DE2338585A1

DE2338585A1 - Vorrichtung zur aufnahme von licht- und waermestrahlen fuer optische temperaturmessvorrichtungen

Info

Publication number: DE2338585A1
Application number: DE19732338585
Authority: DE
Inventors: Heinz Kleiber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-07-30
Filing date: 1973-07-30
Publication date: 1975-03-13
Also published as: FR2239676A1; FR2239676B1; DE2338585B2; GB1444644A; IT1017673B

Description

Heinz Kleiber Erlangen,

Ing. (grad)
852 Erlangen

Spitzwegstr. 27

Mein Zeichen: YPA 73/8312 Hnn/Po

Vorrichtung zur Aufnahme von Licht- und Wärmestrahlen für optische Temperaturmeßvorrichtungen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Aufnahme von Licht- oder Wärmestrahlen für optische Temperaturmeßvorrichtungen unter Verwendung von starren oder flexiblen Lichtleitern.

Vorrichtungen dieser Art sind z.B. durch die DT-AS 1 508 250 bzw. durch die US-PS 2 709 367 bekannt geworden. Beide Anordnungen dienen zur Temperaturmessung von in Konvertergefäßen untergebrachten Metallschmelzen. Der Quarz- bzw. Saphierstab liegt ständig an bzw. in der ruhenden Metallschmelze, so daß ideale Meßvoraussetzungen vorliegen und Meßfehler kaum in Erscheinung treten können. Völlig anders liegen die Verhältnisse bei Vorrichtungen, bei denen das Meßgut im Verhältnis zum Querschnitt der Lichtleiterbündel einen wesentlich geringeren Querschnitt und somit eine verhältnismäßig kleine Wärmeabstrahlfläche aufweist.. Eine nicht unbeachtliche Erschwerung kommt noch hinzu, wenn das Meßgut im Baum schwingt, so daß es ganz oder teilweise aus dem punktförmigen Meßfleck auswandert. Es hat sich gezeigt, daß beispielsweise die Temperatur von Drähten mit einem Durchmesser von 2 bis 3 mm mit Einrichtungen der obengenannten Art nicht mehr exakt gemessen werden können, insbesondere dann, wenn ein technisch nicht mehr vertretbarer Aufwand für eine flatterfreie Führung des Gutes am Meßpunkt unterbleibt. Auch bei ganz dünnen Drähten und Temperaturen von unter 300⁰C sind die Wärmeabstrahlungsbedingungen so schlecht, daß sie mit den bisher bekannten

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Optiken nicht mehr erfaßt werden können. Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine im Aufbau einfache und wartungsfreie Vorrichtung zu schaffen, die selbst bei Pendelbewegungen des Gutes im Stand oder ia kontinuierlich weiterbewegten Zustand einwandfreie Temperaturangaben liefert und auch bei unstetigen Verunreinigungen der Oberfläche eine genauere Temperaturerfassung ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird dies in wirtschaftlicher Weise bei einer Vorrichtung zur Aufnahme von Licht- und Wärmestrahlen der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß die Eintrittsenden jedes Lichtleiters bzw. Lichtleiterbündels ringförmig um den zu messenden Gegenstand so angeordnet sind, daf sie sich überschneidende Meßzonen bilden· Um exakte Messungen durchführen zu können, ist es von Vorteil, daß die Enden der Lichtleiter bzw. der Liehtleiterbündel in einem, vorzugsweise der Form des zu messenden Gegenstandes angepaßten Ring gefaßt sind. Aus den gleichen Gründen ist es vorteilhaft, daß die Eintritts- und Austrittsenden der Lichtleiter zu einem oder mehreren Lichtleiterbündeln zusammengefaßt sind. Um beispielsweise strangförmiges Meßgut leichter in die ringförmige Passung ebführen zu können, ist es vorteilhaft, daß diese aus zwei oder mehreren Teilfassungen besteht, die gegebenenfalls zusammen mit den an diesen befestigten Lichtleitern bzw. Lichtleiterbündeln su je einem festen Block in form eines Schutzgehäuses vergossen oder gepreßt sind. Dabei können die Teilfassungen oder die Schutzgehäuseteile vorteilhaft durch scharnierartige Teile miteinander verbunden sein. TJm eine trennbare Verbindung zwischen den Enden der Liehtleiterbündel und der ringförmigen fassung herstellen zu können, ist es vorteilhaft, daß die ringförmige Passung mit Ausnehmungen versehen ist, die als Steckerbuchse für die Enden der steckerartig ausgebildeten Liehtleiterbündel dienen. Damit eine achnelle und nicht ohne weiteres durch Vibrationen der Apparatur lösbare Verbindung möglich ist, ist es von Vorteil, daß die steckerbuchsenartigen Ausnehmungen und die Enden der stecker-

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artigen Lichtleiterbündel nach Art von Schraub- bzw. BajonettverschlußteIlen ausgebildet sind. Um eine möglichst lückenlose Abtastung der gesamten Gutoberfläche zu gewährleisten, ist es Torteilhaft, daß die in der ringförmigen Passung eingebrachten, vorzugsweise sich in Richtung der Passungslängsachse überschneidenden Ausnehmungen für die einzelnen Lichtleiter bzw. Lichtleiterbündel in einer oder wenigstens zum Teil in verschiedenen Ebenen senkrecht zur Passungslängsachse angeordnet sind. Perner ist es mit Rücksicht auf eine stets saubere Passung vorteilhaft, daß einer oder mehreren ringförmigen Passungen wenigstens eine Schutzkammer zugeordnet ist. Bei Verwendung einer einzigen ringförmigen Fassung ist es von Vorteil, daß diese zwischen zwei kegelstumpfförmigen Schutzkammern so angeordnet ist, daß sich die Schutzkammer jeweils in Richtung der Passung verjüngt. Um bei wärmeabstrahlendem Gut mit unregelmäßiger Oberflächenform möglichst viel Wärmestrahlen erfassen zu können, ist es von Vorteil, daß mehrere ringförmige Passungen in Richtung der Passungslängsachse hintereinanderliegend angeordnet sind. Damit sich keine Meßfehler einschleichen, ist es vorteilhaft, daß wenigstens eine der ringförmigen Passungen bzw. die Wandteile der Schutzkammern kühlbar sind. Aus dem gleichen Grund ist es vorteilhaft, daß die riigförmigen Passungen mit Öffnungen, vorzugsweise in Düsenform, versehen sind, durch die gasförmige oder flüssige Kühlmittel in den Meßraum einbringbar sind. Schließlich ist es mit Rücksicht auf eine Einsparung von Bauteilen und somit wegen günstigerer Lagerhaltungskosten vorteilhaft, daß die ringförmigen Passungen gleichzeitig Bestandteil eines Werkzeuges oder einer Heizvorrichtung sind.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt.

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Fig. 1 zeigt in Ansicht die Anordnung des zu messenden Gegenstandes innerhalb der ringförmigen Passung, die ringsum mit Lichtleitern bestückt ist.

Pig. 2 zeigt die gleiche Anordnung mit vier um 90° versetzt angeordneten Lichtleiterbündeln.

Fig. 3 zeigt die Aufteilung in mehrere Lichtleiterbündel, die auf mit einem Scharnier verbundenen Fassungsteilen in Halbschalenform angeordnet sind. Diese können auch, zu einem Block in Form eines Schutzgehäuses vergossen oder verpreßt sein.

Fig. 4 zeigt in vergrößertem Maßstabe Lichtleiterbündel, deren eines Ende mit einem steckerartigen Teil oder Teilen eines Bajonettverschlusses versehen ist. Ferner sind Öffnungen im Mantel der Fassung ersichtlich, die zum Einführen von gasförmigen oder flüssigen Kühlmitteln in den Meßraum dienen.

Fig. 5 zeigt in Ansicht ein Teilstück der Fassung in abgewickelter Form mit den eingesetzten Lichtleitern und

Fig. 6 stellt die entsprechende Draufsicht dar.

Fig. 7 zeigt in Draufsicht ebenfalls ein Teilstück der Fassung in abgewickelter Form, aus der die Anordnung der Lichtleiterbtindel in verschiedenen Ebenen senkrecht zur Fassungslängsachse zu ersehen ist.

Fig. 8 zeigt in Draufsicht in schematischer Darstellung die Anordnung der Fassung mit einer Kühlkammer und den beidseitig angeordneten Schutzkammern·

Der Gegenstand, z.B. ein Draht, dessen Temperatur sowohl im Stand als auch in Längsrichtung bewegtes Zustand gemessen werden soll, ist mit 1 bezeichnet. Um diesen Gegenstand ist ia Abstand eine ringförmige Fassung 2 für die Enden der Lichtleiter 3 angeordnet, die bei 4 in Form eines Lichtleiterbündels zusammengefaßt sind und bis zur Temperaturmeßvor-

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richtung weitergeführt werden. Unter einer ringförmigen Fassung soll auch eine solche verstanden werden, die von der Kreisform abweicht, z.B. quadratische Form aufweist.

In Pig. 2 sind in der ringförmigen Passung 2 vier um 90° versetzt angeordnete Lichtleiterbündel 5, 6, 7 und 8 dargestellt. Der Einfallwinkel o£/ für Lichtleiter beträgt allgemein 75°, so daß sich die Einfallbereiche überschneiden und der zu messende Gegenstand sich in einer verhältnismäßig großen Meßzone 9 befindet. Innerhalb dieser Meßzone kann sich der zu messende Gegenstand beliebig hin und herbewegen, z.B. betriebsbedingte Schwingungen ausführen, ohne daß dadurch das Meßergebnis in irgendeiner Weise nachteilig beeinträchtigt wird.

Gemäß Fig. 3 enden die zu mehreren Bündeln zusammengefaßten Lichtleiter in zwei durch ein Scharnier 10 verbundene Halbschalen 11 und 12. Auf diese Weise läßt sich eine bessei'e Einführung des zu messenden Gegenstandes in die Meßzone erreichen, was sich besonders bei langen und oft auszuwechselnden Gegenständen vorteilhaft auswirkt. Letzteres gilt auch für das in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnete Ausführungsbeispiel, wonach die beiden Halbschalen 11 und 12 einschließlich der angebrachten Lichtleiter bzw. Lichtleiterbündel zu je einem kompakten Block in Form eines Schutzgehäuses 11a bzw. 12a vergossen oder verpreßt sind. Als Verguß- oder Preßmaterial eignen sich Kunstharze bzw. Kunststoffe bekannter Art. Das Scharnier 10a kann dabei unmittelbar an den beiden Schutzgehäuseteilen 11a und 12a befestigt sein. Diese Ausführungsart hat den Torteil, daß sich die Lage der einzelnen L-'ohtleiter bzw. Lichtleiterbündel im Verhäl„uis zu dem betreffenden Halbschalenteil nicht verändert und außerdem ein mechanischer Schutz für diese Teile erreicht wird.

Die Aufteilung in zwei Halbschalen ist nur beispielhaft angegeben. Die Zahl der Teilschalen kann je nach den Betriebserfordernissen erhöht werden.

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In Fig. 4 ist die ringförmige Passung in vergrößertem Maßstabe dargestellt. Die Enden der lichtleiterbündel 13, 14, sind normalerweise auf die gleiche Weise befestigt, im vorliegenden Fall sollen lediglich, einige der möglichen Ausführungsbeispiele erwähnt werden. Die Lich.tleiterbüiidel sind in Kabelform ausgebildet, d.h., daß die eigentlichen Lichtleiterbündel mit einem Metall- oder Kunststoffschlauch analog eines Kabelmantels umgeben sind. Mehrere Lichtleiterbündel können mit Hilfe einer Muffe 16 zusammengefaßt und von hier aus in Form eines einzigen Lichtleiterkabels weitergeführt werden. Die Anzahl der Teilkabel ist nicht auf zwei beschränkt, sondern es können je nach den Betriebserfordernissen beliebig viele Lichtleitereinzelkabel zusammengefaßt werden. Das Lichtleiterbündel 13 kann in normaler Ausführung in die ringförmige Fassung 2 eingeklebt werden; d.h. daß eine solche Verbindung nur sehr schwer wieder lösbar ist. Das Problem der Lösbarkeit kann durch die beim Lichtleiterkabel 14 dargestellte steckerförmige Ausbildung des Endes 17 verwirklicht werden. Beim Lichtleiterkabel 15 ist eine lösbare Verbindung dargestellt, die absolut schwingungssicher ist. Nach Art eines Bajonettverschlusses sind am Ende des abgesetzten Lichtleiterbündels ein oder zwei Nasen 18 und 19 angebracht, die in Steckerrichtung durch eine entsprechende Anzahl von Nuten eingeführt und durch Verdrehung in Hinterschneidungen der ringförmigen Fassung, gegebenenfalls entgegen dem Druck einer Feder, einrasten. Anstelle der bajonettartigen Verbindung kann auch eine Schraubverbindung gewählt werden. Die ringförmige Fassung 2 kann auch mit Öffnungen 20 versehen sein, die auch Düsenform aufweisen können, wie bei 21 dargestellt, mit deren Hilfe der Meßraum durch gasförmige oder flüssige Mittel gekühlt oder unter Überdruck gehalten werden kann.

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In Fig. 5 ist in Seitenansicht und in den Fig. 6 und 7 jeweils in Draufsicht ein Teilstück der ringförmigen Fassung 2 in Abwicklung dargestellt. In Fig. 5 sind die gefaßten Lichtleiter mit 3 bezeichnet. Fig. 6 zeigt verschiedene Formen der Lichtfaserfassung. Gemäß Fig. 6a sind rechteckförmige Ausnehmungen so schräg gestellt, daß sie sich in Richtung der Fassungslängsachse bzw. der Durchlaufrichtung des Gutes - die durch den Doppelpfeil 22 angegeben wurde - überschneiden. Auf diese Weise wird eine lückenlose Abtastung der Gutoberfläche gewährleistet. In vielen Fällen werden ausreichend genaue Meßergebnisse erzielt, wenn die Ausnehmungen zur Aufnahme der Lichtfasern die Form eines stehenden Rechtecks (Fig. 6b), eines Dreiecks (Fig. 6c), eines Kreises (Fig. 6d), einer Ellipse (Fig.6e) bzw. eines liegenden Rechtecks gemäß Fig. 6f aufweisen. Bei entsprechend breit ausgeführten ringförmigen Fassungen 2 - wie in Fig. 7 dargestellt - können die Ausnehmungen in Umfangsrichtung, beispielsweise auf einer Sinuslinie oder einer ähnlich geformten Linie liegen. Hierdurch wird erreicht, daß die Lichtleiterbündel in verschiedenen Ebenen senkrecht zur Fassungslängsachse 22 und gegenüber den Ausnehmungen in der bzw. den benachbarten Ebenen versetzt angeordnet sind. Die Form der Ausnehmungen kann dabei einheitlich oder gemischt gewählt werden.

Fig. 8 zeigt in schematischer Darstellung die komplette Aufnahmevorrichtung für Licht- und Wärmestrahlen. Das zu messende Gut 1 ist von der ringförmigen Fassung 2 umgeben, die mit den Lichtleiterbündeln in oben beschriebener Weise bestückt ist, Die Fassung 2 ruht in einer ringförmigen Ausnehmung 23» die in den beispielsweise auch kühlbaren Wandteilen 24 und 25 eingebracht ist. Für den Fall, daß man ein höheres Teaperatursignal benötigt, können mehrere ringförmige Fassungen in Richtung der Faesungslangsachsen 22 hintereinanderliegend angeordnet werden, wie dies durch die gestrichelt gezeichneten Fassungen 26 und 27 angedeutet ist. Bei Dauerbetrieb

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oder sonstigen starken Temperatureinflüssen ist es Torteilhaft, die ringförmigen Passungen zu kühlen. Dies kann in einfacher Weise durch ein an der Passung in guter Wärmeleitung angebrachtes Rohr 28 erfolgen, das mit Kühlflüssigkeit durch ein Rohr oder durch einen Schlauch 29 versorgt wird. Der Abfluß der Kühlflüssigkeit ist zeichnerisch nicht dargestellt, er kann jedoch in bekannter Weise erfolgen.

Zu beiden Seite» der ringförmigen Passung 2 sind kegelstumpfförmige Schutzkammern 30 und 31 vorgesehen, die den Zweck haben, etwa mitgerissene Staub- oder Schmutzteile abzusondern. Auch die zu beiden Seiten angeordneten Filzplatten 32 und 33 dienen dem Zweck, Wasser, Dampf oder Ölreste von der Meßstreeke fernzuhalten. Durch die spiegelbildliehe Anordnung der Schatzkammern mit den diese abschließenden Pilzplatten kann die Vorrichtung in beiden möglichen Durchlaufrichtungen betrieben werden.

Der Gegenstand der Erfindung beschränkt sich nicht auf das angegebene Ausführungsbeispiel, sondern er kann in mehrfacher Weise abgewandelt werden. So ist es z.B. möglich und vorteilhaft, daß die ringförmige fassung 2 gleichzeitig Bestandteil eines Werkzeuges oder einer Heizvorrichtung ist. Beispielsweise kann die Passung 2 als Induktionsspule einer Mittel- oder Hochfrequenzerwärmungsanlage ausgebildet sein, in der beispielsweise irgendwie geformte Bolzen bei einer genau definierten Temperatur weiterverarbeitet werden sollen. Mit Hilfe der vorliegend beschriebenen Vorrichtung kann die genaue Temperatur des Bolzens ermittelt und durch Einwirkung·auf die Regelvorrichtung der Mittel- oder Hochfrequenzerwärmungsanlage auf genaue Temperatur gehalten werden.

8 Figuren
14 Patentansprüche

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Claims

27. JUÜ1973

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Patentansprüche

ί1yVorrichtung zur Aufnahme von Licht- oder Wärmestrahlen für optische Temperaturmeßvorriehtungen unter Verwendung von starren oder flexiblen Lichtleitern, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsenden jedes Lichtleiters (3) bzw. Lichtleiterbündels (5, 6, 7, 8) ringförmig um den zu messenden Gegenstand (1) so angeordnet sind, daß sie sich überschneidende Meßzonen (9) bilden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Lichtleiter (3) bzw. der Lichtleiterbündel in einem, vorzugsweise der Form des zu messenden Gegenstandes (1) angepaßten Ring (2) gefaßt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritts- und Austrittsenden der Lichtleiter zu einem oder mehreren Lichtleiterbündeln zusammengefaßt sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Passung (2) aus zwei oder mehreren Teilfassungen (11, 12) besteht, die gegebenenfalls zusammen mit den an diesen befestigten Lichtleitern b»w. Lichtleiterbündeln zu je einem festen Block in Form eines Schutzgehäuses (11a, 12a) vergossen oder gepreßt sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilfassungen (11, 12) oder die Schutzgehäuseteile (11a, 12a) durch scharnierartige Teile (10, 10a) miteinander verbunden sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Paseung (2) mi«, Au:-»Innungen versehen ist, die als Steckerbuchse für die Enden der steckerartig ausgebildeten Lichtleiterbündel (17) dienen.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die steckerbuchsenartigen Ausnehmungen und die Enden der steckerartigen Lichtleiterbündel nach. Art von Schraubbzw. Bejonettverschlußteilen (18, 19) ausgebildet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in der ringförmigen Fassung (2) eingebrachten, vorzugsweise sich in Richtung der Fassungslängsachse überschneidenden Ausnehmungen für die einzelnen Lichtleiter bzw. Lichtleiterbündel in einer oder wenigstens zum Teil in verschiedenen Ebenen senkrecht zur Fassungslängsachse (22) angeordnet sind (Fig. 6 und Fig. 7).
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehreren ringförmigen Fassungen wenigstens eine Schutzkammer (30, 31) zugeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9 mit einer einzigen ringförmigen Fassung, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Fassung (2) zwischen zwei kegelstumpfförmigen Schutzkammern (30, 31) so angeordnet ist, daß sich die Schutzkammern jeweils in Richtung der Fassung (2) verjüngt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere ringförmige Fassungen (2, 26, 27) in Richtung der Fassungslängsachse (22) hintereinanderliegend angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der ringförmigen Fassungen (2, 26, 27) bzw. die Wandteile (24, 25) der Schutzkammern (30, 31) kühlbar sind.

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13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß dj.e ringförmigen Fassungen (2) mit Öffnungen (20), vorzugsweise in Düsenform (21) versehen und durch die gasförmige oder flüssige Kühlmittel in den Meßraum

(9) einbringbar sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Passungen (2) gleichzeitig Bestandteil eines Werkzeuges oder einer Heizvorrichtung sind.

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