DE102016105401A1

DE102016105401A1 - Tomographievorrichtung

Info

Publication number: DE102016105401A1
Application number: DE102016105401.1A
Authority: DE
Inventors: Hannah Böhrk
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2016-03-23
Publication date: 2017-09-28

Abstract

Es wird eine Tomographievorrichtung zur Untersuchung von einer oder mehreren Proben (118) vorgeschlagen, welche eine Sendereinrichtung (20) für elektromagnetische Strahlung, eine Detektoreinrichtung (22) für elektromagnetische Strahlung, einen Probenhalter (116), einen beheizbaren Ofen (102), wobei der Probenhalter (116) in dem Ofen (102) angeordnet ist, wobei die Sendereinrichtung (20) und die Detektoreinrichtung (22) an einer Halteeinrichtung (18) außerhalb des Ofens (102) positioniert sind, und wobei der Ofen (102) ein Strahlungsfenster (124) für den Durchtritt elektromagnetischer Strahlung aufweist, eine Dreheinrichtung (28), durch welche eine an dem Probenhalter (116) gehaltene Probe (118) relativ zu der Halteeinrichtung (18) um eine Drehachse (112) drehbar ist, und eine Wärmestrahlereinrichtung (128) mit mindestens einem Wärmestrahler (130) zur Beheizung des Ofens (102) umfasst, wobei die Wärmestrahlereinrichtung (128) so ausgebildet ist, dass eine Hauptstrahlungsachse (138) des mindestens einen Wärmestrahlers (130) oder eine mindestens näherungsweise Symmetrieachse (144) von Hauptstrahlungsachsen (138) von Wärmestrahlern (130) mindestens näherungsweise parallel oder koaxial zu der Drehachse (112) ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Tomographievorrichtung zur Untersuchung von einer oder mehreren Proben, umfassend eine Sendereinrichtung für elektromagnetische Strahlung, eine Detektoreinrichtung für elektromagnetische Strahlung, einen Probenhalter, einen beheizbaren Ofen, wobei der Probenhalter in dem Ofen angeordnet ist, wobei die Sendereinrichtung und die Empfängereinrichtung an einer Halteeinrichtung außerhalb des Ofens positioniert sind, und wobei der Ofen ein Strahlungsfenster für den Durchtritt elektromagnetischer Strahlung aufweist, eine Dreheinrichtung, durch welche eine an dem Probenhalter gehaltene Probe relativ zu der Halteeinrichtung um eine Drehachse drehbar ist, und eine Wärmestrahlereinrichtung mit mindestens einem Wärmestrahler zur Beheizung des Ofens.
Aus dem Artikel "Real-Time quantitative Imaging of failure events in materials under load at temperatures above 1,600°C" von H. A. Bale et al, Nature Materials, Vol. 12, January 2013, Seiten 40 bis 46 ist eine Röntgen-Mikrotomographievorrichtung für Zuguntersuchungen unter hohen Temperaturen bekannt, wobei Synchrotron-Röntgenstrahlung verwendet wird.
Aus der JP 2000131447 A ist eine Vorrichtung bekannt, welche zur direkten Beobachtung innerhalb eines kohlegepackten Bettes unter Karbonisierung dient. Es werden dabei tomographische Bilder auf der Basis von Röntgenstrahlung bereitgestellt.
Aus der DE 10 2007 035 609 A1 ist ein Verfahren zur optischen Kontrolle des Verlaufs von einem auf einer Oberfläche eines Körpers erfolgenden physikalischen und/oder chemischen Prozesses bekannt, bei dem Oberflächenstrahlung gemessen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tomographievorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit der sich erweiterte Untersuchungsmöglichkeiten von Proben und insbesondere zeitaufgelöste Untersuchungsmöglichkeiten ergeben.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Tomographievorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Wärmestrahlungseinrichtung so angeordnet ist, dass eine Hauptstrahlungsachse des mindestens einen Wärmestrahlers oder einer mindestens näherungsweisen Symmetrieachse von Hauptstrahlungsachsen von Wärmestrahlern mindestens näherungsweise parallel oder koaxial zu der Drehachse ist.
Durch den beheizbaren Ofen wird der Tomographievorrichtung eine "Hochtemperaturzelle" bereitgestellt. Es lassen sich so thermische und thermochemische Prozesse an der Probe tomographisch untersuchen.
Es können chemische Veränderungen an der Probe in situ sowohl im Inneren als auch an der Oberfläche untersucht werden. Es ist möglich, zerstörungsfrei und unterbrechungsfrei die lokale Veränderung chemischer Zusammensetzung in Abhängigkeit von Zeit und Temperatur zu untersuchen.
Durch die Dreheinrichtung ist eine an dem Probenhalter gehaltene Probe relativ zu der Halteeinrichtung drehbar und insbesondere rotierbar. Es lassen sich dadurch Profile wie Absorptionsprofile, Transmissionsprofile oder Emissionsprofile eines Probenobjekts aus vielen Richtungen erstellen. Daraus kann die Volumenstruktur konstruiert werden. Es ist dann ein Tomographieverfahren durchführbar, um auf optimierte Weise eine Probe untersuchen zu können.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist die Wärmestrahlereinrichtung so angeordnet und ausgebildet, dass bei der Untersuchung einer Probe und einer Beheizung sich in einer Ebene, zu welcher die Drehachse senkrecht ist, sich kein Temperaturgradient ausbildet. Ein Temperaturgradient bildet sich höchstens in einer Richtung parallel zu der Drehachse aus.
Mindestens näherungsweise parallel zu einer Ebene senkrecht zu der Drehachse erfolgt der Strahlungsdurchtritt, das heißt erfolgt die tomographische Untersuchung. Dadurch ist es möglich, Proben zeitaufgelöst zu untersuchen; Wärmeleitungsprozesse aufgrund möglichen Temperaturgradienten in dieser Ebene sind weitgehend vermieden und beeinflussen dadurch die Messung nicht.
Durch die erfindungsgemäße Tomographievorrichtung ergeben sich erweiterte Untersuchungsmöglichkeiten. Auch dickere Proben lassen sich zeitaufgelöst untersuchen.
Es muss insbesondere nicht gewartet werden, bis sich in einer Ebene senkrecht zu der Drehachse ein gleichmäßiges Temperaturprofil ergibt. Durch die Anordnung und Ausbildung der Wärmestrahlereinrichtung ergibt sich dieses gleichmäßige Temperaturprofil "per se". Dies erlaubt schnelle Messungen und dadurch zeitaufgelöste Messungen.
Die eingangs genannte Aufgabe wird bei der eingangs genannten Tomographievorrichtung ferner erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Ofen eine Fensterebene aufweist, an welcher das Strahlungsfenster liegt und zu welcher die Drehachse senkrecht liegt, wobei die Fensterebene einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich des Ofens trennt, und wobei die Wärmestrahlereinrichtung entweder vollständig in dem ersten Bereich oder vollständig in dem zweiten Bereich angeordnet ist.
Es ergeben sich dadurch die oben beschriebenen Vorteile. Insbesondere lassen sich Temperaturgradienten in der Fensterebene beziehungsweise in einer Ebene parallel zu der Fensterebene weitgehend verhindern.
Günstig ist es, wenn der mindestens eine Wärmestrahler eine Infrarotleuchte ist und insbesondere eine Infrarotlampe umfasst. Es lässt sich dadurch eine entsprechende Wärmequelle bereitstellen. Beispielsweise wenn eine Mehrzahl von Wärmestrahlern vorgesehen ist (beispielsweise drei oder fünf), dann lässt sich eine hohe Temperatur an der Probe erreichen. Wenn eine Mehrzahl von Wärmestrahlern vorgesehen ist, wobei insbesondere die Anzahl der aktiven Wärmestrahler schaltbar ist, dann lässt sich auch über einen weiten Bereich eine Temperatursteuerung beziehungsweise Temperaturregelung erreichen.
Günstig ist es, wenn der mindestens eine Wärmestrahler eine Fokussiereinrichtung aufweist, wobei insbesondere die Fokussiereinrichtung so ausgebildet ist, dass eine Hauptstrahlungsachse des mindestens einen Wärmestrahlers auf die Probe gerichtet ist. Es lässt sich dadurch eine effektive Beheizung erreichen. Es lässt sich die Wärmestrahlung auf die Probe richten; dadurch lässt es sich verhindern, dass Wandungen und andere Bauteile des Ofens zumindest direkt aufgeheizt werden, wenn sie nicht direkt mit Wärmestrahlung beaufschlagt werden. Es ergibt sich dadurch ein konstruktiv einfacher Aufbau des Ofens.
Günstig ist es, wenn der mindestens eine Wärmestrahler ein wärmeleitendes Gehäuse aufweist, welches zumindest teilweise an einer Außenseite des Ofens angeordnet ist und/oder zumindest teilweise mit einer wärmeleitenden Außenseite des Ofens verbunden ist. Es lässt sich dadurch auf effektive Weise Wärme nach außen ableiten und die Wärmebelastung von Bauteilen der Tomographievorrichtung lässt sich gering halten. Dadurch ergibt sich ein vereinfachter konstruktiver Aufbau.
Bei einer Ausführungsform ist mindestens ein Wärmestrahler vorgesehen, welcher so angeordnet ist, dass seine Hauptstrahlungsachse parallel oder koaxial zu der Drehachse ist. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine Temperaturgradientenbildung in einer Ebene senkrecht zu der Drehachse zumindest gering halten.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von Wärmestrahlern vorhanden ist, welche bezüglich ihrer Hauptstrahlungsachsen symmetrisch zu einer Symmetrieachse angeordnet sind, wobei die Symmetrieachse parallel oder koaxial zu der Drehachse ist. Dadurch lässt sich ebenfalls auf effektive Weise die Ausbildung eines Temperaturgradienten in einer Ebene senkrecht zu der Drehachse verhindern.
Es ist dann günstig, wenn der mindestens eine Wärmestrahler so angeordnet ist, dass seine Hauptstrahlungsachse in einem spitzen Winkel oder in einem Nullwinkel zu der Drehachse liegt und bei einer Mehrzahl von Wärmestrahlern alle Wärmestrahler mit ihren Hauptstrahlungsachsen in einem Nullwinkel oder in einem spitzen Winkel zu der Drehachse liegen. Wenn der Winkel bezogen auf die Drehachse orientiert gemessen wird, dann gibt es insbesondere keine Wärmestrahler, welche in einem stumpfen Winkel bezogen auf ihre Hauptstrahlungsachse zu der Drehachse liegen.
Bei einer Ausführungsform weist der Ofen einen Kopf auf, an welchem der mindestens eine Wärmestrahler angeordnet ist. Es ergibt sich dadurch ein einfacher konstruktiver Aufbau. Es lässt sich gewissermaßen von dem Kopf aus nach unten in Richtung einer Probe Wärmestrahlung abgeben, um die Probe effektiv zu heizen. Es lässt sich dadurch eine direkte Wärmebestrahlung einer Seitenwandung des Ofens zumindest größtenteils vermeiden. An dem Kopf lässt sich eine Vielzahl von Wärmestrahlern (beispielsweise mindestens 30) positionieren.
Es ist dann günstig, wenn an dem Kopf ein Lagerteil der Dreheinrichtung angeordnet ist. Dadurch ergibt sich ein einfacher konstruktiver Aufbau der Tomographievorrichtung.
Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn an dem Kopf mindestens ein Einlass einer Fluidzuführungseinrichtung angeordnet ist. Dadurch lässt sich effektiv ein Fluid wie beispielsweise ein Inertgas oder ein Reaktionsgas oder dergleichen in den Ofen einkoppeln und es lässt sich auf effektive Weise die Probe beaufschlagen.
Es ist ferner günstig, wenn der Kopf eine Wärmeabgabeeinrichtung aufweist, an welche der mindestens eine Wärmestrahler wärmeleitend-wirksam gekoppelt ist. Es lässt sich so Wärme von Wärmestrahlern, die zu Bauteilbelastungen führt, nach außen abführen und die Wärmebelastung von Bauteilen der Tomographievorrichtung lässt sich gering halten. Dadurch ergibt sich ein einfacher konstruktiver Aufbau. Ferner lässt sich dadurch eine Probe effektiv und auch gesteuert beheizen.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Kopf domförmig ausgebildet ist. Es ergibt sich dadurch ein einfacher effektiver Aufbau und es lässt sich eine Mehrzahl von funktionellen Elementen (wie Wärmestrahler, Einlässe) an dem Kopf anordnen.
Bei einer Ausführungsform weist der Kopf eine Kopfebene auf, welche parallel zu einer Fensterebene des Strahlungsfensters ist, und eine Probe ist in dem Ofen beabstandet zu der Kopfebene positioniert, wobei der mindestens eine Wärmestrahler so angeordnet ist, dass er nicht über die Kopfebene in Richtung der Probe hinausragt. Dadurch ergibt sich ein einfacher Aufbau. Wärmestrahlung des mindestsens einen Wärmestrahlers lässt sich auf effektive Weise in Richtung einer an dem Probenhalter gehaltenen Probe fokussieren. Die direkte Strahlungsbeaufschlagung von dem Kopf und einer Seitenwandung des Ofens lässt sich gering halten.
Vorteilhaft ist es, wenn der Ofen einen Behälter aufweist, an welchem der Kopf angeordnet ist und dass an dem Behälter mindestens ein Auslass einer Fluidabführungseinrichtung angeordnet ist und insbesondere an einer Seitenwandung des Behälters angeordnet ist. Es ergibt sich so eine konstruktiv einfache Ausbildung mit effektiver Positionierung des mindestens einen Auslasses. Der Auslass kann beispielsweise verwendet werden, um einen Innenraum des Behälters (mit einer Probe) zu spülen beziehungsweise um einen Behälterinnenraum zu evakuieren.
Günstig ist es, wenn eine Mehrzahl von Wärmestrahlern vorgesehen ist, welche um die Drehachse verteilt angeordnet sind, wobei insbesondere die Drehachse eine mindestens näherungsweise Symmetrieachse für die verteilte Anordnung ist. Dadurch lässt sich auf effektive Weise eine Temperaturgradientenausbildung in einer Ebene senkrecht zu der Drehachse verhindern. Es lassen sich dadurch zeitaufgelöste Untersuchungen durchführen.
Günstig ist es, wenn dem Probenhalter mindestens ein Temperatursensor zugeordnet ist. Dadurch lassen sich an diesem entsprechende Temperaturen messen.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass an dem Ofen mindestens ein Flansch angeordnet ist. Dieser Flansch kann beispielsweise genutzt werden, um einen optischen Zugang zu einem Innenraum des Ofens zu schaffen. Er kann beispielsweise genutzt werden, um Fluide zuzuführen beziehungsweise abzuführen. Beispielsweise ist eine zusätzliche oder alternative Heizquelle wie beispielsweise ein Plasmagenerator über einen Flansch an den Ofen angeschlossen.
Die erfindungsgemäße Tomographievorrichtung wird insbesondere zur Untersuchung von thermochemischen Prozessen und insbesondere Ablationsprozessen verwendet, wobei insbesondere zeitaufgelöste Untersuchungen von thermochemischen Prozessen durchgeführt werden. Es können chemische Veränderungen an der Probe in situ sowohl im Inneren als auch an der Oberfläche untersucht werden. Es ist möglich, zerstörungsfrei und unterbrechungsfrei die lokale Veränderung chemischer Zusammensetzungen in Abhängigkeit von Zeit und Temperatur zu untersuchen.
Temperaturgradienten in einer Ebene senkrecht zu der Drehachse (welche auch eine Tomographieebene ist) beeinflussen die Messergebnisse nicht.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Dreheinrichtung so ausgebildet, dass der Ofen als Ganzes um eine Ofen-Drehachse relativ zu der Halteeinrichtung drehbar ist. Es wird dann der Ofen um die Ofen-Drehachse relativ zu der Sendereinrichtung und zu der Detektoreinrichtung aktiv gedreht, um entsprechende Profile (beispielsweise für Absorption, Transmission oder Emission) aus vielen Richtungen aufzunehmen.
Insbesondere ist eine Kammer mit einem Kammerraum vorgesehen, in welchem die Halteeinrichtung (mit der Sendereinrichtung und der Detektoreinrichtung) positioniert sind, wobei der Ofen in dem Kammerraum drehbar angeordnet ist.
Bei einer alternativen oder kombinatorischen Ausführungsform ist die Dreheinrichtung so ausgebildet, dass der Probenhalter mit einem Halteteil für die Probe um eine Probenhalter-Drehachse relativ zu dem Ofen und relativ zu der Halteeinrichtung drehbar ist. Der Probenhalter wird dann aktiv gedreht, um eine relative Drehung zwischen einer gehaltenen Probe und der Halteeinrichtung mit der Sendereinrichtung und der Detektoreinrichtung zu erhalten. Grundsätzlich ist es dabei auch möglich, dass eine aktive Drehung des Ofens mit einer aktiven Drehung des Probenhalters kombiniert werden kann.
Bei einer weiteren alternativen oder kombinatorischen Ausführungsform ist die Dreheinrichtung so ausgebildet, dass die Halteeinrichtung um eine Halteeinrichtung-Drehachse relativ zu dem Ofen und zu dem Probenhalter drehbar ist. Bei dieser Ausführungsform wird die Halteeinrichtung mit der Sendereinrichtung und der Detektoreinrichtung aktiv relativ zu der Probe gedreht. Es ist auch möglich, dass diese aktive Drehung der Halteeinrichtung kombiniert wird mit einer aktiven Drehung des Probenhalter und/oder des Ofens.
Insbesondere ist dann der Probenhalter bezüglich einer gehaltenen Probe koaxial zu einer Drehachse der Dreheinrichtung angeordnet. Dadurch lässt sich ein Tomographieverfahren auf einfache Weise durchführen. Die Drehachse der Dreheinrichtung kann eine Ofen-Drehachse, eine Probenhalter-Drehachse oder eine Halteeinrichtung-Drehachse sein.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist die Halteeinrichtung eine Einstelleinrichtung auf, durch welche eine relative Position der Sendereinrichtung und der Detektoreinrichtung zueinander einstellbar ist und insbesondere eine Winkelposition der Sendereinrichtung und der Detektoreinrichtung bezogen auf den Probenhalter einstellbar ist. Es ist dadurch insbesondere zusätzlich zu tomographischen Untersuchungen auch möglich, gewissermaßen "statische" Untersuchungen bezüglich Reflexion, und auch Transmission und Absorption durchzuführen, wobei entsprechend die Winkelposition einstellbar ist. Dadurch ergeben sich erweiterte Untersuchungsmöglichkeiten für thermische Prozesse.
Insbesondere ist für eine Tomographiemessung die Position der Sendereinrichtung zu der Detektoreinrichtung fest eingestellt und insbesondere ist eine Probe, welche durch den Probenhalter gehalten ist, strahlungswirksam zwischen der Sendereinrichtung und der Detektoreinrichtung positioniert. Die Position ist dabei derart, dass ohne die Probe die Sendereinrichtung die Detektoreinrichtung (durch das Strahlungsfenster hindurch) direkt bestrahlen würde. Es lassen sich so auf einfache Weise Absorptionsprofile, Transmissionsprofile oder Emissionsprofile für die Probe gewinnen.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das Strahlungsfenster wie beispielsweise ein Aluminiumfenster umlaufend an dem Ofen angeordnet ist und insbesondere als Rundumfenster ausgebildet ist. Dadurch lassen sich auf einfache Weise Tomographiemessungen durchführen, wobei dann aus allen Richtungen her die Sendereinrichtung die Probe durch das Strahlungsfenster hindurch bestrahlen kann und entsprechend elektromagnetische Strahlung dann durch die Detektoreinrichtung detektierbar ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist an dem Ofen eine Fluidzuführungseinrichtung angeordnet. Es lässt sich dadurch ein Fluid wie ein Gas in einen Innenraum des Ofens einbringen. Insbesondere lässt sich dadurch die Probe mit einem Gas beaufschlagen. Dadurch ergeben sich weitere Untersuchungsmöglichkeiten beispielsweise zur Untersuchung von Strömungseffekten oder Schliereneffekten.
Es ist ferner günstig, wenn an dem Ofen eine Fluidabführungseinrichtung angeordnet ist, an welche insbesondere eine Pumpe angeschlossen ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, entstehende Verbrennungsgase oder Pyrolysegase abzusaugen. Es ist insbesondere auch möglich, in dem Ofen definierte Druckverhältnisse einzustellen beziehungsweise Druckverhältnisse zu variieren. Es kann auch eine Schutzgasatmosphäre für die Probe eingestellt werden. Es lässt sich ein definierter Unterdruck oder ein definierter Überdruck in einem Innenraum des Ofens erzeugen.
Bei einer Ausführungsform ist eine Kippeinrichtung vorgesehen, durch welche eine gehaltene Probe kippbar ist. Dadurch ergeben sich weitere Untersuchungsmöglichkeiten. Es kann dabei vorgesehen sein, dass über die Kippeinrichtung ein Teil des Probenhalters, an welchem eine Probe fixiert ist, kippbar ist. Die Probe kann in dem Ofen relativ zu einem Gehäuse des Ofens gekippt werden.
Insbesondere ist dabei eine Kippachse quer zu einer Drehachse einer Dreheinrichtung für die Sendereinrichtung und die Detektoreinrichtung orientiert. Es ergeben sich dann weitere Untersuchungsmöglichkeiten.
Günstig ist es, wenn die die elektromagnetische Strahlung Röntgen-Strahlung ist. Dadurch lassen sich beispielsweise entsprechende Röntgenabsorptionsprofile aufnehmen und entsprechende thermochemische Prozesse lassen sich in situ untersuchen.
Günstig ist es, wenn die Tomographievorrichtung als Computer-Tomographievorrichtung ausgebildet ist. Es lässt sich dadurch aus Absorptionsprofilen beziehungsweise Transmissionsprofilen, welche richtungsabhängig aufgenommen werden, eine Volumenstruktur rekonstruieren.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Tomographievorrichtung;
2 eine weitere schematische Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels einer Tomographievorrichtung;
3 eine Schnittansicht ähnlich wie 1 eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Tomographievorrichtung;
4 eine schematische Schnittdarstellung ähnlich wie 1 eines vierten Ausführungsbeispiels einer Tomographievorrichtung; und
5 eine perspektivische Teilschnittdarstellung eines Ofens eines fünften Ausführungsbeispiels einer Tomographievorrichtung.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Tomographievorrichtung, welche in den 1 und 2 in unterschiedlichen Schnittansichten gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfasst eine Kammer 12. Die Kammer 12 weist eine Kammerwandung 14 auf, welche einen Kammerraum 16 begrenzt.
In dem Kammerraum 16 ist eine Halteeinrichtung 18 angeordnet. Die Halteeinrichtung 18 hält eine Sendereinrichtung 20 für elektromagnetische Strahlung und eine Detektoreinrichtung 22 für die elektromagnetische Strahlung. Die Sendereinrichtung 20 und die Detektoreinrichtung 22 sind so zueinander ausgerichtet beziehungsweise ausrichtbar, dass eine Probe 24, welche durch einen Probenhalter 26 gehalten ist, bezüglich des durch die Sendereinrichtung 20 bereitgestellten Strahlungsfeldes zwischen der Detektoreinrichtung 22 und der Sendereinrichtung 20 liegt und durch die Strahlung beaufschlagt ist.
In dem Kammerraum 16 ist eine Dreheinrichtung 28 angeordnet. Die Dreheinrichtung 28 weist eine Drehachse 30 auf. Diese Drehachse 30 ist eine Ofen-Drehachse, wie untenstehend noch näher erläutert wird. Die Dreheinrichtung 28 hat dabei eine Basis 31, welche relativ zu der Kammerwandung 14 aktiv und insbesondere angetrieben drehbar ist. Es ist ein entsprechender Antrieb vorgesehen, um die Basis 31 relativ zu der Kammerwandung 14 zu drehen.
Die Basis 31 ist auch bezüglich der Halteeinrichtung 18 drehbar; die Sendereinrichtung 20 und die Detektoreinrichtung 22 sind drehfest bezüglich der Kammerwandung 14 positioniert und die Basis 31 ist gegenüber der Sendereinrichtung 20 und der Detektoreinrichtung 22 um die Ofen-Drehachse 30 drehbar.
Der Probenhalter 26 ist dabei bei einer Ausführungsform so zu der Ofen-Drehachse 30 orientiert, dass er bezüglich einer gehaltenen Probe 24 mindestens näherungsweise koaxial zu der Ofen-Drehachse 30 ist.
Für eine Tomographiemessung sind die Sendereinrichtung 20 und die Detektoreinrichtung 22 so an der Halteeinrichtung 18 angeordnet, dass strahlungsmäßig zwischen ihnen die Ofen-Drehachse 30 (und damit die Probe 24) liegt.
Die Probe 24 wird von der elektromagnetischen Strahlung der Sendereinrichtung 20 beaufschlagt und die Detektoreinrichtung 22 detektiert in Richtung von der Probe 24 her kommende Strahlung.
Elektromagnetische Strahlung, welche durch die Sendereinrichtung 20 bereitgestellt wird, ist dabei insbesondere Röntgenstrahlung.
Durch eine Rotation der Basis 31 über die Dreheinrichtung 28 lassen sich Absorptionsprofile, Transmissionsprofile oder Emissionsprofile der Probe 24 aus vielen Richtungen erstellen.
Die Tomographievorrichtung 10 ist insbesondere eine Computer-Tomographievorrichtung. Sie weist eine entsprechende Auswertungseinrichtung 32 auf. Durch diese kann aus den einzelnen Absorptionsprofilen, Transmissionsprofilen oder Emissionsprofilen eine Volumenstruktur rekonstruiert werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Halteeinrichtung 18 eine Einstelleinrichtung 34 auf. Durch die Einstelleinrichtung 34 ist eine relative von 180° abweichende Winkelposition der Detektoreinrichtung 22 zu der Sendereinrichtung 20 bezogen auf die Probe 24 einstellbar.
In 1 ist eine entsprechende Winkelposition durch das Bezugszeichen 36 angedeutet.
Es sind dadurch Winkelpositionen einstellbar, bei denen die Detektoreinrichtung 22 strahlungsmäßig nicht mehr direkt (in einem 180°-Winkel) der Sendereinrichtung 20 gegenüberliegt. Bezogen auf die Probe 24 kann dann ein Winkel 38 zwischen der Sendereinrichtung 20 und der Detektoreinrichtung 22 eingestellt werden; dieser Winkel 38 kann dann andere Werte als 180° annehmen.
Durch die Einstelleinrichtung 34 ist es beispielsweise auch möglich, mit der Tomographievorrichtung 10 Reflexionsmessungen bezüglich der Probe 24 durchzuführen. Es können auch Absorptionsprofile oder auch Transmissionsprofile aufgenommen werden, bei denen der Winkel 38 nicht 180° beträgt.
Über die Dreheinrichtung 28 ist es möglich, Tomographiemessungen insbesondere in Transmission, Absorption oder Emission durchzuführen. Bei einer solchen Tomographiemessung rotiert die Probe 24 relativ zu der Halteeinrichtung 18.
Über die Einstelleinrichtung 34 können auch weitere Messungen durchgeführt werden, insbesondere ohne relative Rotation der Sendereinrichtung 20 und der Detektoreinrichtung 22 zu der Probe 24.
In dem Kammerraum 16 ist drehfest an der Basis 31 ein Ofen 40 angeordnet. Der Ofen 40 umfasst ein Gehäuse 42.
Das Gehäuse 42 ist beispielsweise aus einem nichtmagnetischen Stahl hergestellt.
Der Ofen 40 weist einen Innenraum 44 auf. In dem Innenraum 44 ist der Probenhalter 26 angeordnet.
Dem Ofen 40 sind ein oder mehrere Heizelemente 46 zugeordnet, über welchen der Ofen 40 beheizbar ist.
In einem Innenraum 44 ist insbesondere eine definierte Temperatur einstellbar, welche dann an der Probe 24 herrscht.
Der Ofen 40 weist ein Strahlungsfenster 48 auf. Das Strahlungsfenster 48 ist umlaufend an dem Gehäuse 42 gebildet, so dass elektromagnetische Strahlung von allen Richtungen her von außen zu der Probe 24 gelangen kann und entsprechend von dem Innenraum 44 von allen Richtungen her nach außen zu der Detektoreinrichtung 22 gelangen kann. Das Strahlungsfenster 48 ist als Rundumfenster an dem Ofen 40 ausgebildet.
Das Strahlungsfenster 48 ist insbesondere ein Röntgenfenster, das heißt für Röntgenstrahlung durchlässig, wenn als elektromagnetische Strahlung Röntgenstrahlung eingesetzt wird.
Die Sendereinrichtung 20 und die Detektoreinrichtung 22 sind so an der Halteeinrichtung 18 in dem Kammerraum 16 positioniert, dass durch das Strahlungsfenster 48 hindurch über die Sendereinrichtung 20 die Probe 24 mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagbar ist und die Detektoreinrichtung 22 durch das Strahlungsfenster 48 austretende elektromagnetische Strahlung empfangen kann.
Der Probenhalter 26, die Sendereinrichtung 20 und die Detektoreinrichtung 22 sind in einer solchen Höhenposition in dem Kammerraum 16 angeordnet, dass eine strahlungsmäßige Beaufschlagung der Probe 24 über das Strahlungsfenster 48 und eine Detektion möglich ist.
Der Ofen 40 weist eine Fluidzuführungseinrichtung 50 auf. Über diese sind ein oder mehrere Fluide in den Innenraum 44 des Ofens 40 bringbar.
Insbesondere ist die Fluidzuführungseinrichtung 50 so angeordnet, dass eine durch den Probenhalter 26 gehaltene Probe 24 mit Fluid und beispielsweise einem Gas beaufschlagbar ist.
Dadurch ergeben sich erweiterte Untersuchungsmöglichkeiten.
Ferner weist der Ofen 40 eine Fluidabführungseinrichtung 52 auf. Durch diese lassen sich Fluide wie Gase aus dem Innenraum 44 abführen. Dadurch lassen sich beispielsweise Verbrennungsgase oder Pyrolysegase abführen.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist an die Fluidabführungseinrichtung 52 eine Pumpe 53 zur Absaugung beispielsweise von den entstehenden Pyrolysegasen angeschlossen.
Der Ofen 40 ist als Ganzes um die Ofen-Drehachse 30 relativ zu der Basis 54 in dem Kammerraum 16 drehbar.
Er ist dadurch auch zu der Halteeinrichtung 18 drehbar.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine Kippeinrichtung 58 vorgesehen, welche eine Kippachse 60 aufweist. Die Kippachse 60 liegt dabei quer und insbesondere senkrecht zu der Ofen-Drehachse 30.
Die Kippeinrichtung 58 ist an dem Probenhalter 26 gebildet. Über die Kippeinrichtung 58 lässt sich ein Teil 62, welches die Probe 24 hält, relativ zu dem Gehäuse 42 des Ofens innerhalb des Innenraums 44 kippen.
Dadurch ergeben sich weitere Untersuchungsmöglichkeiten für eine Probe.
Beispielsweise lassen sich definierte Bereiche einer Probe 24 einer Gasströmung aussetzen (welche insbesondere über Einkopplung durch die Fluidzuführungseinrichtung 50 erzeugt wird).
Durch den Ofen 40 lassen sich definierte Temperaturbedingungen einstellen. Es lassen sich dann chemische Veränderungen an der Probe 24 in situ untersuchen. Es kann zerstörungsfrei und unterbrechungsfrei eine lokale Veränderung chemischer Zusammensetzungen in Abhängigkeit von Zeit und Temperatur untersucht werden.
Bei einer tomographischen Messung werden die Sendereinrichtung 20 und die Detektoreinrichtung 22 durch die Dreheinrichtung 28 relativ zu der Probe 24 rotiert, indem der Ofen 40 als Ganzes um die Ofen-Drehachse 30 aktiv gedreht wird.
Durch die Kippeinrichtung 58 ergeben sich erweiterte Untersuchungsmöglichkeiten.
Durch den Ofen 40 lässt sich die Probe 24 in einer Hochtemperaturzelle in einer Tomographievorrichtung 10 und insbesondere Computer-Tomographievorrichtung untersuchen.
Grundsätzlich können in dem Innenraum 44 des Ofens 40 eine Schutzgasatmosphäre, Unterdruckbedingungen oder Überdruckbedingungen hergestellt werden. Über die Fluidzuführungseinrichtung 50 und die Fluidabführungseinrichtung 52 können Druckvariationen durchgeführt werden. Dies erlaubt beispielsweise die thermochemische Charakterisierung von Oxidationsprozessen.
Es können Strömungseffekte an der Probe 24 wie beispielsweis Scherkräfte oder interne Kühlung untersucht werden.
Es ist möglich, Umwandlungsprozesse infolge Wärmeeinwirkung thermochemisch zu charakterisieren und zu analysieren.
Die Untersuchungen können transient und nichtintrusiv durchgeführt werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Tomographievorrichtung, welche in 3 schematisch gezeigt und dort mit 64 bezeichnet ist, ist ein Ofen 40' vorgesehen, welcher in der Kammer 12 (für gleiche Elemente wie bei der Tomographievorrichtung 10 werden gleiche Bezugszeichen verwendet) stationär angeordnet ist. Entsprechend sind die Sendereinrichtung 20 und die Detektoreinrichtung 22 stationär in dem Kammerraum 16 angeordnet.
In einem Innenraum 44' des Ofens 40' ist ein Probenhalter 66 angeordnet, welcher eine Probe 24 halten kann. Ein Halteteil 70 des Probenhalters 66 ist über eine Dreheinrichtung 28' um eine Probenhalter-Drehachse 68 drehbar. Das Halteteil 70, welches die Probe 24 hält, ist dabei relativ zu dem Ofen 40' und relativ zu der Kammerwandung 14 drehbar.
Durch eine Drehung beziehungsweise Rotation dieses Halteteils 70 um die Probenhalter-Drehachse 68 lässt sich die Probe 24, welche an dem Probenhalter 66 gehalten ist, relativ zu der Halteeinrichtung 18 und damit zu der Sendereinrichtung 20 und der Detektoreinrichtung 22 drehen. Dadurch sind tomographische Messungen möglich.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel einer Tomographievorrichtung, welches in 4 schematisch gezeigt und dort mit 72 bezeichnet ist, ist in einer Kammer 12 (für gleiche Elemente wie bei der Tomographievorrichtung 10 werden gleiche Bezugszeichen verwendet) in einem entsprechenden Kammerraum 16 eine Halteeinrichtung 74 positioniert. Die Halteeinrichtung 74 hält eine Sendereinrichtung 20 und eine Detektoreinrichtung 22. Die Halteeinrichtung 74 ist über eine Dreheinrichtung 28'' relativ zu einer Kammerwandung 14 der Kammer 12 um eine Halteeinrichtung-Drehachse 76 drehbar.
Es ist ein Ofen 40' vorgesehen, welcher drehfest in dem Kammerraum 16 angeordnet ist. Ferner ist ein Probenhalter 26' vorgesehen, welcher eine Probe 24 in einem Innenraum 44' des Ofens 40' hält.
Die Probe 24 ist dabei über elektromagnetische Strahlung der Sendereinrichtung 20 beaufschlagbar. Die Detektoreinrichtung 22 ist so ausgerichtet, dass Absorptionsprofile, Transmissionsprofile oder Emissionsprofile der Probe 24 insbesondere der Sendereinrichtung 20 gegenüberliegend aufnehmbar sind.
Eine relative Rotation zwischen der Sendereinrichtung 20 und der Detektoreinrichtung 22, welche relativ zueinander drehfest sind, erfolgt durch Drehung der Halteeinrichtung 74 als Ganzes in dem Kammerraum 16.
Es lassen sich so tomographische Daten ermitteln, um eine Volumenstruktur für die Probe 24 rekonstruieren zu können.
Mit der Dreheinrichtung 28 (1, 2) wird der Ofen 40 als Ganzes um die Ofen-Drehachse 30 aktiv gedreht, wenn eine tomographische Messung durchgeführt wird. Die relative Drehung der Probe 24 zu der Sendereinrichtung 20 und der Detektoreinrichtung 22 erfolgt durch aktive Drehung des Ofens 40 als Ganzes, wobei die Probe drehfest in dem Ofen 40 positioniert ist.
Mit der Dreheinrichtung 28' (3) erfolgt eine relative Drehung zwischen der Probe 24 und der Sendereinrichtung 20 und der Detektoreinrichtung 22 durch aktive Drehung des Halteteils 70 des Probenhalters 66 in dem Ofen 40'.
Mit der Dreheinrichtung 28'' (4) erfolgt die relative Drehung zwischen der Sendereinrichtung 20, der Detektoreinrichtung 22 und der Probe 24 durch aktive Drehung der Halteeinrichtung 18 mit der Sendereinrichtung 20 und der Detektoreinrichtung 22 relativ zu dem Ofen 40'.
Es lassen sich auch mehrere Drehmöglichkeiten miteinander kombinieren.
Ansonsten funktionieren die Tomographievorrichtungen 64 und 72 wie oben anhand der Tomographievorrichtung 10 beschrieben.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Tomographievorrichtung 100, welche in 5 in einer Teilschnittdarstellung gezeigt ist, umfasst einen Ofen 102. Der Ofen 102 weist einen beispielsweise zylindrischen Behälter 104 mit einer Seitenwandung 106 auf. Der Behälter ist über einen Kopf 108 geschlossen.
Bei einer Ausführungsform ist der Kopf 108 als abnehmbarer Deckel ausgebildet, so dass auf einen Innenraum 110 (Kammerraum) des Ofens 102 zugegriffen werden kann.
Der Behälter 104 mit dem Kopf 108 bildet eine entsprechende Kammer und insbesondere Druckkammer (für Überdruck und/oder Unterdruck).
Der Ofen 102 ist als Ganzes um eine Drehachse 112 drehbar. Es ist eine Dreheinrichtung entsprechend der Dreheinrichtung 28 vorgesehen, bei welcher der Ofen 102 als Ganzes gegenüber der Halteeinrichtung 18 mit der Sendereinrichtung 20 und der Detektoreinrichtung 22 (in 5 nicht eingezeichnet) drehbar ist.
An dem Kopf 108 ist bei einem Ausführungsbeispiel ein Lagerteil 114 der Dreheinrichtung 28 angeordnet.
In dem Innenraum 110 ist ein Probenhalter 116 für eine Probe 118 angeordnet.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Probenhalter 116 säulenartig ausgebildet oder weist zumindest einen säulenartigen Teil 120 auf, welcher an einem Boden 122 des Behälters 104 fixiert ist. Der Boden 122 liegt gegenüberliegend zu dem Kopf 108.
Der Kopf 108 ist domförmig ausgebildet.
An der Seitenwandung 106 ist zwischen dem Kopf 108 und dem Boden 122 ein Strahlungsfenster 124 als Rundumfenster angeordnet. Dieses Strahlungsfenster ist durchlässig für elektromagnetische Strahlung insbesondere im Röntgenbereich. Das Strahlungsfenster 124 ist beispielsweis aus Aluminium hergestellt.
Dem Ofen 102 ist eine Fensterebene 126 zugeordnet, an welcher das Strahlungsfenster 124 liegt. Die Drehachse 112 liegt senkrecht zu der Fensterebene 126, das heißt die Drehachse 112 ist parallel zu einer Normalen der Fensterebene 126.
Das Strahlungsfenster 124 ist bezüglich dem Probenhalter 116 so positioniert, dass eine an dem Probenhalter 116 gehaltene Probe 118 mit elektromagnetischer Strahlung durch das Strahlungsfenster 124 hindurch beaufschlagbar ist und entsprechend eine Detektion möglich ist.
Der Ofen 102 weist eine als Ganzes mit 128 bezeichnete Wärmestrahlereinrichtung auf. Die Wärmestrahlereinrichtung 128 dient zur Beheizung des Ofens 102 und dabei zur Wärmebeaufschlagung einer an dem Probenhalter 116 gehaltenen Probe 118.
Die Wärmestrahlereinrichtung 128 umfasst bei einem Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Wärmestrahlern 130. Ein Wärmestrahler 130 ist insbesondere eine Infrarotleuchte mit einer Infrarotlampe.
Der entsprechende Wärmestrahler 130 hat ein Gehäuse 132, in welchem die entsprechende Lampe als Leuchtmittel und insbesondere eine Infrarotlampe angeordnet ist.
Das Gehäuse 132 der jeweiligen Wärmestrahler 130 ist mit einer Außenseite 134 des Kopfs 108 verbunden beziehungsweise an einer Außenseite des Kopfes 108 angeordnet. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass ein jeweiliges Gehäuse 132 eines Wärmestrahlers 130 mit einer wärmeabgebenden Fläche 136 des Kopfes 108 wärmeleitend verbunden ist.
Es lässt sich dadurch Bauteilwärme an einem Wärmestrahler 130 nach außen abgeben.
Die Wärmestrahler 130 bei einer Mehrzahl von Wärmestrahlern sind so angeordnet, dass eine jeweilige Hauptstrahlungsachse 138 ihrer Wärmestrahlung (insbesondere Infrarotstrahlung) auf die an dem Probenhalter 116 gehaltene Probe 118 gerichtet ist und dadurch eine entsprechende Strahlungsbeaufschlagung zur Aufheizung der Probe 118 erfolgt.
Eine direkte Wärmestrahlungsbeaufschlagung von Bauteilen des Ofens 102 und insbesondere der Seitenwandung 106 beziehungsweise des Bodens 122 oder auch des Kopfs 108 lässt sich dadurch verhindern.
Der Ofen 102 weist einen ersten Bereich 140 diesseits der Fensterebene 126 auf, und weist einen zweiten Bereich 142 jenseits der Fensterebene 126 auf. Die Fensterebene 126 trennt den ersten Bereich 140 und den zweiten Bereich 142. Die Wärmestrahler 130 der Wärmestrahlereinrichtung 128 sind alle in dem ersten Bereich 140 und damit nur auf einer Seite bezogen auf die Fensterebene 126 angeordnet.
Die Wärmestrahler 130 sind so angeordnet, dass ihre jeweiligen Hauptstrahlungsachsen 138 eine Symmetrieachse 144 aufweisen, welche mindestens näherungsweise koaxial zu der Drehachse 112 ist.
Die Wärmestrahler 130 sind verteilt um die Symmetrieachse 144 angeordnet. Ihre jeweiligen Hauptstrahlungsachsen 138 liegen in einem spitzen Winkel 146, welcher insbesondere kleiner als 60° und vorzugsweise kleiner als 45° ist, zu der Symmetrieachse 144 und damit zu der Drehachse 112.
Es ist alternativ oder zusätzlich auch möglich, dass ein oder mehrere Wärmestrahler 130 vorgesehen sind, deren Hauptstrahlungsachse 138 parallel zu der Drehachse 112 ist.
Insbesondere sind an dem Kopf mindestens drei Wärmestrahler 130 angeordnet. Beispielsweise sind bei einer Ausführungsform genau drei oder fünf Wärmestrahler 130 angeordnet. Diese sind dann entsprechend um die Symmetrieachse 144 verteilt.
Bei der Verwendung von drei Wärmestrahlern 130 hat es sich als günstig erwiesen, wenn kein Strahler mit Hauptstrahlungsrichtung parallel zur Drehachse 112 eingesetzt wird.
Optimierte Ergebnisse bezüglich Wärmebeaufschlagung einer Probe bei Wärmestrahlern 130 mit einem Durchmesser von circa 50 mm haben sich ergeben, wenn genau ein oder genau drei Wärmestrahler verwendet wurden, je nach Probengröße.
Es kann vorgesehen sein, dass an dem Kopf 108 Einlässe 148 einer Fluidzuführungseinrichtung angeordnet sind.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind an der Seitenwandung 106 zwischen der Fensterebene 126 und dem Boden 122 Auslässe 150 einer Fluidabführungseinrichtung angeordnet.
Dem Kopf 108 ist eine Kopfebene 152 zugeordnet. Die Kopfebene liegt am Übergangsbereich von der Seitenwandung 106 zu dem Kopf 108. Die Kopfebene 102 ist parallel zu der Fensterebene 126.
Der Probenhalter 116 ist beabstandet zu der Kopfebene 152. Insbesondere lässt sich eine Probe 118 beabstandet zu der Kopfebene 152 positionieren.
Die Wärmestrahler 130 liegen so in dem Kopf 108, dass sie nicht über die Kopfebene 152 in Richtung des Probenhalters 116 hinausragen.
Die Tomographievorrichtung 100 funktioniert grundsätzlich gleich wie oben beschrieben.
Bei einem Messvorgang wird eine Probe 118 "geheizt", das heißt wird definierten Temperaturbedingungen unterworfen, indem Wärmestrahlung der Wärmestrahlereinrichtung 128 auf die Probe 118 gerichtet wird.
Die Wärmestrahler 130 weisen insbesondere eine entsprechende Fokussiereinrichtung auf, um Wärmestrahlung mit der jeweiligen Hauptstrahlungsachse 138 abgeben zu können.
Aufgrund der symmetrischen Anordnung der Wärmestrahler 130 zu der Symmetrieachse 144 bezogen auf die jeweiligen Hauptstrahlungsachsen 138 beziehungsweise aufgrund einer Anordnung von einem oder mehreren Wärmestrahlern mit einer Hauptstrahlungsachse parallel zu der Drehachse 112 ist die Ausbildung eines Temperaturgradients an der Probe in einer Ebene senkrecht zu der Drehachse 112 weitgehend vermieden.
Es ist dadurch möglich, auch dickere Proben schnell tomographisch durchzumessen. Dadurch wiederum ist es möglich, zeitaufgelöste Messungen durchzuführen und die zeitliche Entwicklung beispielsweise von thermochemischen Prozessen zu beobachten.
Bei der Wärmebeaufschlagung einer Probe 118 entsteht höchstens ein Temperaturgradient parallel zur Drehachse 112 aber die Ausbildung des Temperaturgradients in einer Richtung senkrecht dazu ist weitgehend vermieden.
Während eines gewissen Zeitfensters vorliegende Wärmeleitungsprozesse in einer Tomographieebene (parallel zur Fensterebene 126 beziehungsweise längs der Fensterebene 126) sind dadurch weitgehend vermieden. Dies erlaubt erweiterte Untersuchungsmöglichkeiten und insbesondere zeitaufgelöste in-situ-Untersuchungsmöglichkeiten von Proben.
Der Probe 118 beziehungsweise dem Probenhalter 116 ist mindestens ein Temperatursensor 154 beispielsweise in Form eines Thermoelementes zugeordnet, über welchen sich eine Temperatur an der Probe 118 ermitteln lässt.
Insbesondere ist an dem Ofen 102 ein Flansch (wie der Flansch 148 oder der Flansch 150) angeschlossen. Der entsprechende Flansch lässt sich wie oben als Einlass beziehungsweise Auslass ausbilden. Es ist auch möglich, dass an einem Flansch ein Fenster für einen optischen Zugang zu einem Innenraum des Ofens 102 angeordnet ist. Beispielsweise lässt sich über einen Flansch auch eine zusätzliche Heizquelle wie ein Plasmagenerator anschließen.
Durch die Tomographievorrichtung mit dem Ofen 102 lassen sich chemische Veränderungen in situ im Inneren und an der Oberfläche der Probe 118 wiedergeben einschließlich einer zeitaufgelösten Wiedergabe. Dadurch ist ein detailliertes Prozessverständnis möglich. Es lassen sich zerstörungsfrei und unterbrechungsfrei die lokale Veränderung chemischer Zusammensetzung in Abhängigkeit von Zeit und Temperatur untersuchen.
Bei einer konkreten Untersuchung wurde die Verkohlung einer Korkprobe untersucht und mit Hilfe von aufgenommenen Bildern wurde dann die Pyrolysetemperatur bestimmt.
Bezugszeichenliste

10: Tomographievorrichtung (erstes Ausführungsbeispiel)
12: Kammer
14: Kammerwandung
16: Kammerraum
18: Halteeinrichtung
20: Sendereinrichtung
22: Detektoreinrichtung
24: Probe
26, 26': Probenhalter
28, 28', 28'': Dreheinrichtung
30: Ofen-Drehachse
31: Basis
32: Auswertungseinrichtung
34: Einstelleinrichtung
36: Winkelposition
38: Winkel
40, 40': Ofen
42: Gehäuse
44, 44': Innenraum
46: Heizelement
48: Strahlungsfenster
50: Fluidzuführungseinrichtung
52: Fluidabführungseinrichtung
53: Pumpe
58: Kippeinrichtung
60: Kippachse
62: Teil
64: Tomographievorrichtung (zweites Ausführungsbeispiel)
66: Probenhalter
68: Probenhalter-Drehachse
70: Halteteil
72: Tomographievorrichtung (drittes Ausführungsbeispiel)
74: Halteeinrichtung
76: Halteeinrichtung-Drehachse
102: Ofen
104: Behälter
106: Seitenwandung
108: Kopf
110: Innenraum
112: Drehachse
114: Lagerteil
116: Probenhalter
118: Probe
120: Säulenteil
122: Boden
124: Strahlungsfenster
126: Fensterebene
128: Wärmestrahlereinrichtung
130: Wärmestrahler
132: Gehäuse
134: Außenseite
136: Wärmeabgebende Fläche
138: Hauptstrahlungsachse
140: Erster Bereich
142: Zweiter Bereich
144: Symmetrieachse
146: Spitzer Winkel
148: Einlass
150: Auslass
152: Kopfebene
154: Temperatursensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2000131447 A [0003]
DE 102007035609 A1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Artikel "Real-Time quantitative Imaging of failure events in materials under load at temperatures above 1,600°C" von H. A. Bale et al, Nature Materials, Vol. 12, January 2013, Seiten 40 bis 46 [0002]

Claims

Tomographievorrichtung zur Untersuchung von einer oder mehreren Proben (118), umfassend eine Sendereinrichtung (20) für elektromagnetische Strahlung, eine Detektoreinrichtung (22) für elektromagnetische Strahlung, einen Probenhalter (116), einen beheizbaren Ofen (102), wobei der Probenhalter (116) in dem Ofen (102) angeordnet ist, wobei die Sendereinrichtung (20) und die Detektoreinrichtung (22) an einer Halteeinrichtung (18) außerhalb des Ofens (102) positioniert sind, und wobei der Ofen (102) ein Strahlungsfenster (124) für den Durchtritt elektromagnetischer Strahlung aufweist, eine Dreheinrichtung (28), durch welche eine an dem Probenhalter (116) gehaltene Probe (118) relativ zu der Halteeinrichtung (18) um eine Drehachse (112) drehbar ist, und eine Wärmestrahlereinrichtung (128) mit mindestens einem Wärmestrahler (130) zur Beheizung des Ofens (102), dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmestrahlereinrichtung (128) so ausgebildet ist, dass eine Hauptstrahlungsachse (138) des mindestens einen Wärmestrahlers (130) oder eine mindestens näherungsweise Symmetrieachse (144) von Hauptstrahlungsachsen (138) von Wärmestrahlern (130) mindestens näherungsweise parallel oder koaxial zu der Drehachse (112) ist.
Tomographievorrichtung nach Anspruch 1 oder dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (102) eine Fensterebene (126) aufweist, an welcher das Strahlungsfenster (124) liegt und zu welcher die Drehachse (112) senkrecht liegt, wobei die Fensterebene (126) einen ersten Bereich (140) und einen zweiten Bereich (142) des Ofens (102) trennt, und wobei die Wärmestrahlereinrichtung (128) entweder vollständig in dem ersten Bereich (140) oder vollständig in dem zweiten Bereich (142) angeordnet ist.
Tomographievorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmestrahler (130) eine Infrarotleuchte ist und insbesondere eine Infrarotlampe umfasst.
Tomographievorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmestrahler (130) eine Fokussiereinrichtung aufweist, wobei insbesondere die Fokussiereinrichtung so ausgebildet ist, dass die Hauptstrahlungsachse (138) des mindestens einen Wärmestrahlers (130) auf eine an dem Probenhalter (116) gehaltene Probe (118) ausgerichtet ist.
Tomographievorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmestrahler (130) ein wärmeleitendes Gehäuse (132) aufweist, welches mindestens teilweise an einer Außenseite (134) des Ofens (102) angeordnet ist und/oder mindestens teilweise mit einer wärmeabgebenden Fläche (136) des Ofens (102) verbunden ist.
Tomographievorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen Wärmestrahler (130), welcher so angeordnet ist, dass seine Hauptstrahlungsachse (138) parallel oder koaxial zu der Drehachse (112) ist.
Tomographievorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Wärmestrahlern (130), welche bezüglich der Hauptstrahlungsachse (138) symmetrisch zu einer Symmetrieachse (144) angeordnet sind, wobei die Symmetrieachse (144) parallel oder koaxial zu der Drehachse (112) ist.
Tomographievorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmestrahler (130) so angeordnet ist, dass seine Hauptstrahlungsachse (138) in einem spitzen Winkel (146) oder in einem Nullwinkel zu der Drehachse (112) liegt und bei der Mehrzahl von Wärmestrahlern (130) alle Wärmestrahler mit ihrer Hauptstrahlungsachse (138) in einem Nullwinkel oder in einem spitzen Winkel (146) zu der Drehachse (112) liegen.
Tomographievorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (102) einen Kopf (108) aufweist, an welchem der mindestens eine Wärmestrahler (130) angeordnet ist.
Tomographievorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kopf (108) ein Lagerteil (114) der Dreheinrichtung (28) angeordnet ist.
Tomographievorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kopf (108) mindestens ein Einlass (148) einer Fluidzuführungseinrichtung angeordnet ist.
Tomographievorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (108) eine Wärmeabgabeeinrichtung (136) aufweist, an welche der mindestens eine Wärmestrahler (130) wärmeleitend-wirksam gekoppelt ist.
Tomographievorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (108) domförmig ausgebildet ist.
Tomographievorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (108) eine Kopfebene (152) aufweist, welche parallel zu einer Fensterebene (126) des Strahlungsfensters (124) ist, und dass eine Probe (118) in dem Ofen (102) beabstandet zu der Kopfebene (152) positioniert ist, wobei der mindestens eine Wärmestrahler (130) so angeordnet ist, dass er nicht über die Kopfebene (152) in Richtung der Probe (118) hinausragt.
Tomographievorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (102) einen Behälter (104) aufweist, an welchem der Kopf (108) angeordnet ist, und dass an dem Behälter (108) mindestens ein Auslass (150) einer Fluidabführungseinrichtung angeordnet ist und insbesondere an einer Seitenwandung (106) des Behälters (104) angeordnet ist.
Tomographievorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Wärmestrahlern (130), welche um die Drehachse (112) verteilt angeordnet sind, wobei insbesondere die Drehachse (112) eine mindestens näherungsweise Symmetrieachse (114) für die verteilte Anordnung ist.
Tomographievorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Probenhalter (116) mindestens ein Temperatursensor zugeordnet ist.
Tomographievorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen Flansch, welcher an dem Ofen (102) angeordnet ist.
Verwendung der Tomographievorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche zur Untersuchung von thermochemischen Prozessen und insbesondere von Ablationsprozessen, wobei insbesondere eine zeitaufgelöste Untersuchung durchgeführt wird.