DE1451068B - Kühlvorrichtung für Fernsehaufnahmekameras - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für Fernsehaufnahmekameras zur Aufrechterhaltung der zulässigen Betriebstemperatur bei hoher Umgebungstemperatur, bestehend aus einem doppelwandigen aus einem Stück gefertigten, evakuierten, einen Flüssigkeitsbehälter umschließenden Kühlmantelgefäß, welches das von einer dichten Hülle umschlossene und über Verbindungsorgane gesteuerte und gespeiste Gerät aufnimmt.

Bisher bekannte industriell verwendete Fernsehaufnahmekameras gestatten die Beobachtung von Vorgängen in verschiedenen Medien, die häufig der unmittelbaren Beobachtung schwer zugänglich sind. Dies ist beispielsweise der Fall beim Unterwasserfernsehen, in medizinischen Anwendungen des Fernsehens usw. Unter gewissen Umständen erfolgt die Aufnahme in einem einer sehr hohen Temperatur unterworfenen umgebenden Medium, was beispielsweise bei der Beobachtung des Innenraums von öfen der Fall ist.

Die Benutzung von Fernsehaufnahmekameras in einem hoher Temperatur unterworfenen Medium bietet Schwierigkeiten in der Verwendung elektronischer Bauteile und der notwendigen inneren Verbindungsleitungen. Wenn die eigentlichen elektronischen Bau- teile, wie Widerstände, Kondensatoren oder Röhren, in einem weiteren Temperaturbereich verwendbar sind, so gilt dies jedoch nicht für die Aufnahmeröhre, die eine Temperatur von über 60° C nur schwer erträgt. Es ist unter. diesen Bedingungen daher von Bedeutung, eine geeignete Kühlvorrichtung vorzusehen, um die Gesamtheit des Aufnahmegeräts und insbesondere die Abtaströhre auf einer zulässigen Temperatur zu halten. Im Falle stationärer Anlagen kann diese Kühlvorrichtung mittels eines Kühlkanals ausgeführt sein, der das Umströmen eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmediums um das Gerät herum gestattet. Es ist jedoch auch möglich, Kühlplatten unter Ausnutzung des Peltiereffekts zu verwenden. In diesen beiden Fällen weist die Kühleinrichtung jedoch einen verhältnismäßig großen Raumbedarf auf und ist schwer und sehr kostspielig.

Die innere Wärmeabgabe der elektronischen Bauteile fördert die Erwärmung des in einem bereits einer hohen Temperatur unterworfenen Medium angeordneten Aufnahmegeräts. Es ist daher nötig, über die Wärmeisolation hinaus noch eine Kühlvorrichtung vorzusehen. Im Falle der Kühlung durch Umströmen eines Mediums, wie beispielsweise Wasser, besteht stets eine gewisse Leckgefahr, was im Falle der Ver-Wendung des Geräts in einer durch dieses Medium veränderbaren Umgebung vermieden werden muß. Das Problem der Kühlung eines eine entsprechende Kühlvorrichtung aufweisenden Gerätes ist insbesondere dann kompliziert, wenn es sich um ein Gerät handelt, das keine Kühlrohrleitung für die Kühlvorrichtung besitzt und das beweglich sein und bei Umgebungstemperaturen von 300° C arbeiten soll.

Für die Benutzung in normaler umgebender Atmo-Sphäre ist bereits eine Kühlvorrichtung bekannt (USA.-Patentschrift 2 967 961) mit einer Umhüllung nach dem Prinzip der Thermosflasche mit mehreren Wandungen und mit einer dichten Hülle, die das Aufnahmegerät für infrarote Strahlung einer Fernsehkamera umschließt, das über Verbindungsorgane versorgt, gesteuert und betätigt wird, wobei die zu kühlende dichte Hülle mittels eines abdichtenden Verschlusses konzentrisch im Inneren der sie umgebenden, dichten, doppelwandigen Umhüllung befestigt wird, welch letztere in dem offenen, ringförmigen Zwischenraum zwischen den beiden Wandungen einen Flüssiggaskühlmittelvorrat enthält, der über einen gesonderten Vorratsbehälter ergänzt wird und der eine Kühlung dieser Umhüllung wie auch der inneren Hülle bewirkt. Diese Kühlung bewirkt zusammen mit einer zweiten" Flüssigkeit, daß das Aufnahmegerät automatisch auf der gewünschten Arbeitstemperatur gehalten wird, wobei die aktive Schicht der Abtaströhre supraleitend ist, folglich also eine Temperatur zwischen 4 und 18° K während des gesamten Zeitraumes der Benutzung des Kühlmittelvorrates besitzt.

Bei dieser bekannten Kühlvorrichtung ist der ringförmige, offene Zwischenraum mit flüssigem Stickstoff gefüllt, wohingegen der innere Teil der Umhüllung den der obenerwähnte flüssige Stickstoff ringförmig umgibt, mit flüssigem Helium gefüllt ist. Da die elektrische Anordnung, die in ihrer dichten Hülle eingeschlossen ist, bis auf die Temperatur, bei der die aktive Schicht supraleitend wird, abgekühlt werden muß, taucht sie unmittelbar in das im Inneren der Hülle enthaltene flüssige Helium, wodurch der Nachteil besteht, daß diese Anordnung direkt mit der Kühlflüssigkeit in Kontakt kommt. Ein weiterer Nachteil dieser Kühlanordnung besteht darin, daß infolge der besonderen Konstruktion der Hülle und infolge der Benutzung zweier verschiedener Kühlmittel besondere Vorkehrungen beim Füllen der Behälter mit diesen beiden Flüssigkeiten getroffen werden müssen. Auf Grund der Tatsache, daß die zu kühlende Anordnung unmittelbar in das Heliumbad eintaucht, muß die Stromzuführung der beschriebenen Anordnung durch den das Heliumbad abschließenden Verschluß hindurchgeführt werden, und es ergibt sich noch der weitere Nachteil, daß die Kühlvorrichtung und außerdem die zu kühlende elektrische Anordnung während der Benutzung im wesentlichen in senkrechter Lage betrieben werden müssen, um das Abfließen des flüssigen Stickstoffes zu verhindern und um zu verhüten, daß das Heliumbad in Kontakt mit dem Verschluß des Bades und den durch ihn hindurchführenden Stromzuführungen kommt. Ferner soll die Aufnahmeröhre, gekühlt durch diese Kühlvorrichtung, zwischen 4 und 18° K (—269 bis — 255°C) arbeiten. Da dieser Temperaturbereich vorgegeben ist, ist es erforderlich, daß das flüssige Helium, in das die Aufnahmeröhre eintaucht, nicht verdampft. Zu diesem Zweck ist im Verschluß ein Kanal vorgesehen sowie eine Vorrichtung, die für einen Unterdruck im Raum oberhalb des Heliums sorgt, um dessen Verdampfen zu vermeiden.

Eine solche Vorrichtung ist kompliziert aufgebaut, die Kühlmittel sind kostspielig, die Lage im Betrieb kann nahezu nicht verändert werden, und das Arbeiten mit dieser Vorrichtung ist umständlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser dem vorstehend genannten und ähnlichen bekannten Vorrichtungen anhaftenden Nachteile eine Kühlvorrichtung zu verwirklichen, die keine Kühlrohrleitungen zur kontinuierlichen oder zeitweisen Heranführung der Kühlflüssigkeiten benötigt, die folglich unabhängig, handlich und transportabel ist und die dank einer einfachen Konstruktion eine wirkungsvolle und wenig kostspielige Küh-

lung in beliebiger Stellung in einer Umgebung von mehreren hundert Grad Celsius erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das doppelwandige Kühlmantelgefäß einen an seinen beiden Enden offenen, durchgehenden, zylindrischen, axialen Kanal für die Montage und Befestigung der das zu kühlende Gerät umgebenden Hülle aufweist, welche mit dem doppelwandigen Kühlmantelgefäß in enger Berührung steht, und daß der innerhalb des doppelwandigen Kühlmantelgefäßes angeordnete Flüssigkeitsbehälter als geschlossener, ein Füllventil und ein Ausströmdifferentialventil aufweisender Vorratsbehälter ausgebildet ist.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ergibt sich eine besonders vorteilhafte Ausführungsform, zur verstärkten Kühlung des vorderen Teiles der Aufnahmeröhre, bei der ein mit der dichten Hülle in Höhe des vorderen Teiles der Aufnahmeröhre in Berührung stehender Ringspalt parallel zur inneren Doppelwand des Kühlbehälters vorgesehen ist, in den Kühlflüssigkeit über ein Rohr gelangt, sich dort entspannt und ihn über ein gegenüberliegendes weiteres Rohr, das am Differentialventil mündet, verläßt.

Dabei erweist es sich bei Fernsehkameras, die zum Gebrauch in einem umgebenden Gasmedium, das einer nuklearen Strahlung unterworfen ist, bestimmt sind, als äußerst vorteilhaft, wenn bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung in an sich bekannter Weise das verwendete Kühlmittel von gleicher Beschaffenheit wie das Umgebungsgas ist, in dem sich das Gerät befindet, und das Ausströmdifferentialventil derart angeordnet ist, daß es das durch Ausdehnung gebildete Gas unmittelbar in das Umgebungsmedium gleicher chemischer Zusammensetzung abströmen läßt.

In der Zeichnung ist ein Fernsehaufnähmegerät der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Art in zwei beispielsweise gewählten Ausführungsformen jeweils im Schnitt schematisch veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 die Gesamtheit des Aufnahmegeräts,

F i g. 2 einen Teilschnitt einer weiteren Ausführungsform des Geräts.

Die Gesamtheit des in F i g. 1 wiedergegebenen Aufnahmegeräts läßt sich in zwei Teile aufteilen, und zwar einen eigentlich wirksamen, den sogenannten aktiven Teil der Fernsehkamera und einen weiteren Teil, der die Kühleinrichtung besitzt, die den aktiven Teil umgibt. Die beiden Teile sind über eine Schraube 17 miteinander verbunden; das Auseinandernehmen und Zusammenfügen dieser beiden Teile kann äußerst rasch erfolgen, wobei mehrere im voraus beschickte Kühlflaschen eine Beobachtung längerer Dauer zuläßt.

Der aktive Teil ist in einem Metallrohr 22 enthalten, dessen Abmessungen einerseits durch den Durchmesser der Aufnahmeröhre 1 und andererseits das für das in der Kühleinrichtung enthaltene Kühlmittel benötigte Volumen sowie die für die Gesamtheit des Geräts zulässigen Außenabmessungen bestimmt sind. Das Rohr 22 ist nach außen dicht gehalten und enthält die Aufnahmeröhre 1, die sogenannte Bildabtaströhre beispielsweise des Vidicontyps, die von einem elektronischen Verstärker 2 gefolgt wird, der über ein Verbindungsstück 3 mit einer Anschlußsteckdose 4 verbunden ist. Der vordere Bereich weist außerdem ein Objektiv 8 auf. Die optischen Organe sind ergänzt durch eine Beleuchtungseinrichtung und eine feste konische reflektierende Fläche, welche Teile 14 abnehmbar sind.

Die Kühlvorrichtung, d. h. der andere Teil der Gesamtheit des Geräts, besteht aus einem doppelwandigen Kühlmantelgefäß 13 aus poliertem rostfreiem Stahl, der unter Argon geschweißt ist, mit einem luftleeren Raum 12. Ein innerhalb dieses doppelwandigen Kühlmantelgefäßes 13 angeordneter Vorratsbehälter 11 kann beispielsweise 4 Liter flüssiges Kohlendioxyd enthalten, das in das Innere des Behälters 11 mittels eines Füllventils 16 eingebracht ist.

ίο Das flüssige Kohlendioxyd entspannt sich über Ausströmdifferentialventile 15, die am hinteren Ende des Gefäßes nahe der Anschlußdose 4 des Verbindungskabels 5 befestigt sind, unmittelbar in die der Beobachtung unterworfene Hülse. Die Entspannung des flüssigen Kohlendioxyds führt eine kraftvolle Abkühlung der Wände des Kühlmantelgefäßes 13 herbei; diese auf den in dem Gefäß 13 enthaltenen aktiven Teil des Geräts einwirkende Abkühlung hält diesen aktiven Teil auf einer zulässigen Betriebstemperatur.

Die den aktiven Teil abschließende Hülle 22 ist insgesamt in die mit dem Kühlfluid beschickte Wärmeisolierflasche eingebracht und durch eine Schraube 17 arretiert. Der Vorderteil der Hülle 22 liegt in einer kreisförmigen Schale 18, die auf dem vorderen Ende der Flasche durch Metallstangen befestigt ist, wodurch das Rohr gegen Stöße geschützt wird. Die Gesamtheit des Aufnahmegeräts wird in der Achse der Hülse 19 durch aus rostfreiem Stahl bestehende Führungsfedern 7 oder durch jede andere geeignete Vorrichtung wie beispielsweise Rollen gehalten, was eine genaue optische Feineinstellung über die gesamte Länge der Hülse zuläßt.

Das zuvor beschriebene Aufnahmegerät ist vor allem für seine Verwendung in Kernreaktorhülsen bestimmt, die vertikal angeordnet sind und in welchen das Kohlendioxydgas von unten nach oben mit einer erheblichen Geschwindigkeit von mehreren Metern bis zu mehreren 10 Metern pro Sekunde unter sehr hohem Druck zirkuliert. Das Gerät läßt sich im Innern der Hülse 19 durch sein Eigengewicht absenken, wobei es über sein Speise- und Aufhängekabel 5 mit einer entsprechenden Vorrichtung verbunden ist, die das Absenken oder Wiederhinaufziehen steuert. Da die Temperatur des Kohlendioxydgases hoch, beispielsweise 300 bis 400⁰C ist und andererseits die nukleare Strahlung von Neutronen oder /-Strahlen nicht unerheblich ist, werden entsprechende Vorrichtungen vorgesehen, damit das in dem Gerät verwendete Material ohne Schaden diese Temperatur und die verschiedenen Strahlungen aushält. Dies ist der Fall bei besonderen Widerständen, die den verschiedenen Strahlungen widerstehen, sowie Teflonkabeln, Drähten mit Spezialisolierung, beispielsweise mit Silikonglasfasern isolierten Drähten usw., die zu diesem Zweck in dem Gerät verwendet werden. Das zuvor beschriebene Aufnahmegerät ist einfach zu bedienen und für einen Spezialgebrauch bestimmt.

F i g. 2 stellt eine besondere Ausführungsform des Geräts gemäß der Erfindung dar, demgegenüber F i g. 1 gewisse Vervollkommnungen und Änderungen zugefügt sind, die seine Verwendung bei noch höherer Temperatur gestatten und es hinsichtlich des Gebrauchs noch vielfältiger einsetzen lassen. Dieses aus dem zuvor beschriebenen Gerät abgeleitete Gerät ist in F i g. 2 nur in seinem vorderen Teil dargestellt und soll auch nur bezüglich dieses Teils nachstehend beschrieben werden. Um die Güte des erhaltenen

Bildes zu verbessern, wird von einer Aufnahmeröhre 1 größere Abmessung als in dem zuvor beschriebenen Fall Gebrauch gemacht, wodurch sich eine größere Bestimmtheit des Bildes (700 bis 800 Punkt) erzielen läßt.

Da hauptsächlich der vordere Teil der Aufnahmeröhre gekühlt werden soll, ist die zuvor beschriebene Kühleinrichtung hier geändert worden. Das Kühlmantelgefäß besitzt einen luftleeren Raum 12, einen Vorratsbehälter 11 für das flüssige Kohlendioxyd und einen ringförmigen Raum 30, in welchem das durch ein inneres Zuleitungsrohr 31 einströmende flüssige Kohlendioxyd verdampft und sich ausdehnt. Diese Ausdehnung im Innern des ringförmigen Raums 30 ruft eine bedeutende Abkühlung hervor. Die Gase entweichen anschließend durch ein Ableitungsrohr 32, das mit dem äußeren über ein nahe dem elektrischen Anschluß angeordnetes Ventil verbunden ist. Da der ringförmige Raum 30 den Teil vor der Röhre 1 umgibt, wird dieser Teil noch kraftvoller gekühlt.

Die hier beschriebene Fernsehkamera eignet sich vollkommen auch für weitere Zwecke unter weniger scharfen Abtastbedingungen. Auf Grund ihrer Formgebung ist sie vor allem zur Erforschung von Bohrlöchern oder verschiedensten Kanälen geeignet, die gegebenenfalls von irgendwelchen Fluiden durchströmt werden.

Claims (4)

Patentansprüche: 30

1. Kühlvorrichtung für Fernsehaufnahmekameras zur Aufrechterhaltung der zulässigen Betriebstemperatur bei hoher Umgebungstemperatur, bestehend aus einem doppelwandigen, aus einem Stück gefertigten, evakuierten, einen Kühlfiüssigkeitsbehälter umschließenden Kühlmantelgefäß, welches das von einer dichten Hülle umschlossene und über Verbindungsorgane gesteuerte und gespeiste Aufnahmegerät aufnimmt, dadurchgekennzeichnet, daß das doppelwandige Kühlmantelgefäß (13) einen an seinen beiden Enden offenen, durchgehenden, zylindrischen, axialen Kanal für die Montage und Befestigung der das zu kühlende Gerät umgebenden Hülle (22) aufweist, welche mit dem doppelwandigen Kühlmantelgefäß (13) in enger Berührung besteht, und daß der innerhalb des doppelwandigen Kühlmantelgefäßes (13) angeordnete Flüssigkeitsbehälter als geschlossener, ein Füllventil (16) und ein Ausströmdifferentialventil (15) aufweisender Vorratsbehälter (11) ausgebildet ist.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum doppelwandigen Kühlmantelgefäß (13) ein mit der dichten Hülle (22) in Höhe des vorderen Teiles der Aufnahmeröhre (1) in Berührung stehender Ringspalt (30) vorgesehen ist, welcher ein inneres Zuleitungsrohr (31) für die Kühlflüssigkeit und ein Ableitungsrohr (32) für die entspannte Flüssigkeit mit einem Ausströmdifferentialventil (15) aufweist.

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 für Fernsehaufnahmekameras zum Gebrauch in einem umgebenden Gasmedium, das nuklearer Strahlung ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise das benutzte Kühlmittel von gleicher Zusammensetzung ist wie das die Vorrichtung umgebende Gasmedium und daß das Differentialventil (15) derart angeordnet ist, daß das durch die Expansion gebildete Gas unmittelbar in das umgebende Medium gleicher Beschaffenheit entweichen kann.

4. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (11) mit einem an sich bekannten Kühlmittel wie mit flüssigem Kohlendioxyd gefüllt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen