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"Vorrichtung zur Bestimmung von Wasserstoff in festen Stoffen" Gegenstand
vorliegender Anmeldung ist eine Vorrichtung zur Bestimmung von Wasserstoff und anderen
Gasen, die durch Glühen von festen Proben extrahiert, abgesaugt und analytisch bestimmt
werden.
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Die genaue analytische Bestimmung von Wasserstoff in festen Materialien
hat in. der Technik eine große Bedeutung, da die Materialeigenschaften, insbesondere
Festigkeit, durch den in ihnen enthaltenen Wasserstoff stark beeinflußt werden.
Es ist durch die Schweizer Patentschrift 370 260 bekannt, die Bestimmung derart
durchzuführen, daß eine Probe in einem von vier Luft abgeschlossenen, evakuierten
Raum geglüht wird, wobei der in ihr enthaltene Wasserstoff, ohne daß die Probe schmilzt,
nach außen diffundiert. Der Wasserstoff wird hierauf abgesaugt, gesam:e:@.t und
nach verschiedenen Verfahren be-Rt-_mp-t, z.B. durch Sammeln mittels einer Gassammelpumpe
und Ausmessung des Volumens. Dies ist in vielen Fällen möglich,
| wNmin von der geglühten Probe zum Hauptteil nur Wasserstoff |
| :gegeben wird. Eine soIche Art der Bestimmung ist in der |
Schweizer Patentschrift 329 860 beschrieben. Eine Gassammel-.pumpe
bewirkt eine quantitative Überführung der beim Glühen von der Probe abgegebenen
Gase in den Trägergasstrom eines Gaschromatographen, wo die Zusammensetzung der
abgesaugten Gase angezeigt wird und deren Wasserstoffanteil genau bestimmt werden
kann.
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Die Probe wird zum Zwecke der raschen und vollkommenen Extraktion
des in ihr enthaltenen Wasserstoffs auf möglichst hohe Temperatur erhitzt (z.B.
300 bis 550°C bei Aluminium, bis 1100°C bei Stahl). Der Erhitzung@ist jedoch nicht
nur vom Schmelzpunkt des Materials eine Grenze gesetzt, sondern vor allem dadurch,
daß bei höheren Temperaturen eine Sekundärausbildung von Wasserstoff auftritt, die
durch die Reaktion von Wasserdampf und Öldämpfen mit der Probe oder dampfförmigen
Produkten der Probe entsteht. Der Sekundär-Wasserstoff verfälscht das analytische
Ergebnis oft zur vollkommenen Unbrauchbarkeit, insbesondere, wenn es eich um Proben
handelt, die mit geringsten Spuren von Dämpfen, welche sich im Vakuumraum
p:aktisch immer befinden, reagieren. Die Sekundärausbildung von Wasserstoff entsteht
z.B. besonders stark bei Aluminium und dessen Legierungen, bestimmten Chromstahlsorten,
Messing usw. Aus diesem Grunde ist vorgeschlagen worden, z.B. Aluminiumproben in
Glas- oder Quarzrohre einzuschmelzen, sie unter vollkommenem Abschluß über mehrere
Stunden auf etwa 400°C zu erhitzen, wobei der Wasserstoff in den Hohlraum zwischen
Probe und Behälter entweicht: Schließlich wird der Behälter nach dessen Abkühlung.in
einem abgeschlossenen Raum zertrümmert und der sich im Hohlraum zwischen
Probe und Schutzhülle angesammelte Wasserstoff abgesaugt und analytisch bestimmt.
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Eine Arbeitsweise, bei der Proben in Schutzgefäße eingeschmolzen werden
müssen, ist kompliziert und benötigt mehxere Stunden - ihr Vorteil ist, daß eine
Reaktion der Probe
mit Dämpfen aus dem Vakuumraum während der Glühung
verhindert wird.. Da aber der Wasserstoff nicht ständig abgesaugt wird, bleibt ein
kleiner, unbestimmbarer Restanteil in der Probe und geht der Messung verloren.
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Ein anderer bekannter Weg, um die Reaktion von Dämpfen aus dem Vakuumraum
der Vorrichtung mit der Probe zu verhindern, beruht darauf, daß zwischen Probeglühraum
und Absaugung eine Kühlfalle gesetzt wird. Die üblicherweise angewendeten Kühlfallen
bringen jedoch in den analytischen Ablauf gewisse Schwierigkeiten, indem zum Herausnehmen
der Probe oder zum Einsetzen einer neuen Probe der Glühraum belüftet werden muB.
Durch die Belüftung gelangt in den Glühraum wieder mehr oder weniger Wasserdampf,
insbesondere begünstigt dadurch, daß dessen Oberfläche oft durch die vorherige Glühung
aktiviert ist,' oder sich an der Oberfläche gewisse Niederschläge gebildet haben,
die von der Probe stammen und die ebenfalls begierig Luftsauerstoff und Luftfeuchtigkeit
an sich reißen. Daher hat die Anwendung von Kühlfallen, trotz der analytisch hohen
Genauigkeit, bisher in der Praxis bei Routineuntersuchungen keinen Eingang gefunden
und wird lediglich bei wissenschaftlichen, exakten Wässerstoffbestimmungen eingesetzt.
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Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, diesen Nachteil
durch die Schaffung einer Vorrichtung mit einer Kühlfalle zu beheben, bei welcher
es möglich ist, Proben über diese in den Glühraum zu bringen, ohne daß dieser belüftet
werden muß. Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß der Glühraum mit dem Vakuumraum
durch eine Rohrschleife verbunden ist, wobei die Rohrschleife zusammen mit dem Glühraum
um die Achse K, Y drehbar angeordnet ist.
| Vorrichtung kann so ausgebildet sein, d--i.'3 eine Lagerung |
| vorgesehen ist, rirelche es ermöglicht, die 'dorr@.c::'?::@g
@; ähr:nd |
| dis Einschleusens von Proben um eine Achse u |
| kenn die Vorrichtung so ausgebildet sein, da-: c- |
| schleuse in Vakuuril-diclitun#-.;en um die @cr,@- .X,
ir di°rhbar i,:-~. |
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt:
Die in der Vorrichtung befindliche .Luft wird im Hauptvakuumblock 1 mit Hilfe der
Diffusionspumpe 2 abgesaugt. Der Hauptvakuumblock 1 steht mit dem Einschleusbloek
3 über eine drehbare Vakuumdichtung 4 in Verbindung. Die Vakuumschleuse 5,
welche über die Dichtung 6 an den Vakuumblock 3 dicht angeschlossen ist,
besitzt einen VerschluB 7, welcher 'durch die Dichtung 8 gegen den Vakuumraum 17
abgeschlossen wird. Der Yerschluß 7 kann mit Hilfe der Stange 9 hochgezogen werden,
die ihrerseits über die Dichtungen 10, 33, 34 abgedichtet ist. Über den Einführungsstutzen
11 kann nach Abnehmen des. Verschlußstopfens 12, welcher durch die Dichtung 13 seinerseits
gedichtet ist, eine Probe 14 in die Vakuumschleuse 5 gebracht werden. Nach Schließen
der Vakuumschleuse 5 mittels des Stopfens 12 wird das Ventil 15 geöffnet und die
Vakuumschleuse 5 mit Hilfe einer Vakuumpumpe 16 evakuiert. Sodann wird das Ventil
15 geschlossen und der Verschluß 7 mit Hilfe der Stange 9 geöffnet, so daß die.Probe
14 in den Vakuumraum 17 einfallen kann und eich an der Stelle 141 befindet. Der
Verschluß 7 wird nun wieder geschlossen. Besteht die Probe aus magnetischem Material,
so kann dieselbe mit Hilfe eines Magneten in die Rohrschleife 18 befördert werden.
Die Probe . 14 rutscht dann in dieser Rohrschleife nach abwärts an die Stelle 142.
Da die. Rohrschleife 18 sowohl über die Dichtung 19, als auch über die dichtende
Lagerung 4 um die Achse X,Y drehbar ist, kann die Probe 14 in den Glühraum 20 durch
Hochdrehen dieser Rohrschleife befördert werden. Die Probe 14 befindet sich dann
im Glühraum an der Stelle 143. Der Glühraum 20 ist an der Stelle 21 mit der Rohrschleife
18 durch Verschmelzen oder über einen mit Vakuumfett gedichteten Schliff .verbunden.
Nacherfolgter Einführung der Probe in den 'lühraun 20 wird die Rohrschleife 18 nach
abwärts gedreht und die Kühl: .falle 23, welche. mit Kühlmittel 24, z.B. flüssigem
Stickstoff, gefüllt ist, über diese aufgeschoben, wie in der Zeichnung
dargestellt.
Der Glühraum 20 wird mit Hilfe eines Rohrglühofens 22 auf die erforderliche Temperatur:
200 bis 1200°C gebracht. Der von der Probe 14 abgegebene Wasserstoff oder auch gewisse
andere Gase, die beim Glühen unter Vakuum freigesetzt werden, können über die Rohrschleife
18 sowie den Vakuumraum 17 und den Raum 25 mit Hilfe der Diffusionspumpe 2 abgesaugt
und analytisch bestimmt werden.
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Im vorliegenden Beispiel ist schematisch eine Bestimmung der Gase
mittels Gaschromatograph 29 dargestellt. Die Arbeitsweise ist in diesem Falle folgende:
die Gase werden in einem Sammelraum 261 einer Sammelpumpe 26 gesammelt und. von
da in den Trägergasstrom 27, 28 eines Gasohromatographen 29 überführt, an dessen
Schreiber 30 Menge und Zusammensetzung der Gase abgelesen werden können.
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Zur besseren quantitativen Ausbringung -der Gase kann über eine Zuleitung,
bzw. über ein Ventil 31 mit etwas Argon oder einem anderen inerten Gas nachgespült
werden. Die quantitative Erfassung der von der Probe abgegebenen Gase kann selbstverständlich
auch auf andere Art erfolgen, indem z.B. statt der Sammelpumpe ein Mc Leod, ein
Massenspektrograph, oder sonst eine geeignete analytische Bestimmungsart angewendet
werden Nachdem die Probe 14 fertig extrahiert worden ist, wird sie mit Hilfe eines
Magneten zurück in die Rohrschleife 18 geführt, so daß sie sich wieder an der Stelle
142 befindet. Die Kühlfalle 23 wird entfernt und die Rohrschleife 18 nach aufwärts
gedreht, so daß die Probe aus ihr herausrutscht und an die Stelle 141 zu liegen
kommt. Der Einschleusblock 3 mit Vakuumschleuse 5 wird nun um die Achse X, Y nach
abwärts gedreht und der Verschluß 7 geöffnet, so daß die Probe 14 in den Stutzen
11 gelangt. Nun wird Verschluß 7 wieder geschlos-.
| gen und Stopfen 12 geöffnet; so daß die Probe aus der Vor- |
| .°i.chtung herausfällt. Anschließend wird Einschleusblock 3
mit |
| °@x@=Äuiischleuse 5 in die aufrechte Stellung (wie gezeichnet) |
| gebracht und'die nächste Probe kann eingeschleust werden.- |
Da man es oft mit nichtmagnetischem Probematerial zu .tun hat,
ist es notwendig und zweckmäßig, die ganze Vorrichtung.in. einer Lagerung 36 kippbar
zu gestalten. Dadurch wird es möglich, nach dem Einschleusen einer Probe die Vorrichtung
mit der Rohrschleife 18 um die Achse 32 nach abwärts zu kippen, so daß die Probe
14 in die Rohrschleife 18 gleitet.
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Beim Ausschleusen wird ;tie folgt vorgegangen: Die ganze Vorrichtung
wird mit der Rohrschleife 18 nach aufwärts schräg gestellt, so daß die Probe 14
aus dem Glühraum 20 in die Rohrschleife 18 zurückrutscht und sich an 'der Stelle
142 befindet, die Kühlfalle 23 wird entfernt und die Rohrschleife 18 nach oben gedreht,
so daß die Probe 14 in den Raum 17 an die Stelle 141 rutscht.
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Zum Ausschleusen der Probe wird der Einschleusblock 3 mit der Vakuumschleuse
5, wie vorher beschrieben, nach abwärts gedreht und alles weitere analog, wie vorher
beschrieben, durchgeführt. Nach dem Ausschleusen wird die gesamte Vorrichtung wieder
in horizontale Stellung gebracht und die nächste Probe kann, wie vorher beschrieben,
eingeschleust werden.
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Es .ist auch möglich, die Diffusionspumpe 2 über die Lagerung 36 über
drehbare Dichtungen an das Vakuumsystem der Vorrichtung anzuschließen. Dies hat
den Vorteil, daß die Diffusionspumpe 2 bei der Kippung der Apparatur in senkrechter
Stellung bleiben kann.
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Die Durchführung der Wasserstoffbestimmung mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist in wesentlich kürzerer Zeit und einfacher durchführbar und schaltet
die Möglichkeit der Aufgasung des Glühraumes durch Belüftung aus, dadurch muß dieser
nicht für jede neueingeführte Probe gereinigt werden.
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Ein weiterer Vorteil ist noch gegeben, daß der Glühraum mit der'Rohrschleife
durch Anschmelzen direkt verbunden werden
kann, somit auch keinerlei
Fettspuren vorhanden sind, wie dies z. B. durch einen mit Fett gedichteten Schliff
zwischen Glühraum und Kühlfalle, welcher bei bekannten Vorrichtungen immer notwendig
ist, der Fall ist.
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Das Ein- und Ausführen der Probe läßt sich in 2 bis 4 Minuten durchführen,
wobei die analytische Genauigkeit, da der Glühraum nicht belüftet wird, höchsten
Anforderungen entspricht. Die Analysenzeit (30 - 60 Minuten) bei bisher benutzten
Vorrichtungen wird von der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung so herabgesetzt,
daß sich daraus ein erheblicher technischer und wirtschaftlicher Fortschritt ergibt.
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