DE1648275C

DE1648275C - Temperature radiation measuring device

Info

Publication number: DE1648275C
Authority: DE
Inventors: Franz Josef 5820 Gevels berg Baumann Hans 5822 Hasslinghausen Overkott
Original assignee: Fa Paul Ferd Peddmghaus, 5820 Gevelsberg
Publication date: 1972-12-14

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Temperaturstrahlungsmeßgerät für Oberflächenhärteanlagen, mit einem Meßgerätekopf und einer darin untergebrachten Empfängeroptik für die von der Meßstelle ausgehende Temperaturstrahlung sowie einem das Strah-Ieneinfallbündel der Empfängeroptik umgebenden, von einem Kühlmittel durchströmten Schutzrohr.The invention relates to a temperature radiation measuring device for surface hardening systems, with a measuring device head and a receiver optics housed therein for the outgoing from the measuring point Temperature radiation as well as a bundle of incident rays surrounding the receiver optics, a protective tube through which a coolant flows.

Derartige Temperaturstrahlungsmeßgeräte für den Einsatz bei öfen gehen beispielsweise aus der Literaturstelle Lindorf, H., »Technische Temperaturmessungen«, 1956, S. 152 bis 154, hervor. In Abb. 106 dieser Literaturstelle ist ein zum Messen von Badtemperaturen, z. B. von Glasschmelzen dienendes Temperaturstrahlungsmeßgerät mit einem in- 5» neren Strahlungsschutzrohr und einem dieses mit Abstand umgebenden Außenmantel dargestellt. Während der Außenmantel an der der Meßstelle zugewandten Seite verschlossen ist, ist das eigentliche Schutzrohr an dieser Seite offen. Durch das Schutzrohr kann Luft hindurchgeführt werden, während in dem zwischen dem Schutzrohr und dem Außenmantel befindlichen Ringraum Wasser einströmen kann. Das Einführen der Preßluft hat den Zweck, die Pyrometerlinse staubfrei zu halten und vor ätzenden Dämpfen zu schützen, d. h. die dort getroffene Maßnahme dient dem Schutz der Linse der Empfängeroptik. Such temperature radiation measuring devices for use in ovens go, for example, from the literature reference Lindorf, H., "Technical Temperature Measurements," 1956, pp. 152 to 154. In Fig. 106 of this reference is a for measuring bath temperatures, e.g. B. serving of molten glass Temperature radiation measuring device with an inner radiation protection tube and this with a distance surrounding outer sheath shown. While the outer jacket faces the measuring point Side is closed, the actual protective tube is open on this side. Through the protective tube air can be passed through while in that between the protective tube and the outer jacket located annulus water can flow in. The introduction of the compressed air has the purpose of the pyrometer lens to keep them free of dust and to protect them from corrosive vapors, d. H. the measure taken there serves to protect the lens of the receiver optics.

Bekannte, trägheitslos und berührungsfrei arbeitende Temperaturstrahlungsmeßgeräte für Oberflächenhärteanlagen zum Messen der Härtetemperatur beim Induktions- und Brennhärten ermöglichen eine sofortige Anzeige der Meßflächentemperatur der zu härtenden Werkstückoberfläche mittels eines entsprechenden, der Empfängeroptik nachgeschtlteten Anzeigeinstruments, auf dem die zu messende Temperatur auch bei schnellen Temperaturänderungen direkt abgelesen werden kann, was für die einwandfreie Beherrschung der Oberflächenhärtung und die Steuerung des Werkstückvorschubs von großer praktischer Bedeutung ist. Wählt man die Meßstelle auf dem zu härtenden Stück zwischen dessen jeweiliger Erwärmungs- und Abschreckstelle, um dadurch die Ein regelung der richtigen Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Härtetemperatur und der durch die nachfolgende Abschreckbrause hervorgerufenen Werkstückkühlung gut beherrschen zu können, insbesondere auch bereits zu Beginn des Härtevorganges, bei dem andernfalls entsprechende Start- bzw. Anlaufschwierigkeiten bezüglich des Werkstückvorschubes auftreten, so können sich durch das Abschrecken mit Wasser oder auch anderen Abschreckmitteln entsprechende Dämpfe bilden, so daß es bei bekannten Temperaiurstrahlungsmeßgeräten durch diese Abschreckdampfbildung zu einer Beeinträchtigung der in das Meßgerät einfallenden Temperaturstrahlung und damit auch zu einer Verfälschung des Meßergebnisses kommt. In gleicher Richtung wirkt sich beim Flamm- bzw. Brennhärten auch die dabei durch Sekundärverbrennung entstehende Beiflamme störend auf die Temperaturmeßstrahlung aus. In dieser Beiflamme befinden sich unverbrannte Kohlenstoffteilchen des Brenngases, die mit rasch wechselnder Intensität hell aufleuchten und daher insoweit ebenfalls die Temperaturmeßstrahlung bzw. das Meßergebnis beeinträchtigen.Known, inertia-free and non-contact temperature radiation measuring devices for surface hardening systems for measuring the hardening temperature during induction and flame hardening enable a Immediate display of the measuring surface temperature of the workpiece surface to be hardened by means of a corresponding, display instrument downstream of the receiver optics, on which the temperature to be measured is displayed can be read directly even with rapid temperature changes, which is essential for perfect control the surface hardening and control of the workpiece feed of great practical Meaning is. If you choose the measuring point on the piece to be hardened between its respective heating and quenching point to thereby regulate the correct feed speed as a function of on the hardening temperature and that caused by the subsequent quenching shower To be able to master workpiece cooling well, especially at the beginning of the hardening process, otherwise there will be corresponding start-up difficulties with regard to the workpiece feed occur, quenching with water or other quenching agents can result in corresponding Form vapors, so that in known temperature radiation measuring devices, this quenching vapor formation to an impairment of the temperature radiation incident in the measuring device and thus also to a falsification of the measurement result comes. In the case of flame hardening or flame hardening, the secondary combustion also acts in the same direction resulting additional flame interferes with the temperature measurement radiation. In this additional flame there are unburned carbon particles in the fuel gas that change rapidly with intensity light up brightly and therefore likewise the temperature measurement radiation or the measurement result affect.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Temperaturstrahlungsmeßgerät zu schaffen, das einen weder durch Abschreckdampfbildung noch durch Brennhärtebeiflämmen oder sonstige Störeinflüsse beeinträchtigten Temperaturstrahlungsempfaiig ermöglicht, mithin eine unverfälschte Temperaturanzeige ermöglicht.The invention is therefore based on the object to provide a temperature radiation measuring device which one neither due to the formation of quenching steam nor due to flame hardening or other disruptive influences Impaired temperature radiation sensitivity enables, therefore an unadulterated temperature display enables.

Das wird ausgehend von einem Temperaturstrahlungsmeßgerät der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Schutzrohr sich zu seinem bis nahe an die Meßstelle heranreichenden Ende verjüngt und an seiner der Meßstelle zugewandten Stirnwand Austrittsdüsen zum gezielten Austritt des Kühlmittels auf die zwischen der Erwärmungs- und Abschreckstelle des zu härtenden Werkstücks gelegene Meßstelle aufweist.This is based on a temperature radiation measuring device of the type mentioned according to the invention achieved in that the protective tube reaches up to its close to the measuring point The end is tapered and at its end wall facing the measuring point outlet nozzles for targeted The coolant escapes between the heating and quenching points of the workpiece to be hardened has located measuring point.

Durch die Verjüngung des Schutzrohres zur Meßstelle hin wird die Temperaturmeßstelle genau lokalisiert. Diese durch das Schutzrohr lokalisierte Meßstelle wird dann über das Schutzrohr durch das Kühlmittel, z. B. Preßluft, abgeschirmt, und zwar infolge der Anordnung der Austrittsdüsen an der Stirnwand des Schutzrohres in der Weise, daß die von der Temperaturmeßstelle ausgehende Strahlung weder von den Dämpfen des Abschreckmittels noch von den Beiflammen des Härtebrenners störend beeinflußt wird. Dabei kühlt das Kühlmittel gleichzeitig auch die Schutzrohrspitze, was hier wegen deren Anordnung in unmittelbarer Nähe des Härtebrenners oder -induktors wesentlich ist.The temperature measuring point is precisely localized by the tapering of the protective tube towards the measuring point. This measuring point located by the protective tube is then passed through the protective tube by the coolant, z. B. compressed air, shielded, due to the arrangement of the outlet nozzles on the end wall of the protective tube in such a way that the radiation emanating from the temperature measuring point neither from the vapors of the quenching agent are still interfering with the flames of the hardening burner will. At the same time, the coolant also cools the protective tube tip, which is due to its arrangement in the immediate vicinity of the hardening burner or inductor is essential.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung geht das Schutzrohr an seinem rückwärtigen Ende in ein Schutzgehäuse über, in das der Meßgerätekopf mit seiner Empfängeroptik einzuschieben und darin zu befestigen ist. Auf diese Weise wird der mit den mn.According to a further feature of the invention, the protective tube goes into a at its rear end Protective housing over into which the measuring device head with its receiver optics can be pushed and closed in it attach is. In this way, the one with the mn.

findlichen Meßgeräten ausgerüstete Me3gerätekopf wirksam gegen Beschädigungen geschützt und dabei zugleich sichergestellt, daß das Schutzrohr mit dem Meßgerätekopf immer in einer ausgerichteten Stellung zueinander stehen, wodurch das Anvisieren der Meßstelle auf dem zu härtenden Werkstück vereinfacht wird.Sensitive measuring devices equipped measuring device head effectively protected against damage and thereby at the same time ensures that the protective tube with the measuring device head is always in an aligned position stand to each other, which simplifies the sighting of the measuring point on the workpiece to be hardened will.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im fol-• genden näher erläutert. Es zeigtA preferred embodiment of the invention is shown in the drawing and is in the fol- • explained in more detail. It shows

F i g. 1 den mit dem erfindungsgemäßen Strahlungsschutzrohr versehenen Meßgerätekopf des Temperaturstrahlungsmeßgerätes beim Vorschubhärten sines induktiv zu erhitzenden Werkstückes,F i g. 1 the measuring device head of the temperature radiation measuring device provided with the radiation protection tube according to the invention during feed hardening of the workpiece to be inductively heated,

F i g. 2 die zu F i g. 1 gehörige Draufsicht auf das Meßgerät, wobei jedoch das zu härtende Werkstück durch einen Härtebrenner erhitzt wird, undF i g. 2 the to F i g. 1 corresponding top view of the measuring device, but with the workpiece to be hardened is heated by a hardening burner, and

F i g. 3 eine Stirnansicht auf das Meßgerät in Richtung des Pfeiles A. F i g. 3 shows an end view of the measuring device in the direction of arrow A.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Induktionshärtung wird das in Pfeilrichtung B laufend vorzuschiebende Werkstück 9 an der Oberfläche unter den beiden Spulenringen 11 der nicht näher dargestellten Induktionshärteanlage erhitzt, um dann anschließend durch die Brause 12 abgeschreckt zu werden. Zwischen den Spulenringen 11 befindet sich die Meßstelle 10, auf die die in dem Meßgerätekopf 6 des Temperalurstrahlungsmeßgerätes der Härteanlage untergebrachte Empfängeroptik 7 gerichtet ist. Die von der Meßstelle 10 ausgehende Temperatur- bzw. Wärmestrahlung fällt mit ihrem Strahlenbündel 18 auf die Linse 7' der Empfängeroptik 7 ein, in der sie in bekannter Weise auf einem nicht dargestellten Strahlungsempfänger fokussiert wird und nach entsprechender Umwandlung in elektrische Meßgrößen auf einem nachgeschalteten Anzeigegerät die an der Meßstelle 10 herrschende Oberflächentemperatur des Werkstückes 9 liefert.In the induction hardening shown in FIG. 1, the workpiece 9 to be continuously advanced in the direction of arrow B is heated on the surface under the two coil rings 11 of the induction hardening system (not shown in detail), in order then to be quenched by the shower 12. Between the coil rings 11 there is the measuring point 10, to which the receiver optics 7 accommodated in the measuring device head 6 of the temperature radiation measuring device of the hardening plant are directed. The temperature or heat radiation emanating from the measuring point 10 is incident with its beam 18 on the lens 7 'of the receiver optics 7, in which it is focused in a known manner on a radiation receiver (not shown) and, after corresponding conversion into electrical measured values, on a downstream display device the surface temperature of the workpiece 9 prevailing at the measuring point 10 supplies.

Um die Temperaturmeßstrahlung von der in der Nähe der Meßstelle 10 auftretenden, durch das Ab-Schreckmittel hervorgerufenen Dampfbildung unbeeinflußt zu halten, ist um das Strahleneinfallbündel 18 der Empfüngeroptik 7 ein Schutzrohr 1 angeordnet, das sich zu seinem bis nahe an die Meßstelle 10 heranreichenden Ende verjüngt und hier doppelwandig ausgebildet sowie von einem Kühlmittel durchströmt ist. Das Schutzrohr 1 besteht im wesentlichen aus einem sich über seine gesamte Länge erstreckenden, gleichmäßig verjüngten Schutzmantel sowie einem dessen vorderen Teil mit Abstand umgreifen- so den Außenmantel 2, der mit dem Schutzmantel eine Kühlmittelringkammer 2' einschließt. In deren rückwärtiges Ende mündet eine Kühlmittelzuleitung 3 ein, während sich in der vorderen, der Meßstelle zugewandten Stirnwand der Kühlmittelringkammer 2' Austrittsdüsen 4 für das Kühlmittel befinden. Als Kühlmittel wird vorteilhaft Luft von geringem Überdruck, beispielsweise von 0,2 atü verwendet. Der Kühlluftbedarf ist gleichfalls gering. Wie die Praxis gezeigt hat, kommt man hier mit Luftmengen von 7 bis 12cbm/h ohne weiteres aus. Durch die aus den Düsen 4 austretende Kühlluft wird die Meßstelle 10 sowie die von letzterer ausgehende Temperaturstrahlung von den durch das Abschreckmittel 12 ausgehenden Dämpfen hinreichend trei gehalten, so daß ein einwandfreies Meßergebnis zu erhalten im.To the temperature measurement radiation from that occurring in the vicinity of the measuring point 10, by the deterrent Keeping the evoked vapor formation unaffected is around the beam of incidence 18 of the receiver optics 7 a protective tube 1 is arranged, which tapers towards its end reaching up to the measuring point 10 and is double-walled here is formed and a coolant flows through it. The protective tube 1 consists essentially from a uniformly tapered protective jacket extending over its entire length, as well as one of the front part grapple at a distance- so the outer jacket 2, which with the protective jacket encloses an annular coolant chamber 2 '. In their rear At the end a coolant feed line 3 opens, while the front one faces the measuring point End wall of the coolant ring chamber 2 'are outlet nozzles 4 for the coolant. When Coolant is advantageously air with a slight overpressure, for example 0.2 atmospheres. the Cooling air requirement is also low. As practice has shown, you get here with air quantities of 7 up to 12cbm / h without further ado. The measuring point 10 becomes due to the cooling air emerging from the nozzles 4 and the thermal radiation emanating from the latter from those emanating from the quenching means 12 Damping is kept enough so that a perfect measurement result can be obtained in the.

An seinem rückwärtigen Ende geht das Schutzrohr 1 in ein im wesentlichen quaderförmig gestaltetes Schutzgehäuse 5 über, in das der Meßgerätekopf 6 mit seiner Empfängeroptik 7 einzuschieben und beispielsweise mittels der Feststellschraubn 5' zu befestigen ist. Dadurch wird der Meßgerätekopf nicht nur gegen äußere Beschädigungen geschützt, sondern zugleich eine feste Ausrichtung zwischen dem Meßgerätekopf 6 und dem Schutzrohr 1 erzielt, das dadurch zugleich auch die Meßstelle 10 leichter anzuvisieren erlaubt. Um die Empfängeroptik 7 richtig einstellen bzw. fokussieren zu können, ist im Schutzrohr 1 noch je ein zu beiden Seiten gelegener Schlitz 19 vorgesehen. Durch diese Schlitze ragen beispielsweise als Stellschrauben 8 ausgebildete Einstellorgane für die Verstellung der Linse T der Optik 7 hindurch.At its rear end, the protective tube 1 merges into an essentially cuboid protective housing 5, into which the measuring device head 6 with its receiver optics 7 can be pushed and fastened, for example, by means of the locking screws 5 '. As a result, the measuring device head is not only protected against external damage, but at the same time a fixed alignment between the measuring device head 6 and the protective tube 1 is achieved, which at the same time allows the measuring point 10 to be more easily aimed at. In order to be able to correctly adjust or focus the receiver optics 7, a slot 19 is provided in the protective tube 1 on each side. Adjustment members, designed for example as adjusting screws 8, for adjusting the lens T of the optics 7 protrude through these slots.

Beim Brennhärten gemäß F i g. 2 wird das Werkstück 9 durch Härtebrenner 14 erhitzt und ebenso wie im Falle der Induktionshärtung nach F i g. 1 bein, laufenden Vorschub von einer Brause 15 abgeschreckt. Die Meßstelle 13 befindet sich hier zwischen dem Brenner 14 und der Brause 15. Bei jedem Härtebrenner entsteht durch Sekundärverbrennung eine in der Zeichnung gestrichelt dargestellte Beiflamme 16. In ihr befinden sich unverbrannte KoIilenstoffteilchen des Brenngases, die ebenso wie die vom Abschreckmittel herrührenden Dämpfe die von der Meßstelle 13 ausgehende Temperaturstrahlung beeinträchtigen und das Meßergebnis verfälschen würden, wenn sie nicht durch die aus der Stirnseite des Schutzrohres austretende Kühlluft fortgeblasen würden. Außerdem bewirkt der Sauerstoff der Kühlluft, insbesondere wenn es sich dabei um reinen Sauerstoff als Kühlmittel handelt, eine intensive Verbrennung der Kohlenstoffteilchen, wodurch die Beiflamme an der Meßstelle 13 völlig beseitigt bzw. unterdrückt wird.In the case of flame hardening according to FIG. 2, the workpiece 9 is heated by hardening torches 14 and likewise as in the case of induction hardening according to FIG. 1 leg, current feed quenched by a shower 15. The measuring point 13 is here between the burner 14 and the shower 15. Each Hardness burner is created by secondary combustion, a supplementary flame shown in dashed lines in the drawing 16. There are unburned particles of oil in it of the fuel gas, which, like the vapors from the quenchant, are those of the temperature radiation emanating from the measuring point 13 and falsify the measurement result would, if they were not blown away by the cooling air emerging from the face of the protective tube would. In addition, the oxygen effects the cooling air, especially if it is pure Oxygen acts as a coolant, an intensive combustion of the carbon particles, creating the auxiliary flame is completely eliminated or suppressed at the measuring point 13.

Wie insbesondere aus F i g. 3 hervorgeht, sind der Schutzmantel und der ihn im vorderen Teil umgebende Außenmantel 2 vorzugsweise pyramidenförmig und das am rückwärtigen Ende des Schutzmantels befindliche Schutzgehäuse 5 quaderförmig gestaltet.As in particular from FIG. 3 shows the protective jacket and the one surrounding it in the front part Outer jacket 2, preferably pyramid-shaped, and that located at the rear end of the protective jacket Protective housing 5 designed cuboid.

Mit Hilfe des neuen Schutzrohres 1 werden also bei Temperaturstrahlungsmeßgeräten der in Rede stehenden Art vor allem die folgenden wesentlichen Vorteile erzielt: Der Meßgerätekopf kann durch das ihn gleichsam zur Meßstelle hin verlängernde und das Strahleneinfallbündel 18 umgebende Schutzrohr präzise auf die Meßstelle 10 bzw. 13 ausgerichtet werden. Fehlmessungen der Härtetemperatur durch störende Beeinflussungen, wie insbesondere durch Wasser-, Emulsions- oder öldämpfe sowie weiterhin durch die Beiflamme vom Anwänn- und/oder Härtebrenner, werden mit Sicherheit durch die stirnseitig aus dem Schutzrohr austretende Kühlluft verhindert, die zugleich im Falle von Härtebrennern die vorerwähnte Sekundärverbrennung begünstigt. Schließlich wird durch das Schutzrohr auch der Meßgerätekopf des Temperaturstrahlungsmeßgerätes zusätzlich geschützt, insbesondere auch dessen Empfängeroptik.With the help of the new protective tube 1, the following essential advantages are achieved in temperature radiation measuring devices of the type in question: The measuring device head can be precisely aligned with the measuring point 10 or 13 by the protective tube extending towards the measuring point and surrounding the incident beam 18 . Incorrect measurements of the hardening temperature due to disruptive influences, in particular due to water, emulsion or oil vapors as well as the auxiliary flame from the annealing and / or hardening burner, are definitely prevented by the cooling air emerging from the front of the protective tube, which at the same time in the case of hardening burners The aforementioned secondary combustion is favored. Finally, the measuring device head of the temperature radiation measuring device is additionally protected by the protective tube, in particular also its receiver optics.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Temperature radiation measuring device for surface hardening systems, with a measuring device head and a receiver optics housed therein for the temperature radiation emanating from the measuring point as well as a protective tube surrounding the radiation incidence bundle of the receiver optics, through which a coolant flows, characterized in that the protective tube (1) extends to its close to the measuring point (10 or 13) tapered end and at his front wall facing the measuring point (10 or 13) outlet nozzles (4) for targeted discharge of the coolant to the point between the heating and quenching point of the workpiece (9) to be hardened Has measuring point (10 or 13).

2. Temperature radiation measuring device according to An * o Spruch I, characterized in that the protective tube (1) at its rear end in a protective housing (5) passes into which the measuring device head (6) with its receiver optics (7) can be pushed and is to be fastened in it. as

3. temperature radiation measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that im rear part of the protective tube (1) slots (19) are provided through which adjusting elements (8) for focusing the receiver optics (7) towards 3 <> stick through.