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Zeitmeßgerät Die Erfindung betrifft ein Zeitmeßgerät nach Art einer
Sanduhr, bestehend aus zwei miteinander über einen Strömungskanal verbundenen Gefäßen,
welche mit einem fließfähigen Mittel in einer bestimmten Menge gefüllt sind.
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Unter einer Sanduhr oder auch Stundenglas wird ein seit langem bekanntes
Zeitmeßinstrument verstanden, das im allgemeinen aus zwei durch eine enge Öffnung
miteinander in Verbindung stehenden, bauchigen Gläsern besteht, durch die feiner
Sand rieselt. Die durchgelaufende Sandmenge ist dabei ein Maß für die verflossene
Zeit.
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Derartige Uhren werden zur Zeit noch für den Haushalt, beispielsweise
als sogenannte Eieruhren verwendet. Weitere Anwendungsgebiete sind beispielsweise
in der Medizin für Pulsmessungen. Diese Uhren beispielsweise sind derartig ausgebildet,
daß die Sandmenge innerhalb von 30 oder 60 Sekunden von einem Gefäß in das andere
fließt. Derartige Sanduhren werden auch als Minutengläser bezeichnet.
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Diese Zeitmeßgeräte bestehen in der Hauptsache aus Glas, das geblasen
wird. Bei einem derartigen Herstellungsverfahren ist es nicht ohne weiteres möglich,
die Strömungskanäle, d. h. die Verbindungsrohre zwischen den beiden Gefäßen vollkommen
gleich auszubilden, so daß bei der gleichen verwendeten Sandmenge erhebliche Zeitunterschiede
auftreten, in denen der Sand von einem Gefäß ins andere fließt. Bei Gläsern bzw.
Sanduhren die für eine zu messende Zeit von 15 Minuten ausgebildet sind, kann die
Abweichung bis zu 2 und 3 Minuten, verglichen mit gleichartigen Uhren, sein.
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Es ist zwar möglich, jede einzelne Uhr vor Verlaß der Fertigungsstätte
zu Justieren, in dem beispielsweise die zu verwendende Sandmenge entsprechend dem
Strömungsquerschnitt des Strömungskanals gemessen wird, jedoch ist diese Justierung
für die ansich sehr preiswerten Zeitmeßgeräte zu aufwendig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zeitmeßgerät und ein
Verfahren zur Herstellung desselben anzugeben, das in einer Massenproduktion äußerst
preiswert hergestellt werden kann, wobei dennoch die einzelnen Uhren der Produktion
eine untereinander gleiche Zeit messen, d. h. die jeweils verwendete gleiche Menge
des fließfähigen Mittels benötigt die gleiche Zeit zum Durchfluß von einem Gefäß
in das andere.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß gemäß der Erfindung die
Gefäße aus einem gießfähigen Kunstglas bestehen, welche über einen definierten Strömungskanal
miteinander verbunden sind.
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Gemäß der Erfindung bestehen die Gefäße aus einem organischen Kunstglas,
für das vorzugsweise ein Acrylglas aus der Gruppe der Polymethacrylsäuremethylester
verwendet wird.
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In Weiterbildung der Erfindung sind die Gefäße kegelförmig ausgebildet
und sind mit ihren Spitzen gegeneinanderstoßend und so einen Doppelkegel bildend
angeordnet. Die Gefäße können dabei als gerade Rotationskegel ausgebildet sein.
Hierbei ist die Grundfläche des jeweiligen Kegels ein Kreis und die beiden Grundflächen
der beiden Kegel liegen parallel zueinander, so daß die die Mittelpunkte der kreisförmigen
Grundflächen verbindende Achse in gerader Linie durch den Strömungskanal verläuft.-In
einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die Gefäße als gerade Kegel mit
einer vieleckigen Grundfläche ausgebildet.
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Die äußere Form des Doppelkegels kann auch in all diesen Fällen als
gerades Prisma ausgebildet sein. Hierdurch erhält das Zeitmeßgerät eine verbesserte
Standstabilität.
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Der die beiden Gefäße miteinander verbindende Strömungskanal ist vorzugsweise
als Kapillarrohr ausgebildet. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist
der Strömungskanal als Metallring oder -rohr ausgebildet und in einer noch anderen
Ausführungsfori besteht der die beiden Gefäße miteinander verbindende Strömungskanal
aus einem Glasrohr mit einem definierten Rohrquerschnitt.
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In Weiterbildung der Erfindung besteht das fließfähige Mittel aus
kugelförmigen oder nahezu kugelförmigen Kunststoffteilchen, deren Durchmesser derart
bemessen ist, da9 sie den als Kapillarrohr ausgebildeten Strömungskanal passieren
können.
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Bei den bisher bekannten Sanduhren wird vorzugsweise feiner Sand als
fließfähiges Mittel verwendet, der normaler Weise aus mikroskopisch feinen Kristallen
bestett, welche eine sehr unregelmäßige Form besitzen. Durch diese mregelmäßigen
Formen ist der Reibungswiderstand der Sandteilchon untereinander relativ groß und
es kann auch vorkommen, daß vor dem Strömungskanal ein Stau entsteht, durch den
der Fluß gänzlich unterbrochen wird, welcher erst durch eine relativ geringe ESschütterung
aufgelöst wird. Ferner kann auch der Böschungswinkel des fließfähigen Mittels sich
an verschiedenen Stellen unterschiedlich ausbilden, so daß dadurch auch ein ungleichförmiger
Fluß durch den Strömungskanal entsteht, so daß auch hierdurch ungenau Meßzeiten
bzw.
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ungleiche Durchflußzeiten des fließfähige Mittels entstehen.
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Diese Nachteile werden durch Verwendung eines fließfähigen Mittels
aus kugelförmigen oder nahezu kugelförmigen Kunststoffteilchen gemäß der Erfindung
beseitigt.
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Eine weitere Verbesserung dieser Nachteile kann dadurch erzielt werden,
daß der Innenraum der Gefäße evakuiert ist. Durch diese Maßnahme ist auch jegliche
Feuchtigkeit entfernt, so daß kein unregelmäßiges haftet oder klebenbleiben fer
Teilchen untereinander vorhanden ist.
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Die Herstellung des Zeitmeßgerätes nach cr Erfindung erfolgt nach
einem Verfahren, bei dem die Auspolynerisation des organischen Glases in einer Schmelzform
aus Kern und Mantel durchgeführt wird.
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Der Strömungskanal wird bei diesem Verfahren in Form eines Kapillarrohres,
oder eines Metallringes oder -rohres oder eines Glasrohres während des Gießverfahrens
mit dem die beiden Gefäße bildenden Kunstglas verschmolzen.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen, in denen verschiedene Ausführungsformen
dargestellt sind, näher erläutert.
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Hierbei zeigen: Fig. 1 a bis f verschiedene geometrische Ausgestaltungen
des Zeitmeßgerätes und zwar in Draufsicht (a, c und e) und in einer entsprechenden
Seitenansicht ( b, d und f); Fig. 2 g eine Draufsicht und h eine Seitenansicht eines
Zeitmeßgerätes mit achteckigen Grundflächen und Fig. 3 ein Zeitmeßgerät im Vollguß.
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Die Fig. 1a zeigt eine Draufsicht auf eine Grundfläche eines Zeitmeßgerätes,
welche als gleichszeitiges Dreieck ausgebildet ist. Die Fig. ib zeigt ein derartiges
Zeitmeßgerät in einer Seitenansicht. Hierbei sind mit 1 und 2 die beiden Gefäße
bezeichnet, welche mit ihren Spitzen gegeneinanderstoßendund so einen Doppelkegel
bildend angeordnet sind, wobei an der Stelle des Zusammentreffens der beiden Kegelspitzen
ein Strömungskanal 3 ausgebildet ist. Die Grundflächen 4 und 5 der beiden Kegel
der Gefäße 1 und 2 liegen zueinander parallel, so daß dadurch ein gerader Doppelkegel
gebildet wird.
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Die Gefäße 1 und 2 bestehen aus einem gießfähigen Kunstglas, die über
einen definierten Strömungskanal miteinander verbunden sind. Als gießfähiges Kunstglas
wird vorzugsweise ein organischer Kunststoff verwendet, und zwar vorzugsweise Acrylglas
in Form
eines Polymethacrylsäuremethylesters. Die Verwendung von
Acrylglas gemäß der Erfindung im Gegensatz zu der bisher üblichen Verwendung von
anorganischem Glas zeigt im wesentlichen zwei Vorteile. So ist das organische Glas
bei gleichem Volumen nur halb so schwer und läßt sich außerordentlich leicht bearbeiten.
Das organische Glas kann in ans ich bekannter Weise in verschiedener Form polymerisiert
werden, wobei es hart und unlöslich wird.
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Ein organisches Glas ist in seinem optischen Verhalten noch durchsichtiger
als normales Fensterglas und es läßt ultraviolettes Licht ungehindert durchtreten
und hindert andererseits die Wärmestrahlung am Durchtritt. Das organische Glas ist
auch außerordentlich gut lichtbeständig, so daß es wegen seiner guten Durchsichtig.
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keit auch bereits für zahlreiche hochwertige optische Artikel verwendet
wird. Da organisches Glas auch bis über 100 Grad C wärmebeständig ist und gegen
Wasser, Laugen, verdünnte Säuren und auch Öl beständig ist, können Zeitmeßgeräte,
die gemäß der Erfindung aus einem gießfähigen Kunstglas bestehen, auch im Haushalt
und für medizinische Zwecke, wie eingangs beschrieben, verwendet werden.
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Die Figuren 1 c, eund 2g zeigen jeweils eine Draufsicht auf eine viereckige,
eine sechseckige und eine achteckige Grundfläche von doppelkegelförmigen Gefäßen,
die in den Figuren 1d, f und 2h jeweils in einer Seitenansicht dargestellt sind.
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In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
bei der zwar die beiden mit ihren Spitzen gegeneinanderstoßenden Gefäße kegelförmig
ausgebildet sind, wobei jedoch die Kegelmäntel der beiden Gefäße derartig ausgegossen
sind, daß im Vollguß ein gerades Prisma entsteht.
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Bei allen Ausführungsformen wird ein 3trömungskanal mit einem definierten
Querschnitt verwendet, der beispielsweise als Kapillarrohr, als Metallring, als
-rohr oder auch als Glasrohr ausgebildet
ist. Mit dieser Maßnahme
wird erreicht, daß bei allen hergestellten Zeitmeßgeräten gleicher Art ein gleich
großer Strömungskanal vorhanden ist, so daß bei Verwendung der gleichen Menge eines
fließfähigen Mittels die gleiche Zeit für den Durchfluß des Mittels benötigt wird.
Es wird somit in einfacher Weise sichergestellt, daß alle Zeitmeßgeräte gleicher
Art eine gleiche Durchflußzeit anzeigen.
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Diese nach der Erfindung vorgeschlagene Maßnahme wird noch dadurch
verbessert, daß anstelle der bisher verwendeten ungleichförmigen mikroskopischen
Sandteilchen ein fließfähiges Mittel aus kugelförmigen oder nahezu kugelförmigen
Kunststoffteilchen verwendet wird. Derartige Kunststoffteilchen können beispielsweise
dadurch hergestellt werden, daß ein entsprechender Kunststoff in einen Raum gesprüht
wird, derart, daß sich beim Absinken des sich 5"- bildenden Kunststoffnebels Nebeltröpfchen
in Kugelgestalt bilden, die während des Absinkens erhärten. Mit Hilfe einer entsprechenden
Düse und des entsprechenden Druckes läßt sich die Größe der Kunststoffkugeln bestimmen
und es lassen sich auf diese Weise Kunststoffkugeln einer Größe herstellen, die
in der Lage sind, einen Strömungskanal mit einem Querschnitt entsprechend einem
Kapillarrohr zu durchströmen.
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Durch Verwendung eines derartigen fließfähigen Mittels bestehend aus
kugelförmigen mikroskopischen Kunststoffteilchen läßt sich erreichen, daß diese
Teilchen untereinander einen minimalen Reibungswiderstand aufweisen, so daß die
Fließfähigkeit eines solchen Mittels erheblich erhöht wird. Durch Verwendung eines
derartigen Mittels wird die "Ganggenauigkeit" des Zeitmeßgerätes erheblich verbessert.
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Eine weitere Verbesserung dieserflGanggenauigkeit1! wird durch eine
weitere Maßnahme nach der Erfindung erreicht , die darin besteht, daß nach der FUllung
der Gefäße mit dem fließfähie;en
Mittel in den Gefäßen ein Vakuum
hergestellt wird, so daß dadurch sichergestellt ist, daß in den Gefäßen keine Feuchtigkeit
der Luft mehr vorhanden ist. Werden die Zeitmeßgeräte nach der Erfindung beispielsweise
in Räumen unterschiedlicher Temperatur verwendet, so kann sich innerhalb der Gefäße
keine Feuchtigkeit mehr ntederschlagen und die Teilchen untereinander zeigen auch
bei unterschiedlichen Temperaturen keine unterschiedlichen Reibungen, die durch
einen Feuchtigkeitsniederschlag auftreten können.
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Nach der Erfindung ist es möglich, Zeitmeßgeräte mit Hilfe eines 7Xssenherstellungsverfahrens
äußerst preiswert herzustellen, wobei es nicht erforderlich ist, die einzelnen Zeitmeßgeräte
zu justieren. Die Zeit, die für den Durchfluß einer bestimmten Menge eines fließfåhigen
Mittels erforderlich ist, um von einem Gefäß in das andere zu gelangen, ist bei
derartig hergestellten Zeitmeßgeräten untereinander nahezu gleich, d. h. mit einer
Fehlergrenze, die unterhalb einiger Promill liegt.