DE19614112A1

DE19614112A1 - Temperatur- und Füllstandsanzeige für Thermoskannen und Dewargefäße

Info

Publication number: DE19614112A1
Application number: DE1996114112
Authority: DE
Inventors: Martin Rahe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-04-10
Filing date: 1996-04-10
Publication date: 1997-10-16

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Einrichtung zur Temperaturerfassung und/oder Füllstandserfassung bzw. Temperaturmessung und/oder Füllstandsmessung an einer Thermoskanne bzw. einem Dewargefäß.

Ein sehr großer Nachteil beim Gebrauch von Thermoskannen bzw. bei der auf dem Dewar-Prinzip beruhenden Isolierung von Gefäßen ist die äußerst umständliche Feststellung der gegenwärtigen Temperatur des Gefäßinhaltes und seines Füllstandes.

Bei den handelsüblichen Thermoskannen gibt es z.Z. keine brauchbare Einrichtung, die es ermög licht, die Temperatur und/oder den Füllstand von den in ihnen befindlichen Flüssigkeiten durch ein fache Sichtkontrolle an der Außenseite zu ermitteln.

Man kann z.Z. nur sehr umständlich durch das Öffnen der Kanne, das heißt durch Entfernen des Gefäßdeckels, und das nur äußerst unzulänglich, die Füllmenge durch Sichtkontakt in der Thermos kanne abschätzen.

Die Kontrolle bzw. Feststellung der Temperatur des Kanneninhaltes war bisher nur möglich, wenn die Temperatur durch Probieren ermittelt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fest installierte Einrichtung zu entwickeln, die es ermöglicht, an der Außenseite, vorzugsweise am Gehäuse einer Thermoskanne, die Temperatur und/oder den Füllstand des Kanneninhaltes durch die doppelwandige Außenhaut des Isolierkörpers kontinuierlich oder auf Abruf anzuzeigen.

Die Schwierigkeit Temperaturmessungen oder auch Füllstandskontrollen des Thermoskanneninhaltes durch die Gefäßwandung durchzuführen, liegt am speziellen Aufbauprinzip der Isolierung. Durch den verspiegelten, doppelwandigen und evakuiertem Hohlraum, bei dem ein Wärmeübergang prak tisch nur noch durch Strahlung und Wärmeleitung längs der Wandungen möglich ist, ist eine Temperaturerfassung nur durch Ausschaltung der Isolierrwirkung im Erfassungsbereich zu realisieren.

Die Erfindung wird nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Zeich nungen näher erläutert.

Ausführungsbeispiele zur Temperaturerfassung - vgl. Zeichnung I Fig. 1 bis 7 -

Die Temperaturerfassung bei der erfindungsgemäßen Temperaturanzeige erfolgt am zweckmäßigsten im unterem Bereich der Thermoskanne, in dem:

a) eine Wärmebrücke geschaffen wird (sh. Zeichnung I Fig. 2 und 5 und Zeichnung II Fig. 8, 13 und 14), die im Meßbereich durch Verlegung der Außenwandung der doppelwandigen Isolierhülle in Form einer Nische unmittelbar an die Innenwandung entsteht, um hier die Isolierrwirkung des evaku ierten Hohlraumes aufzuheben.
Im Nischenbereich sollte zweckmäßigerweise die Reflexionsschicht z. B. durch induktive Verdamp fung, mit Hilfe von Mikrowellen oder durch Abdeckung bzw. entsprechender Beschichtung bei der Herstellung des Dewarkörpers im relevanten Bereich entfernt werden, um auch den Strahlungsanteil der zu messenden Flüssigkeit für die Temperaturermittlung erfassen zu können.
b) eine Wärmebrücke (sh. Zeichnung I Fig. 3 und 6 Pos. 3) mit Hilfe eines wärmeleitenden Materials wie z. B. Kupfer, Aluminium oder auch Glas zwischen der Innen- und Außenwand geschaffen wird, die zwischen der Gefäßdoppelwandung im Temperaturerfassungsbereich die Isolierwirkung des eva kuierten Hohlraumes aufliebt.
e) in der Meßnische, auf der Außenseite der Wärmebrücke, oder an der Außenseite der Innen wandung des Dewargefäßes angebracht, auf elektrischen Meßprinzipien basierender Temperatur sensor eingesetzt wird, der die für eine Temperaturmessung erforderlichen Signale erfaßt. Die für den Meßvorgang bzw. Meßanzeige benötigte elektrische Leistung kann durch einen Batteriespeicher oder eine Accuzelle (sh. Zeichnung I Fig. 7 Pos. 5 und III Fig. 22 Pos. 24) bezogen werden.

Die Temperaturanzeige erfolgt bei der Temperaturerfassung der Beispiele a) und b) mit Hilfe von thermosensiblen Farbstoffen z. B. Flüssigkristall-Thermografie-Folien (sh. Zeichnung II Fig. 9 und 10), die in unterschiedlichen Bereichen (z. B. Aquarien-Thermometer) eingesetzt werden oder auch mittels elektrischer Anzeige, deren Meßwerterfassung im Beispiel c) beschrieben ist.

Ausführungsbeispiele zur Erfassung und Anzeige des Füllstandes - vgl. Zeichnung III Fig. 15 bis 22 -

Analog der Temperaturerfassung kann auch die Füllmengenerfassung indirekt mit Hilfe von temperatursensiblen Farbstoffen Fig. 20 Pos. 16 oder auch mit Hilfe elektrischer Meßprinzipien z. B. Fig. 21 und 22 realisiert werden.

Obwohl eine sehr hohe Wärmeleitung insbesondere bei Metallgefäßen längs der Innenwandung erfolgt, ist ein ausreichend großer Temperaturunterschied festzustellen. Dieser läßt eine hinreichend exakte Messung zu, gleichwie ob nun in der Thermoskanne z. B. 3 oder 4 Tassen Kaffee enthalten sind.

Weiterhin ist bei transparenten Dewargefäßen durch direkten Sichtkontakt die jeweilige Füllmenge festzustellen sh. Fig. 15 bis 19. Die Entfernung der Reflektionsschicht bzw. Verspiegelung (sh. Zeichnung I Fig. 5 Pos. 1) ist hier natürlich eine zwingende Voraussetzung.

Durch die zur Außenwand des Dewargefäßes sich keilförmig verjüngende Sichtleiste oder auch Wärmebrücke (sh. Zeichnung III Fig. 17 Pos. 15) ist bei dieser Version der Gesamtwärmeverlust äußerst gering. Ähnlich geringe Wärmeverluste sind auch bei der sich zur Innenwandung verjüngen den Sichtnische (sh. Fig. 19 Pos. 14) zu erwarten.

Bei der Füllmengenbestimmung mit Hilfe von Thermografiefolien (sh. Fig. 20 Pos. 16) kann durch den Einsatz von Farbstoffmischungen, die aus unterschiedlichen, eng gefaßten Temperaturwerten bestehen und deren farbliche Umschlagsbereiche vorzugsweise im Spektrum der Trinktemperatur von ca. 40 bis 70 Grad Celsius liegen sollte, indirekt über eine Farbänderung auf den Füllstand im Gefäß geschlossen werden.

Mehrere Kombinationen der unterschiedlichen Erfassungsmöglichkeiten mit den verschiedenen Anzeigedarstellungen sind hier denkbar.

Einrichtungen zur Ausführung der Meßverfahren Beispiel a). . . mit Hilfe thermosensibler Farbstoffe in einer Meßnische (sh. Zeichnung II analog Zeichnung III Fig. 20 Pos. 16)

Hier ist die Wärmebrücke als Meßnische (2) Fig. 13 vorgesehen, in der die Trägerfolie mit dem Thermo-Farbstoff (10) eingebracht wird. Die Isolierzellenkappe (13), die aus einem massiven, trans parenten Material hergestellt, aber auch mit einem vorzugsweise evakuiertem Hohlraum (12) versehen sein kann, fixiert die Meßfolie in der Meßnische.

Die Isolierzellenkappe (13) verhindert an dieser Stelle durch seine Isolierwirkung den Wärmefluß nach außen.

Die Isolierzellenkappe kann weiterhin mit einer Linsenform (11) versehen sein, die eine optische Vergrößerung der Meßwertanzeige ermöglicht.

Beispiel b). . . mit Hilfe thermosensibler Farbstoffe über eine massive Wärmebrücke (sh. Zeichnung I Fig. 3 bzw. 6)

Bei diesem Beispiel wird analog der zuvor beschriebenen Ausführung ebenfalls der THERMO-Farb stoff eingesetzt. Die Wärmetransmission erfolgt hier über die erwähnte massive Wärmebrücke aus einem leitenden Material.

Beide Versionen sind äußerst kostengünstig herzustellen und ermöglichen durch die optimalen Eigenschaften der heutigen THERMO-Farbstoffe sehr genaue Meßwerte mit langer Funktionsdauer.

Beispiel c). . . mit Hilfe elektrischer Meßprinzipien (sh. Zeichnung I und III)

Die Zeichnung I Fig. 4 bzw. 7 zeigt einen Temperatursensor (7), der z. B. als Thermoelement an der Außenseite der Innenwand angebracht, die Temperatur im Gefäß erfaßt und über die E-Leitungen (6) durch den evakuierten Isolierraum entweder proportional zur gemessenen Temperatur oder mit Hilfe eines Prozessors für Rechen- und Zwischenspeicheroperationen das Anzeigedisplay (4) mit elektrischen Signalen versorgt. Die erforderliche elektrische Energie kann von der Accu-Zelle (5) bezogen werden.

Die Zeichnung III Fig. 22 stellt ein etwas aufwendiger erscheinendes Verfahren dar, die Temperatur und auch den Füllstand des Thermoskanneninhaltes indirekt über die Temperatur zu erfassen und anzuzeigen. Im Zeitalter der Mikro-Elektronik bzw. Chip-Technik werden jedoch die dafür benötig ten Bauteile in so großen Stückzahlen für unzählige Einsatzbereiche hergestellt, so daß auch hier mit rel. geringen Kosten gerechnet werden kann.

Zu der zuvor beschriebenen und durch die Fig. 7 dargestellten elektr. Temperaturmessung wird hier ergänzend der Füllstand ermittelt.

Durch die Tatsache, daß fullstandsabhängige Temperaturunterschiede an der Außenseite der Innen wandung des Dewargefäßes festzustellen sind, kann durch längsseitige, in kleinen Abständen Fig. 21 oder auch über die gesamte Längsseite des Dewargefäßes Fig. 21, die Temperatur abgenommen und so auf den Füllstand geschlossen werden.

Die Meßergebnisse werden im Prozessor (23) durch Hinzuziehung von Referenzmessungen (22) verarbeitet und das Ergebnis in Form einer Mengenaussage durch das Display (26) neben der Tem peratur (25) angezeigt. Die dafür erforderliche elektrische Energie wird vom Knopfaccu (24) bezo gen.

Um eine kostengünstige Installation der Meßeinrichtung zu realisieren, kann die Temperaturerfas sung an der Außenseite der Innenwand sowohl durch Thermoelemente (27) über eine Wärmebrücke wie sie zuvor bei den unterschiedlichen Temperaturerfassungsmöglichkeiten beschrieben wurde, als auch mit Hilfe temperaturabhängiger elektrischer Leiter (Fig. 21 Pos. 18) erfaßt werden. Letztere können meanderförmig angeordnet, beispielsweise auf einer Klebefolie befestigt oder sogar gedruckt sein. Durch die Vielzahl der Windungen erhöht sich die Leitungslänge erheblich, wodurch eine relativ genaue Erfassung kleinster Temperaturunterschiede möglich wird.

Ergänzend hierzu kann auf derselben Klebefolie an geeigneter Stelle sowohl der Microchip (23) als auch der Knopfaccu (24) und das Anzeigedisplay (25 und 26) mit den dazugehörigen elektrischen Leitungen geklebt sein.

Wenn keine großen Genauigkeitsansprüche an die Meßergebnisse gestellt werden, ist die Tempera turerfassung grundsätzlich auch auf der Außenseite der Außenwandung denkbar, da auch hier kleine Temperaturunterschiede feststellbar sind. Es sollte dann die Thermoskanne bzw. der Temperaturer fassungsbereich nach außen mit einer entsprechenden Isolierung versehen sein.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Temperatur- als auch Füllstandsanzeige kann praktisch auf einfache Weise kontrolliert werden, ob z. B. der Kaffee in der Thermoskanne noch eine ausreichende Trink temperatur hat oder erneuert werden muß, als auch festgestellt werden, wieviel Tassen noch vorrätig sind.

Weitere Einsatzbereiche sind aber auch im Industrie- sowie im Laborbereich denkbar.

Claims

1. Verfahren zum Messen bzw. Anzeigen der Temperatur und/oder des Füllstandes an/in einem Dewargefäß bzw. einer Thermoskanne/-flasche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Veränderung oder Umgehung des typischen Isolierprinzips, ein begrenzter Erfassungsbereich geschaffen wird, der es ermöglicht, durch die Gefäßwandung die zur Bestimmung der Temperatur und/oder des Füllstandes relevanten Parameter zu ermitteln, und das Einrichtungen vorgesehen sind, diese dann mit Hilfe geeigneter Meßprinzipien sichtbar zu machen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen Temperaturergebnisse und/oder der Füllstand an der Außenseite des Isoliergefäßes oder der Gehäusewandung kontinuierlich oder auf Abruf abgelesen werden können.

3. Vorrichtungen und Einrichtungen zur Ausführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Wärmebrücke ein Teilbereich der Außenwand in Form einer Nische unmittelbar an die Innenwandung verlegt wird, um hier die Isolierwirkung des evakuierten Hohlraumes aufzuheben.

4. Vorrichtungen und Einrichtungen zur Ausführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis x, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmebrücke z. B. in Form eines wärmeleitenden Materials zwischen der Gefäßdoppelwandung im Temperaturerfassungsbereich vorgesehen ist, welche die Isolierrwirkung des evakuierten Hohlraumes an dieser Stelle aufhebt.

5. Vorrichtungen und Einrichtungen zur Ausführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Wärmebrücken und Gefäßen aus transparentem Material durch Entfernung der Reflexionsschicht im Meßbereich der Füllstand im Gefäß durch direkten Sichtkontakt ermittelt werden kann.

6. Vorrichtungen und Einrichtungen zur Ausführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebrücken durch den Einsatz von thermosensiblen Farbstoffen zur Messung der Temperatur herangezogen werden.

7. Vorrichtungen und Einrichtungen zur Ausführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebrücken durch den Einsatz von thermosensiblen Farbstoffen bzw. geeigneter Farbstoffmischungen zur indirekten Messung des Füllstandes eingesetzt werden.

8. Vorrichtungen und Einrichtungen zur Ausführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nische oder auf der Außenseite der Wärmebrücke oder an der Außenseite der Innenwandung des Dewargefäßes angebrachter, auf elektrischen Meßprinzipien basierender Temperatursensor vorgesehen ist, der die für eine Temperaturmessung erforderlichen Signale erfaßt.

9. Vorrichtungen und Einrichtungen zur Ausführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß den Wärmebrücken bzw. Anzeigemedien eine Wärmeisolierung in Form einer Isolierzelle oder -leiste erforderlichenfalls aus transparentem Material vorgeschaltet wird, die den Wärmefluß nach außen reduziert.

10. Vorrichtungen und Einrichtungen zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierwirkung der transparenten Isolierzelle oder -leiste durch die Isolierrwirkung des Materials oder durch einen evakuierten Hohlraum erfolgt.

11. Vorrichtungen und Einrichtungen zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Isolierzelle oder -leiste mit einer optisch vergrößernden Linsenform ausgestattet sein kann.