DE19815827A1 - Vorrichtung zur Untersuchung thermischer Vorgänge an Werkstoffproben - Google Patents
Vorrichtung zur Untersuchung thermischer Vorgänge an WerkstoffprobenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung thermischer
Vorgänge an Werkstoffproben, bei denen mit einem Mikroskop Vorgänge in
einer beheizbaren Einrichtung beobachtet werden.
Zur Beobachtung thermischer Vorgänge werden Heiztischmikroskope
angewendet, die auf kommerziellen Präzisionsmikroskopen basieren. Nach
DE 35 11 165 ist ein derartiges Mikroskop bekannt, das mit speziellen
beheizbaren Probenkammern ausgerüstet ist. Nachteilig ist dabei, daß zur
thermischen Entlastung des Mikroskops und infolge der geringen Schärfen
tiefe nur kleine Proben bis ca. 100 mm2 einsetzbar sind. Derartige Heiztisch
mikroskope sind nur für vertikale Beobachtungen geeignet.
Für viele thermische Untersuchungen ist jedoch eine horizontale Beobach
tung vorteilhaft oder sogar vorgeschrieben, beispielsweise bei der Bestim
mung des Asche-Schmelzverhaltens. Dieser Einsatzfall kann nach dem Stand
der Technik nur durch den Einsatz einer vom Heiztischmikroskop völlig
unabhängigen Gerätes erfolgen. Hierfür werden handelsüblich Erhitzungsmi
kroskope angeboten. Bei diesen Geräten sind die Komponenten wie Ofen,
Optik, Beleuchtung und Auswerteeinrichtung auf einer optischen Bank
verschiebbar angeordnet. Diese Geräte sind ausschließlich für einen horizon
talen Betrieb einsetzbar.
Sowohl für Heiztischmikroskope als auch für Erhitzungsmikroskope ist eine
elektronische Bildaufnahme und -weiterverarbeitung bekannt. In "Mitteilun
gen für Wissenschaft und Technik", Dez. 1990 wird von G. DEN DULK
ausführlich zu dieser Thematik referiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art anzugeben, die sowohl eine senkrechte als auch waagerechte
Beobachtungsmöglichkeit gestattet.
Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß an einem
Hochtemperaturofen Beleuchtungsbaugruppen für Durchlicht und/oder
Auflicht sowie eine Videokamera mit dem optischen System fest verbunden
sind und der Hochtemperaturofen mit diesen Baugruppen gemeinsam um
eine horizontale Achse schwenkbar ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher
erläutert.
In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und
Fig. 2 die Positionierung des Tiegels im Hochtemperaturofen.
Durch die starre Verbindung der Beobachtungs- und Beleuchtungsbaugrup
pen (5), (11) mit dem kippbaren Hochtemperaturofen (1) wird es möglich,
sowohl in horizontaler und vertikaler als auch in allen Zwischenlagen unein
geschränkt thermische Prozesse zu beobachten und aufzuzeichnen. Das
optische System (12) besteht aus schaltbaren Einzelsystemen gleicher Brenn
weite mit unterschiedlicher Vergrößerung. Dadurch wird für jede Vergröße
rung ein scharfes Bild sichergestellt, ohne die Position von Probe (22) oder
Videokamera (2) ändern zu müssen. Das optische System gewährleistet
weiterhin, daß bei den eingesetzten großen Proben jederzeit sowohl
Übersichts- als auch Detailaufnahmen möglich sind. Beim Schmelzen von
Proben (22) z. B. von Glas im Hochtemperaturprozeßmikroskop und die
Halterung dieser Schmelzen in transparenten Tiegeln (21) ist die Beobach
tung und Aufzeichnung mannigfaltiger Vorgänge wie Entgasungs-, Entmi
schungs- und Kristallisationsvorgänge möglich.
Mit dem Hochtemperaturprozeßmikroskop wird es ermöglicht, daß einer
seits genormte Werkstoffprüfungen wie z. B. die Bestimmung des Asche-
Schmelzverhaltens und andererseits allgemeine thermische - insbesondere
verschiedene wissenschaftliche - Untersuchungen mit ein und derselben
Vorrichtung durchgeführt werden können. Insbesondere der Einsatz großer
Proben gestattet es, bei den thermischen Reaktionen in Oberflächen- oder
Volumeneffekte zu unterscheiden. Die Anwendung eines Videoaufzeich
nungssystems (17) und eines Personalcomputers (18) mit spezieller Software
gewährleisten die Online-Wiedergabe der Hochtemperaturprozesse, deren
Speicherung und Archivierung sowie die nachträgliche Prozeßauswertung.
Fig. 1 zeigt den Aufbau des Hochtemperaturprozeßmikroskops. Die
Beobachtung im Hochtemperaturofen (1) erfolgt mit einer Videokamera (2),
die im Zusammenspiel mit dem optischen System (12) und der Auf- (11) und
Durchlichtbeleuchtung (5) die Veränderungen an der Probe (22) erfaßt.
Diese Baugruppen stellen das eigentliche Grundgerät dar. Der Hochtempe
raturofen (1) wird elektrisch beheizt und erreicht eine maximale Temperatur
von 1600°C. Zur Erreichung hoher Präzision bei dynamischen Prozessen,
zur Verhinderung des Überschwingens und zum stabilen Arbeiten in den
Haltsphasen wird ein selbstoptimierender Programmregler (14) eingesetzt.
Die Prozeßtemperatur selbst wird in unmittelbarer Nähe der Probe mit einem
Thermoelement (9) gemessen, direkt ins Videosignal eingeblendet (16) und
zusammen mit den Prozeßbeobachtungen mittels Videoaufzeichnungssystem
(17) auf einem Videoband gespeichert.
Das Grundgestell (3) nimmt wesentliche Teile auf, die zur Prozeßführung
und Beobachtung der Probe (22) notwendig sind. In das Grundgestell (3) ist
auch der Hochtemperaturofen (1) eingehängt. Er ist durch zwei Halbachsen
gelagert und läßt sich um 90 schwenken. Zwei Feststeller (8) sichern den
Hochtemperaturofen (1) in den bevorzugten vertikalen und horizontalen
Endlagen und allen Arbeitslagen des Schwenkbereiches. Der untere
Kühlkopf (4.2) kühlt das keramische Arbeitsrohr (23) des
Hochtemperaturofens (1) am unteren Ende und sichert es in seiner Lage.
Der untere Kühlkopf (4.2) schützt außerdem die Durchlichtbeleuchtung (5)
vor Überhitzung. Der obere Kühlkopf (4.1) dient zur Kühlung des Arbeits
rohres (19) am oberen Ende sowie zur Befestigung von Wärmeschutzein
richtung (10) und Prozeßthermoelement (9). Sowohl der obere Kühlkopf
(4.1) als auch die Wärmeschutzeinrichtung (10) schützen die Videokamera
(2) wirksam vor aufsteigender Wärme. Die Stromversorgung (6) stellt die
Arbeitsspannung für die Videokamera (2) bereit. Über eine regelbare
Kaltlichtquelle (7) und ein Lichtleitkabel (13) wird das Auflicht in das
jeweils eingeschaltete optischen System (12) eingekoppelt. Die Brennweiten
der fünf verwendeten Einzelsysteme sind konstant und betragen 800 mm.
Damit wird jederzeit eine präzise Beobachtung der Probe (22) in der tempe
raturstabilen Zone des Hochtemperaturofens (1) erreicht, ohne die Position
der Videokamera (2) verändern zu müssen. Fig. 2 zeigt die Positionierung
einer Probe (22) im Arbeitsrohr (23) mittels transparentem Tiegel (21) und
Probenhalter (20) in dieser ca. 30 cm langen temperaturstabilen Zone. Die
Tiegel (21) sind vorzugsweise aus Saphir, haben einen Durchmesser von 40
mm und können je nach Aufgabe bis zu 10 cm hoch sein.
Claims (3)
1. Vorrichtung zur Untersuchung thermischer Vorgänge an Werkstoffpro
ben (22), bei denen mit einem Mikroskop Vorgänge in einer beheizbaren
Einrichtung beobachtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß an einem
Hochtemperaturofen (1) Beleuchtungsbaugruppen für Durchlicht (5)
und/oder Auflicht (11) sowie eine Videokamera (2) mit optischem System
(12) fest verbunden sind und der Hochtemperaturofen (1) mit diesen
Baugruppen gemeinsam horizontal schwenkbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im
Hochtemperaturofen (1) transparente temperaturbeständige Tiegel (21) zur
Aufnahme der Werkstoffproben (22) verwendet werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im
Hochtemperaturofen (1) ein hermetisch abgedichtetes Arbeitsrohr (23)
angeordnet ist, in dem sich die Werkstoffprobe (22) befindet und in dem mit
einem Vakuumsystem (19) ein Vakuum erzeugt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998115827 DE19815827A1 (de) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | Vorrichtung zur Untersuchung thermischer Vorgänge an Werkstoffproben |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998115827 DE19815827A1 (de) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | Vorrichtung zur Untersuchung thermischer Vorgänge an Werkstoffproben |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19815827A1 true DE19815827A1 (de) | 1999-10-14 |
Family
ID=7864044
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998115827 Withdrawn DE19815827A1 (de) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | Vorrichtung zur Untersuchung thermischer Vorgänge an Werkstoffproben |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19815827A1 (de) |
Citations (7)
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- 1998-04-09 DE DE1998115827 patent/DE19815827A1/de not_active Withdrawn
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5- 34080 A.,M-1432,June 18,1993,Vol.17,No.322 * |
JP Patents Abstracts of Japan: 5-133686 A.,M-1481,Sep. 17,1993,Vol.17,No.517 * |
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