichte Anzeige ist nur dann ein Mass für die Zeit, wenn der fliessende Strom konstant ist. Ein solches Element ist deshalb überhaupt nur in speziellen elektrischen Geräten verwendbar, in denen diese Voraussetzungen gegeben sind.
Es ist ferner eine Einrichtung zur sichtbaren Zeitbestimmung mit einem umkehrbaren, wanduhrar- tigen Glasgefäss bekannt, in dessen eine Hälfte zwei oder mehr Flüssigkeiten verschiedener Farben und verschiedenen spezifischen Gewichts eingefüllt sind, so dass die Flüssigkeiten aufeinander schwimmende Schichten bilden. Derartige Einrichtungen können nach Art einer Sanduhr zur Zeitmessung verwendet werden. Es ist mit ihnen aber nur eine verhältnismässig kurze Zeitmessung möglich. Ausserdem kann die bekannte Einrichtung nur bei ruhiger und einer definierten Lage verwendet werden, was aber in vielen Fällen nicht gewährleistet ist.
Schliesslich ist auch eine Zeitmessvorrichtung mit einem luftdichten, eine mindestens teilweise durchsichtige Abdeckung aufweisenden Behälter bekannt, in dem sich eine bei Gaszutritt ihre Farbe ändernde Substanz befindet. Es handelt sich aber nicht um eine reine Zeitmessvorrichtung, sondern um einen Temperatur-Zeit-Integrator. Der Integrationsbeginn ist bei dieser Vorrichtung nicht einstellbar.
Infolgedessen muss etwa durch Kühlhalten der Vorrichtung dafür gesorgt werden, dass sie nicht zu arbeiten beginnt, bevor dies erwünscht ist. Die Benutzbarkeit dieser Vorrichtung ist deshalb sehr beschränkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei ausserordentlich einfachem Aufbau unter praktisch allen Bedingungen eine mit einem beliebigen Zeitpunkt beginnende Zeitmessung ermöglicht. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Abdeckung auf einer in dem Behälter befindlichen, bei Luftzutritt ihre Farbe ändernden Substanz aufliegt und dass der Behälter mindestens eine verschliessbare Öffnung aufweist. Die erfindungsgemässe Zeitmessvorrichtung beginnt zu arbeiten, wenn man dies wünscht, nämlich nach Freilegung der Öffnung, und sie bedarf keines besonderen Gases zur Farbänderung, sondern nur der Luft. Der Zeitablauf ist durch die unter der Abdeckung zu verfolgende, räumlich fortschreitende Farbänderung der Substanz erkennbar.
Bis zur gewünschten Benutzung kann die Vorrichtung praktisch unbeeinflusst aufbewahrt werden, ohne dass ihre Anzeigegenauigkeit beeinträchtigt wird. Sie ist daher ohne Schwierigkeiten zu skalieren.
Vorzugsweise ist der Behälter länglich geformt, und es ist die verschliessbare Öffnung im Bereich
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eines Endes des Behälters vorgesehen.
Als die zur Zeitmessung verwendete Substanz kann eine mit Sauerstoff reagierende und dabei ihre Farbe ändernde Substanz vorgesehen sein, beispielsweise eine freie Tri-p-biphenylmethyl-, Tri-p- -nitrophenylmethyl- und/oder Tri-o-anisylmethyl-Reste enthaltende Substanz.
Der Behälter kann flach ausgebildet und die Substanz mit gleichmässiger Schichtdicke in ihm verteilt sein. Der Behälter kann einen Papierstreifen enthalten, auf dem unterhalb der Abdeckung die Substanz mit gleichmässiger Schichtstärke aufgebracht ist. Vorzugsweise ist die Öffnung mit einem von ihr abzuziehenden Streifen verschliessbar. Der Farbumschlag ist ein leicht mit dem Auge erkennbares Kriterium, durch das ein Beobachter jeweils den Ablauf der Zeit verfolgen und das Ende des vorbestimmten Zeitablaufs ermitteln kann. Dabei liegt die Reproduzierbarkeit der skalierbaren Zeitdauer bei geeigneter Ausführung der Erfindung innerhalb von 1 min bei einer Gesamtmesszeit von zirka 30 min.
Darüber hinaus hat die erfindungsgemässe Messvorrichtung den wesentlichen Vorteil, dass sie auf die Zeiten, auf die sie einzustellen ist, allein durch geeignete Festlegung ihrer körperlichen Abmessungen oder durch Vergrösserung bzw. Verkleinerung der Anzahl oder der Weiten der angeführten Öffnungen, durch die die Substanz der Luft auszusetzen ist, eingestellt werden kann. Ist einmal die Skalierung erfolgt, so unterliegt die Genauigkeit des Tabellenwertes nur den zu vernachlässigenden normalen Herstellungstoleranzen. Die Genauigkeit der Zeitmessung wird dadurch praktisch nicht beeinflusst.
Der Farbwechsel der Substanz wird im Rahmen der Erfindung durch eine chemische Umwandlung verursacht, die mit der Zeit fortschreitet und am Ende der vorgewählten Zeit beendet ist. Der chemische Umwandlungsvorgang wird dabei physikalisch in seinem Ablauf feststellbar.
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Fig. 1 zeigt in natürlicher Grösse ein Ausführungsbeispiel einer Zeitmessvorrichtung nach der Erfindung vor ihrer Inbetriebnahme.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 in Fig. 1.
Die Erfindung wird im folgenden an einem rechteckigen Behälter für die Substanz beschrieben, der sich auf einer Packung mit gefrorenen Nahrungsmitteln befindet. Gerade in diesem Fall ist es häufig wichtig, dass man eine Anzeige etwa der Kochzeit des Nahrungsmittels hat. Es handelt sich hier nur um eine Konstruktionsform und um ein Beispiel. Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann auch beispielsweise zur Ermittlung von Parkzeiten, Konstruktionszeiten usw. dienen. Die erfindungsgemässe Zeitmessvorrichtung ist stets dann anwendbar, wenn der Wunsch vorliegt, in bequemer wirtschaftlicher Weise eine vorgegebene Zeitspanne zu bestimmen.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 befindet sich eine Unterlagsschicht-10-aus ge- eignetem, druckempfindlichem Klebstoff auf der Aussenoberfläche --14- ener Packung. die z. B. gefrorene Nahrungsmittel enthält. Auf der Unterlagsschicht-10-liegt ein Papierstreifen --16--. Es handelt sich hiebei um ein Filterpapier, welches weich und locker ist. Die dem Farbwechsel unterliegende Substanz ist einfach als Schicht auf die Oberfläche des Papiers aufzubringen. Eine Schicht aus mit Sauerstoff reagierendem, aber noch nicht reagiertem Material-18-liegt nach Art einer Kaschierung auf der Oberfläche des Papiers-16--.
Das Papier-16-- mit der Schicht --18-- ist gegenüber der Umgebung luftdicht mit einer Abdeckung--20-- abgeschlossen, die aus luftundurchlässigem, durchsichtigem Material besteht und die Beobachtung der Schicht --1S- mit dem Auge gestattet. Die Unter- lagsschicht-10-und die Abdeckung-20--bilden zusammen einen Behälter-22-, der die Sub-
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stanz, die mit Sauerstoff reagiert haben, und denen, die noch nicht mit Sauerstoff reagiert haben. Bevorzugt hat die Substanz zunächst irgendeine ausgeprägte Farbe, und die Reaktion mit Sauerstoff führt zu ihrer Entfärbung.
Um diesen Entfärbungsvorgang auszulösen, wird der Streifen-26-fortgenommen. so dass dann die Öffnung --23- gegenüber der Umgebungsluft freiliegt, Luft in den Behälter eintreten kann, in dem Behälter herum-diffundieren kann und in Kontakt mit der Substanz gerät. Zunächst wird die Substanz im Bereich der Öffnung --23-- entfärbt, beispielsweise war sie zunächst grün und wird nun
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weiss, und die Entfärbung schreitet nun zu dem andern Ende des Behälters fort, in dem sich kein Loch befindet. Die Zeitspanne ist abgelaufen, wenn keine Farbunterschiede zwischen den beiden Enden des Behälters mehr festgestelltwerden können.
Es ist wichtig für die Erfindung, dass die verwendete Substanz im wesentlichen sofort mit Sauerstoff bei den Temperaturen reagiert, bei denen die Vorrichtung benutzt werden soll. Dabei ist es von ausserordentlicher Bedeutung, dass die Zeitanzeige nicht durch die Umgebungstemperatur beeinflusst wird.
Geeignete chemische Substanzen, die die erforderlichen Reaktionseigenschaften haben, also insbesondere eine niedrige Aktivierungsenergie bei Reaktion mit Sauerstoff, sind beispielsweise freie Tri- - p-biphenylmethyl-, Tri-p-nitrophenylylmethyl-und Tri-o-anisylmethyl-Reste.
Das Tri-p-biphenylylmethyl ist ein fester Rest von dunkelgrüner Farbe. Dieser Rest entsteht durch
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ohne weiteres feststellbare Farbänderung zur Folge. Der dunkelgrüne Rest wird gebleicht und damit im wesentlichen weiss oder jedenfalls sehr hellgrün. Der Kontrast bei diesen Farben ist ohne weiteres erkennbar, wenn die Substanz durchreagiert. Hat die gesamte Substanz in diesem Sinn reagiert, so ist die gewünschte Zeitspanne abgelaufen. Der Bleichprozess beginnt sofort, nachdem die Aussenluft unabhängig von ihrer Temperatur zu der Substanz Zutritt hat, denn die Reaktion, die durch die Bleichung erkennbar wird, setzt sofort ein.
Die Geschwindigkeit der Entfärbung oder, allgemeiner, des Farbwechsels ist durch die Wahl der Weite des Lochs -23-- einzustellen.
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en Rest. Der Sauerstoff diffundiert durch den Behälter. Die Diffusionsgeschwindigkeit ist dabei proportional der Temperatur. Daraus ist erkennbar, dass die Umwandlungsgeschwindigkeit des dunkelgrünen freien Restes in seine gebleichte Peroxydform von der Luftflussgeschwindigkeitdurch die Öffnung (die umgekehrt proportional zur Temperatur ist) und von der Diffusionsgeschwindigkeit abhängt (die durch Steigen der Temperatur vergrössert wird). Diese beiden Faktoren werden also gegensinnig von der Temperatur beeinflusst und kompensieren sich daher im Ergebnis.
Das Resultat ist, dass die Umwandlung des freien Restes in seine Peroxydform bei geeigneter Wahl der Luftzutrittsöffnung im wesentlichen unbeeinflusst von der Umgebungstemperatur fortschreitet.
Beide eben genannten Effekte, also der Durchtritt der Luft durch die Öffnung --23-- und die Diffusion durch den Behälter --22--, werden durch die absolute Temperatur festgelegt. Bei mässigen Tem- peraturen von-30 bis +50 C wird daher der Durchfluss durch die Öffnung und die Diffusion nur um einige Prozent geändert. Das Ergebnis ist, dass die Umwandlung des freien Restes zu Peroxyd allein als eine Funktion der Zeit fortschreitet, also unabhängig von der Temperatur ist.
Die zu messende Zeitspanne wird jedoch durch die Menge der chemischen Substanz-18-festgelegt, also durch die Dicke der Schicht --18--, ihre Breite und ihre Länge, und ebenfalls durch die Anzahl der Öffnungen-23-. Es ist relativ einfach, diese Parameter für eine Messung zu skalieren. Beispielsweise bleicht eine 10 mm breite, 55 mm lange Schicht-18-, wenn der Durchmesser der Öffnung 0,08 bis 0, 1 mm ist, völlig in etwa 29 min.
Diese Zeitdauer ist im wesentlichen unabhängig von der Temperatur und von Herstellungstoleranzen, wie aus der folgenden Tabelle für ein Ausführungsbeispiel ersichtlich ist.
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<tb>
<tb>
Entfärbungszeit <SEP> prozentuelle <SEP> AbTemperatur, <SEP> OC <SEP> in <SEP> min <SEP> weichung <SEP> vom <SEP> 300-Wert
<tb> 5 <SEP> 31 <SEP> + <SEP> 7 <SEP>
<tb> 30 <SEP> 29 <SEP> 0
<tb> 70 <SEP> 27 <SEP> - <SEP> 7 <SEP>
<tb>
Die oben angegebenen Resultate sind aus der Untersuchung verschiedener Proben von verschiedenen Beobachtern gewonnen. Daraus konnte geschlossen werden, dass die Frage der objektiven Beobachtung nicht kritisch ist und dass eine Reproduzierbarkeit der Proben vorliegt.
Die gewünschte Menge der Substanz in der Schicht --18-- wird am zweckmässigsten dadurch festgelegt, dass man zunächst eine Schicht gewünschter Dicke erzeugt und danach ihre Breite und Länge
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zurecht schneidet, um sie auf das gewünschte Zeitmass zu skalieren. Beispielsweise kann die Breite und/oder die Länge der Schicht proportional der gewünschten Vergrösserung des Zeitmasses grösser gewählt werden oder entsprechend verringert werden. Eine andere Möglichkeit, das Zeitmass zu verändern, besteht darin, die Anzahl der Öffnungen zu vergrössern oder zu verkleinern.
Verwendet man statt einer Öffnung zwei Öffnungen in dem Fall, auf den sich die obige Tabelle bezieht, so wird die Entfärbungszeit proportional geändert : Die beiden Öffnungen vermindern die Entfärbungsdauer bei 300C von 29 min um 41% auf 17 min. Bei dem Ausführungsbeispiel erfolgt eine Umwandlung des dunkelgrünen, nicht-reagierten Restes in das farblose Peroxyd. Bei niedrigerer Temperatur wird der Farbkontrast bei dieser Reaktion weniger augenscheinlich. Es können dann andere mit Sauerstoff reagierende Substanzen benutzt werden, die einen stärkeren Farbkontrast liefern.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung können sich am oder im Behälter auch Buchstaben und Zeichen u. dgl. befinden, die sichtbar gemacht werden, wenn der Bleichprozess fortschreitet.
Dabei wird die Hintergrundfärbung durch die Schicht --1S- mit Vorteil ausgenutzt, und ihr Kontrast zu den Buchstaben u. dgl. wird erst dann erkennbar, wenn die Bleichung fortschreitet.
Die Form des Behälters ist nicht kritisch. Beispielsweise kann der Behälter auch die Form eines Spiralrohres oder eines Ringes haben. In diesem Fall kann dann der Endabschnitt der Substanz unmittelbar nahe an den Anfangsabschnitt der Substanz gebracht werden, so dass die Färbung der Substanz im Anfangsabschnitt unmittelbar mit der Farbe der Substanz im Endabschnitt verglichen werden kann.
Falls gewünscht, kann auch eine Mischung von zwei oder mehreren mit Sauerstoff reagierenden Substanzen benutzt werden. Entscheidend kommt es nicht auf die Farbe an, sondern auf den Farbkontrast, wobei besonders der Farbkontrast am Ende oder nahe dem Ende der abgelaufenen Zeit gut erkennbar sein soll.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zeitmessvorrichtung mit einem luftdichten, eine mindestens teilweise durchsichtige Abdeckung aufweisenden Behälter, in dem sich eine bei Gaszutritt ihre Farbe ändernde Substanz befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung auf einer in dem Behälter befindlichen, bei Luftzutritt ihre Farbe ändernden Substanz aufliegt und dass der Behälter mindestens eine verschliessbare Öffnung aufweist.