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Vorrichtung zur Beobachtung des Innern eines
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umschlossenen Raumes Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Beobachtung des Innern eines umschlossenen Raumes, beispielsweise zur Durchführung
bestimmter spezieller Messungen.
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Die nachfolgende Beschreibung ist auf den Einsatz dieser Vorrichtung
zur Beobachtung der Beschickung im Innern eines Hochofens gerichtet; dabei handelt
es sich lediglich um ein Beispiel in einem nicht einschränkenden Sinne, da die erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Beobachtung des Innern vollständig umschlossener Räume beliebiger
Art geeignet ist.
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Es ist bekannt, welche Bedeutung der Bebachturlg beispietsweise der
formmässigen Entwicklung der Chargenoberfläche in einem Hochofen, der Oberflächentemperaturverteilung
von der Mitte zum Hand hin, des Auftretens vor HeiJstetlen uzw. Kalt zonen usw.
zukummt. I9litteis auf diese leise ermittelter Daten lässt sich eine gute Oferiführung
unter entsprechendem Zusatz von Koks, Arz und Schmelzmltteln sowie unter sorgfältigster
Verteilurlg dieser Stoffe über die gesamte Chargenoberfläche noch verbessern.
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Es liegt auf der Hand, dass alle diese Daten nur dann von Wert sind,
wenn die Charge einwandfrei mittels einer mnglichst zuverlassigerl Vorrichtung beobachtet
werden kann. Von vornherein sind diese Voraussetzungen nicht so ohne weiteres zu
erfüllen, da der über der Charge befindliche Innenraum eines Hochofens einem Gasüberdruck
(beispielsweise von 2 kg/cm2) ausgesetzt sein kann und in der Praxis immer sehr
staubreich Ist.
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Hinsichtlich der Beobachtung einer Charge im Innern eines Hochofens
wurden bereits verschledene Vorrichtungen vorgeschlagen, die im allgemeinen nach
dem Abtastprinzip arbeiten und Bestandteil einer praktisch feststehenden Einrichtung
sind, oder solche, die nach dem telemetrischen Prinzip arbeiten.
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In den meisten Fällen ermöglichen diese Vorrichtungen die Beobachtung
der Charge eines Hochofens durch ein Fenster aus durchsichtigem Material, dass ständig
gereinigt werden muss.
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Seitens der Anmelderin wurde bereits eine Vorrichtung dieser Art in
Vorschlag gebracht, die im wesentlichen einerseits ein Beobachtungs- oder Messgerät
umfasst, dessen Peilachse
zumindest im Endbereich so ausgerichtet
ist, dass sie durch eine trRnung verläuft, und andererseits Mittel zur Ablenkung
der Peilachse dieses Beobachtungsgeräts. Eine so konzipierte Vorrichtung ermglicht
die Einstellung der Achse der Beobachtungseinheit in alle Richtungen, soweit dies
die Grösse der BeobachtungsdfRnung erlaubt.
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Gewisse Vorrichtungen dieser Art sind auch auf den Markt gelangt,
insbesondere thermograflsche Apparate, bei denen die Mittel zur Ablenkung der Peilachse
der Kamera vieleckige Prismen sind. Im allgemeinen bedingt der Einsatz dieser Vorrichtungen
eine ftfnung in der Wand sowie einen Isolierschieber in relativ grossen Abmessungen,
damit alle im Innern des geschlossenen Raumes erforderlichen Messungen durchgeftihrt
werden kennen.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, bei welcher dieser Nachteil
ausgeschaltet ist.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist im wesentlichen gekennzeichnet
durch: - ein Beobachtungs- bzw. Messgerät - Ablenkvorrichtungen, von denen mindestens
eine beweglich ist Zwecks Gewährleistung einerseits des Durchgangs von Strahlung
aus dem Innern des geschlossenen Raumes in eine Beobachtungsaffnung von möglichst
geringer Abmessung, und andererseits der UDertragun8 dieser Strahlung auf das Beobachtungs-
bzw. Messgerät auf einer geknickten Linie, deren Endabachnitt mit der Peilachse
des Beobachtungs bzw. Messgeräts zusambenfällt, - Mittel zum Drehen der beweglichen
Ablenksorrichtung(en) um eine Achse senkrecht zu der von der Peilachse und ihrer
Verlängerung auf der abgeknickten Linie gebildeten Ebene,
- Mittel
zum Drehen der Ablenkvorriciitungen als Ganzes um eine mit einem Tei der abgeknickten
Linie zusammenfallende Achse, und - einen Träger, auf dem einerseits das Beohachtungs-
oder Messgerät und andererseits der Drehzapfen, um den herum die Pblenkvorrichtungen
drehen sollen, sowie die Eiemente zur Erzeugung der Drehbewegung der Gesamtanordnung
fest montiert sind.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei den Ablenkvorrichtungen
zweckmässigerweise um Spiegel.
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In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung besitzen die Spiegel
eine Form, welche die möglichst konstante Messung oder Beobachtung unter einem festen
Winkel unabhängig von der Jeweiligen Richtung sicherstellt.
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In einer Abwandlung der vorgenannten Ausführungsform besitzen die
Spiegel eine Form, welche die möglichst konstante Messung oder Beobachtung einer
Oberfläche der jeweils angepeilten Steile, in welcher Richtung auch immer, gewährleistet
Die erfindungßgemässen festen oder beweglichen Spiegel kennen plan bzw. zylindrisch
mit rundem, elliptischen oder parabolischen Querschnitt ausgeführt sein, wobei desweiteren
die Oberfläche teilelliptisch, teilparabolisch oder teilsphärisch sein kann.
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In einer besonders zweckmässigen Abwandlung der Erfindung sind dieSpiegel
plan und befindet sich der Drehmittelpunkt des beweglichen Spiegels ausserhalb der
Strahlungsbahn zwlschen Beobachtungsöffnung und Beobachtungsgerät.
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Aus dieser Anordnung ergibt sich, dass der Schnittpunkt zwischen dem
empfangenen und vom beweglichen Spiegel weitergeleiteten Strahlungsbilndel im Zuge
der Verschiebung des beweglichen Spiegels einer kombinierten Dreh- und Längsbewegung
unterworfen ist.
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Nach einer weitergehenden Ausgestaltung der Erfindung ist einer der
Spiegel feststehend und mit einer Krümmung versehen dergestalt, dass mindestens
ein beweglicher Spiegel an einem Punkt innerhalb der Strahlungsbahn zwischen Beubachtungs
fnung und Beobachtungsgerät angeordnet sein kann. Als besonders vorteilhaft hat
sich die konkave Form herausgestellt. Die Oberfläche des gekrummten Spiegels kann
geschlossen uder aus Fazetten bestehend ausgebildet sein.
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Erfindurigsgerrisss umrasst die Vorrichtung eine Blende, die für das
eingesetzte optische System eine konstante ÖffnunRswe ite gewBlrleistet.
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Der optische Kreis beinhaltet darüberhinaus ein Element, das die Strahlung
auf die Blende, Beobachtungsöffnung uzw.
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Oerfiäche einer Ablenkvorrichtung bündelt.
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Die Bewegung der beweglichen Ablenkvorrichtung(en) wird durch die
Funktion eines Nockens oder Schwingungssystems bewirkt.
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Erfindungsgemäss werden die Bewegungen der beweglichen Ab-Lenkvorrichtung(en)
sowie die Drehbewegung derselben zweckmässigerweise vom gleichen Motor über ein
Differential erzeugt.
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Ebenfalls ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass der Träger, auf dem
einerseits das Beobachtungs- oder Messgerät und andererseits der Drehzapfen, um
den herum die Ablenkvorrichtungen als Ganzes drehen sollen, sowie die Elemente zur
Erzeugung der Drehbewegung der Gesamteinrichtung montiert sind, auf die in der Wandung
des geschlossenen Haumes oder Isollerschiebers ausgebildete öffnung zu oder von
dieser weg bewegt werden kann.
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Das Ende der Bewegungsbahn bei AnnSherung der aus Beobachtungsgerät
und Ablenkvorrichtungen bestehenuerl Anordnung an die in der Wandung des zu beobachtenden
geschlossenen Raumes bzw. Is(,lierschiebers ausgebildete Örf'nung fällt zweckmässigerweise
mit dem Abschluss der Dlchtfuge eines Ringraumes zusammen, der mit einen Medium
beschickt wird und die Abgabe dieses Mediums auf und um die Vorrichtung gewährleistet.
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Das Fenster zum Schutz des optischen Systems vor der Innenatmosphäre
des zu beobachtenden geschlossenen Raumes ist zur einfacheren Reinigung zweckmässigerweise
mit dem Träger für das Beobachtungsgerät und die Drehachse der Ablenkvorrichtungen
verbunden.
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Vorteilhafterweise wird ein zweites Fenster mit Befestigung auf den
beweglichen Ablenkvorrichtungen vorgesehen mit dem Ziel, die aus Beobachtungsgerät
und Ablenkvorrichtungen bestehende Anordnung abzudichten Bei Einsatz nur eines Fensters
kann dieses fest an der aus den Ablenkvorrichtungen bestehenden bewegitchen Baugruppe
angeordnet sein, um die Dichtheit des Optischen Systems sicherzustellen.
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Der Träger, auf dem das Beobachtungs- bzw. Messgerät und die Drehachse
für die Pblenkvorrichtungen montiert sind, wird zweckmässigerweise in einem dichten
Behälter untergebracht, um ,jedwede Gefahr aus dem zu untersuchenden geschlossenen
Raum heraus auszuschalten.
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Fig. l bis 5 dienen dem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung
und sind lediglich als Beispiel ohne einschränkende Bedeutung zu betrachten.
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In den Zeichnungen bedeutet: Fig. 1 die Darstellung einer Vorrichtung
mit einem beweglichen Planspiegel, dessen Drehmittelpunkt ausserhalb der Strahlungsbahn
zwischen Beobachtungso'ffnung und Beobachtungsgerät liegt.
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Fig. 2 die Darstellung einer Vorrichtung mit einem festen Konkav-
und mindestens einem beweglichen Spiegel mit Drehmittelpunkt in der Strahlungsbahn
zwIschen Beobachtungsdffnung und Beobachtungsgerät.
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Fig. 5 die Darstellung einer Ausführungsform, bei welcher die erfindungsgemässe
Vorrichtung auf die in der Wandung des geschlossenen Raums, dessen Inneres beobachtet
werden soll, ausgebildete Cf'fnung zu und von dieser weg beweglich ist.
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emäss Fig. 1 ist das Messgerät ein Pyrometer P, dessen Peilachse die
Bezugsziffer (1) trägt. Dieses Pyrometer ist fest auf einem Träger (2) montiert.
Die Ablenkvorrichtungen bestehen aus Planspiegeln (3), (4), (5) und (6).
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Eine Blende (7) erbringt eine konstante (ffnung für das eingesetzte
optische System. Die Verlängerung der Peilachse wird durch die Spiegel auf einer
abgeknickten Linie abgelenkt und verläuft durch die kleine ffnung (8) der Beobachtungsdffnung,
bevor sie in den geschlossenen Raum weitergeht, dessen Temperatur gemesssen werden
soll. Diese tffnung (8) liegt vor dem durchsichtigen Fenster (9).
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Die Planspiegel (3), (4) und (5) sind relativ zueinander fixiert:
nur der Planspiegel (6) ist beweglich in dem Sinne, dass er um eine Achse (10) drehbar
ist, die senkt recht zu der die Peilachse (1) und ihre Verlängerung mit geknicktem
Verlauf umfassenden Ebene verläuft. Diese Achse (10) liegt ausserhalb der Strahlungsbahn
zwischen der tfRnung (8) und dem Pyrometer (P).
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Die dem vom beweglichen Spiegel (6) in zwei verschiedenen Stellungen
empfangenen und wieder ausgesandten Strahlenbündel gemeinsamen Schnittpunkte (11)
und (12) zeigen, dass sie bei einer Stellungsänderung des beweglichen Spiegel (o)
einer kombinierten Dreh-/Längsbewegung unterworfen sind.
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Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 1 wird die Bewegung des Spiegels
(6) wie folgt bewerkstelligt: Ein feststehendes und am Träger (2) angebrachtes Rohr
(13) ist über Nadellager (15) mit einem beweglichen Rohr (14) verbunden. Im Innern
des beweglichen Rohrs (14) dreht eine zweites bewegliches Rohr (16) relativ zum
Rohr (14), wobei es durch zwei Längsnadellager (17) gehalten wird. Die Drehbewegung
wird den Rohren (14) und (16) durch Zahnkränze(ld) bzw. (19) sowie ein Differentiai
aus Zahnrädern (20) und (21) mit Motor (22) beaufschlagt. Die Elemente (20), (21)
und (22) sind fest auf dem Träger (2) angeordnet. Darüberhinaus ist ein Stellunganzeiger
(23) vorgesehen. Am Ende des Rohrs (16) befindet sich ein Nocken (24), dessen Bewegung
die Achse einer Rolle (25), die in einem am Spiegel (6) befestigten Dreharm (26)
gelagert ist, verschiebt. Eine Rückholfeder (27) hält den Dreharm (26) in Kontakt
mit dem Nocken (24). Das Nockenprofil kann der Fçrm der Oberfläche, die untersucht
werden soll, entsprechend gewählt und ausgebildet sein.
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Die aus den Spiegeln (3), (4), (5) und (6) bestehende Anordnung ist
um eine Achse drehbar, die mit der Peilachse (1) zusammenfält und auf dem Träger
(2) fixiert ist.
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Das von den Elementen (18-19-20-21) gebildete System bildet einen
Direntialantrieb für die Rohre (14) und (16) in der Weise, dass bei beispielsweise
10 Drehbewegungen des Rohrs (14) das Rohr (16) in der gleichen Drehrichtung deren
11 vollfthrt. Hieraus ergibt sich, dass der Spiegel (6) während der 10 Umdrehungen
des Rohrs (14) eine Hin-und Herbewegung macht.
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Die Abtastung der zu beobachtenden Oberfläche im Innern des geschlossenen
Raumes erfolgt mit Hilfe von zwei Bewegungen, nämlich einerseits der durch Drehung
des Spiegels (6) und andererseits der durch Drehung der Spiegel-Gesaatanordnung
mit den Spiegeln (3), (4), (5) und (6) um die mit der Peilachse (1) zusammenfallende
Achse gegebenen Bewegung.
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Ebenfalls zweckmässig ist die Anordnung eines Luftkastens (28) vor
dem Fenster (9) als Schleuse zwischen dem letzteren und dem Ofen-Innenraum. Die
Versorgung des Luftkastens (28) erfolgt aus dem Ringraum (29) über Leitungen (30).
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Das Fenster (9) ist leicht von dem auf dem Luftkasten (28) montierten
Träger abnehmbar, der seinerseits mit dem Kühlwasserkasten (31) verschraubt ist.
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Gemäss Fig. 2 ist das Beobachtungsgerät ein Pyrometer P, dessen Peilachse
die Bezugsziffer (41) trägt. Dieses Pyrometer ist fest auf einem Träger (42) montiert.
Die Ablenkvorrichtungen bestehen aus den Spiegeln (43)> (44), (45), (46). Eine
Blende (47) erbringt eine konstante ternung für da8 eingesetzte optische System.
Die Verlängerung der Peilachse wird durch die Spiegel auf einer abgeknickten Linie
abgelenkt und verläuft durch die kleine BeobachtungsHrRnung (48), bevor sie in in
geschlossenen Raum weitergeht, dessen Temperatur gemessen werden soll.
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Diese trfnung (48) liegt vor dem durchsichtigen Fenster (49).
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Die Spiegel (43) und (44) sind plan; der Spiegel (4ö) ist zylindrisch
und um eine Achse (50) drehbar, die senkrecht zu der die Peilachse (1) und ihre
Verlängerung mit geknicktem Verlauf umfassende Ebene verläuft. Diese Achse (50)
liegt auf der abgeknickten Linie. Die Drehbewegung
des Spiegels
(45) lässt sich mit einem Nocken (51) und einer Rolle (52) bewirken, wobei ein auf
eine Zahnstange (54) wirkender gekrepfter Arm (5)) verschoben wird.
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Der Spiegel (4O) ist ein Zylinderabschnitt mit kreisrundem Querschnitt.
Die Krümmung dieses Spiegels ist so gewählt, dass der Einsatz des an einer Stelle
innerhalb der Strahlungsbahn zwischen oeffnung (48) und Pyrometer (P) angeordneten
Kippspiegels (45) mnglich ist.
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Die Gesamtanordnung der Spiegel (43), (44), (45) und (46) kann um
eine Achse drehen, die mit der Peilachse (41) zusammenfällt und fest auf dem Träger
(42) montiert ist.
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Die Abtastung der zu beobachtenden Oberfläche im Innern des geschlossenen
Raumes erfolgt mit Hilfe von zwei Bewegungen, nämlicher einerseits über die Schwingbewegung
des beweglichen Spiegels (45) und andererseits über die Drehbewegung der Gesamtanordnung
der Spiegel (43), (44), (45) und (46) um eine mit der Peilachse (41) zusammenfallende
Achse.
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Die Markierung der Winkelstellung dieser beiden Bewegungen kann im
Wege eines jeden an sich bekannten Systems erfolgen, so dass die Lage derjenigen
Oberflächenzone, die Gegenstand der Beobachtung bzw. gegebenenralls Messung (beispieisweise
der Temperatur der Hochofencharge) ist, genau bestimmt werden kann.
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Ebenfalls zweckmässig ist die Anordnung eines Luftkastens (55) vor
dem Fenster (49) als Schleuse zwischen dem letzteren und dem Ofen-Innenraum. Die
Versorgung des Luftkastens (55) erfolgt aus dem Ringraum (56). Das Fenster (49)
ist leicht von seiner Lagerung auf dem Luftkasten (55) abnehmbar, der seinerseits
mit dem Kühiwasserkasten (57) verschraubt ist.
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Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3 ist das Spiegelsystem (61) für
die Messung der Temperatur einer Hochofencharge mit einem Pyrometer (62) gekoppelt.
Die Drehbewegung der Vorrichtung (ól) wird durch Motor und Getriebe (ó3) bewirkt.
Ausserdem zeigt die Figur bei (64) die Anordnung von Antriebsvorrichtungen, die
unerlässlich sind, um das Fenster zum Schutze des optischen Systems vor der Innenatmosphäre
des zu beobachtenden geschlossenen Raumes sauber und durchsichtig zu halten.
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Zur Bewegung der Anordnung (61-62-ó3-64) auf die Cjffnung zu bzw.
von dieser weg, welche in der Wand des geschlossenen Raumes, dessen Innentemperaturen
gemessen werden sollen, ausgebildet ist, befindet sich die Anordnung (61-64) auf
einem Träger (65), der sich unter der Einwirkung einer Schraubenwinde (68) in Führungen
(66) und (67) verschiebt.
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Die aus den Elementen (61) bis (68) bestehende Gesamtanordnung befindet
sich im allgemeinen innerhalb einer geschlossenen Druckkammer (69) mit Auflage auf
dem Schieber (70), mit dem die auf dem Hochofenpanzer befestigte Tragplatte (71)
versehen ist.
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Diese Annäherungsbewegung ermöglicht unabhängig vom Verhältnis zwischen
der Dicke und dem Nutzdurchmesser des Schiebers (70) ein ausserordentlich grosses
Beobachtungs-oder Sichtfeld (73).Eine Endstellung der Bewegung auf den Isolierschieber
(69) zu bzw. von diesem weg wird bestimmt durch die Größe dieses Beobachtungsfeldes
(73), während die andere so gewählt wird, dass die Gesamtanordnung (61-64) völlig
aus dem Schieber herausgezogen werden kann.
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Das Ende (72) der Bewegungsbahn der Gesamtanordnung (61-64) in Richtung
auf den Isolierschieber (69) fällt mit dem
Abschluss einer Dichtfuge
(74) eines mit Luft beschickten Ringraumes (75) zusammen. Hierdurch kann die Luft
aus dem Ringraum (75) entweichen und zwischen Element (61) und Schieber (70) hindurchstremend
zur Sauberhaltung der betreffenden Oberflächen beitragen.
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