DE19851501C1 - Sample changer stores, selects individually optimized values for voltage, current and time intervals for magnetic field generating device electromagnet current for each sample holder type - Google Patents
Sample changer stores, selects individually optimized values for voltage, current and time intervals for magnetic field generating device electromagnet current for each sample holder typeInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Probenwechsler zum rechnergesteuerten Wech seln von ferromagnetischen Probenhaltern eines Röntgenanalysegeräts mit tels eines beweglichen Probenaufnehmers, der eine magnetfelderzeugende Einrichtung enthält, wobei die Probenhalter durch den Probenaufnehmer in einer Greif- und Haltephase in einer ersten Position magnetisch gegriffen und gehalten und in einer Ablegephase in einer zweiten Position abgesetzt wer den können.The invention relates to a sample changer for computer-controlled change with ferromagnetic sample holders of an X-ray analyzer means of a movable sampler that generates a magnetic field Contains device, the sample holder by the sample in a gripping and holding phase in a first position magnetically gripped and held and placed in a discard phase in a second position that can.
Ein Probenwechsler der oben genannten Art ist bekannt aus der DE 43 19 061 C2.A sample changer of the type mentioned above is known from the DE 43 19 061 C2.
Der bekannte Probenwechsler verwendet einen Probenaufnehmer, der in Verbindung mit ferromagnetischen Proben oder Probenbehältern einen Mag neten zum Aufnehmen der Proben enthält. Weitere Details sind der Druck schrift nicht zu entnehmen. Der Probenwechsler ist ebenfalls kurz beschrie ben in der Druckschrift Analusis Magazine, 1992, Vol. 20, No. 8, S. 1148-1150.The known sample changer uses a sampler, which in Connection with ferromagnetic samples or sample containers a mag contains nets for taking the samples. Further details are the print font not to be extracted. The sample changer is also briefly described ben in Analusis Magazine, 1992, Vol. 20, No. 8, pp. 1148-1150.
Entsprechende Probenwechsler wurden ab dem Jahr 1993 von der Firma Siemens Analytical X-Ray Systems, Karlsruhe, als Zubehör für Röntgenfluo reszenzspektrometer vertrieben. Die dadurch bekannt gewordenen Proben aufnehmer enthalten insgesamt vier Permanentmagnete, die so angeordnet sind, daß sie mit der Oberfläche eines ringförmigen, ferromagnetischen Pro benhalters in Kontakt gebracht werden, wodurch der Probenhalter mit der Probe sicher aufgenommen und transportiert werden kann. Zur Ablage ist eine mechanische Abstreifvorrichtung vorgesehen, die den Probenaufnehmer mit den vier Permanentmagneten vom ringförmigen Probenhalter abdrückt, so daß der Probenhalter nicht mehr am Probenaufnehmer haftet.Corresponding sample changers have been used by the company since 1993 Siemens Analytical X-Ray Systems, Karlsruhe, as an accessory for X-ray fluos resence spectrometer sold. The samples that became known transducers contain a total of four permanent magnets arranged in this way are that they are with the surface of an annular, ferromagnetic Pro be brought into contact, whereby the sample holder with the Sample can be safely picked up and transported. For filing is a mechanical stripping device is provided which the sampler with the four permanent magnets from the ring-shaped specimen holder, see above that the sample holder is no longer liable to the sample holder.
Allgemein sind weitere Probenwechsler für Röntgenanalysesysteme bekannt, die mechanische Greifmechanismen verwenden, die mechanisch, pneuma tisch oder elektromagnetisch betrieben werden.In general, further sample changers for X-ray analysis systems are known, use the mechanical gripping mechanisms, the mechanical, pneuma be operated table or electromagnetic.
Die DE 38 41 961 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Wechseln von Mikro testplatten. Diese sind in Plattenträger eingesetzt, die wiederum in einer Plattenhalterung durch einen schaltbaren Elektromagneten und ein Eisen plättchen gehalten werden.DE 38 41 961 A1 describes a device for changing microphones test plates. These are used in plate carriers, which in turn are in one Plate holder by a switchable electromagnet and an iron platelets are held.
Die DE 36 20 970 A1 offenbart Haltevorrichtungen für Fotomasken, die unter Vakuum oder im Schutzgas positionsgenau fixiert werden müssen. In einem vorgeschlagenen Ausführungsbeispiel werden ferromagnetische Teile der Maskenhalterung bzw. des Maskenrahmens durch einen kurzen Strompuls durch einen Elektromagneten aufmagnetisiert, so daß die Maske anschließen stromlos fixiert ist. Zum Lösen werden die ferromagnetischen Teile durch ei nen abklingenden Wechselstrom durch den Elektromagneten entmagnetisiert.DE 36 20 970 A1 discloses holding devices for photo masks that are under Vacuum or in the protective gas must be fixed precisely. In one Proposed embodiment are ferromagnetic parts of the Mask holder or the mask frame by a short current pulse magnetized by an electromagnet so that the mask connect is fixed without current. To release the ferromagnetic parts by ei a decaying alternating current is demagnetized by the electromagnet.
Der eingangs genannte bekannte Probenwechsler, der Permanentmagnete verwendet, weist einige Nachteile auf. Die Anordnung der Permanentma gnete gestattet es nur, ringförmige Probenhalter mit einem definierten Ringdurchmesser aufzunehmen. Für andere Durchmesser muß zumindest das Teil des Probenaufnehmers, das die Magnete enthält, ausgewechselt werden. Die magnetischen Kräfte sind nur an einen bestimmten Probenhalter optimal angepaßt. Für andere Probenhalter, insbesondere anderer Masse, ist der Greif- und Abstreifvorgang nicht so zuverlässig bzw. nicht möglich. Die Permanentmagnete erzeugen dauernd ein Magnetfeld, was u. U. den manu ellen Umgang mit den Proben oder den Spektrometerbetrieb stört. Ein sehr störendes Problem ist jedoch auch, daß die ferromagnetischen Probenhalter durch die Permanentmagnete remanent aufmagnetisiert werden, was dazu führen kann, daß sie aneinander oder an weiteren ferromagnetischen Kom ponenten haften bleiben. Zudem können beim Betrieb eines Röntgenspek trometers die magnetischen Streufelder der teilweise aufmagnetisierten Pro benhalter die empfindliche Röntgenröhre stören. Zeitweise ist man daher da zu übergegangen, die Probenhalter in besonderen Einrichtungen regelmäßig zu entmagnetisieren.The known sample changer mentioned at the beginning, the permanent magnet used has some disadvantages. The arrangement of the permanentma gnete only allows ring-shaped sample holders with a defined Record ring diameter. For other diameters at least replace the part of the sampler that contains the magnets become. The magnetic forces are only on a specific sample holder optimally adapted. For other sample holders, in particular of different mass, the gripping and stripping process is not as reliable or not possible. The Permanent magnets continuously generate a magnetic field, which u. U. the manu interferes with sample handling or spectrometer operation. A very Another problem is that the ferromagnetic sample holder magnetized remanently by the permanent magnets, what to do with it can lead to each other or to other ferromagnetic com components stick. In addition, when operating an X-ray spec trometers the magnetic stray fields of the partially magnetized Pro disrupt the sensitive X-ray tube. At times you are there to pass the sample holder in special facilities regularly to demagnetize.
Es besteht daher der Bedarf nach einem Probenwechsler der eingangs ge nannten Art mit einem Probenaufnehmer, der für unterschiedliche Proben haltertypen geeignet ist, im Ruhezustand keine Magnetfelder erzeugt und der die ferromagnetischen Probenhalter nicht bleibend aufmagnetisiert.There is therefore a need for a sample changer at the outset named type with a sampler that is used for different samples holder type is suitable, generates no magnetic fields in the idle state and the the ferromagnetic sample holder is not permanently magnetized.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die magnetfelderzeugende Einrichtung einen Elektromagneten mit einer von einem Rechner gesteuerten Strom quelle umfaßt und der Probenhalter zum Wechseln unterschiedlicher Proben haltertypen eingerichtet ist und der Rechner derart programmiert ist, daß in Abhängigkeit vom jeweiligen Probenhaltertyp individuell optimierte Werte für Spannungen, Ströme und Zeitintervalle für den Strom durch den Elektroma gneten gespeichert sind, welche beim Wechsel des Probenhaltertyps einge stellt werden, so daß in der Greif und Haltephase ein Strom durch die Wick lung des Elektromagneten fließt, der jeweils so groß ist, daß die vom Elek tromagneten erzeugte magnetische Flußdichte sicher ausreicht, den ferroma gnetischen Probenhalter an den Probenaufnehmer anzupressen und zu hal ten und daß in der Ablegephase ein abklingender Wechselstrom durch die Wicklung des Elektromagneten fließt, wodurch der ferromagnetische Proben halter entmagnetisiert wird.The object is achieved in that the magnetic field generating device an electromagnet with a current controlled by a computer source and the sample holder for changing different samples holder types is set up and the computer is programmed so that in Depending on the respective sample holder type, individually optimized values for Voltages, currents and time intervals for the current through the electroma saved, which are switched on when changing the sample holder type are so that in the gripping and holding phase a current through the wick tion of the electromagnet flows, which is so large that the elec magnetic flux density generated by the tromagneten is certainly sufficient, the ferroma to press and hold the magnetic sample holder on the sample ten and that a decaying alternating current through the Winding of the electromagnet flows, causing the ferromagnetic samples holder is demagnetized.
Die Probenhalter und auch die ferromagnetischen Teile des Elektromagneten werden individuell optimiert magnetisiert und dann durch denselben Elektro magneten entmagnetisiert, mit dem die Probenhalter aufgenommen werden. The sample holder and also the ferromagnetic parts of the electromagnet are individually magnetized and then optimized using the same electrical system magnet demagnetized, with which the sample holder is picked up.
Sie werden nach jedem Transportvorgang gezielt entmagnetisiert und können damit keine störenden Streufelder entwickeln. Die optimalen Spannungen, Ströme und Zeitintervalle für den Strom durch den Elektromagneten werden in Abhängigkeit vom jeweiligen Probenhaltertyp optimiert und im Rechner eingespeichert. Bei Wechsel des Probenhaltertyps können die neuen Para meter entweder manuell aufgerufen oder, z. B. über Bar Codes, nach automa tischer Zuordnung des Probenhalters automatisch eingestellt werden. Damit kann in weiten Grenzen der Wechselvorgang an unterschiedliche Proben halter rein elektrisch und rechnergesteuert angepaßt werden. Dies betrifft insbesondere ringförmige Probenhalter mit etwa gleichem Ringdurchmesser aber unterschiedlicher Masse.They are specifically demagnetized after each transport process and can so that no disturbing stray fields develop. The optimal tensions, Currents and time intervals for the current through the electromagnet optimized depending on the respective sample holder type and in the computer stored. When changing the sample holder type, the new Para meter either called manually or, e.g. B. via bar codes, after automa table assignment of the sample holder can be set automatically. In order to the change process to different samples can be carried out within wide limits holder can be adapted purely electrically and computer-controlled. this concerns in particular ring-shaped sample holders with approximately the same ring diameter but different mass.
Vorzugsweise ist in einer Ruhephase der Strom durch die Wicklung zumin dest näherungsweise Null.The current through the winding is preferably cut off in a rest phase least approximately zero.
Dadurch erzeugt auch der Greif- und Haltemagnet im Ruhezustand keine stö renden Streufelder.As a result, the gripping and holding magnet also generates no interference in the idle state stray fields.
Der Elektromagnet ist vorzugsweise ein Topfmagnet. Dies Form ist beson ders an die im allgemeinen ringförmigen ferromagnetischen Probenhalter an gepaßt.The electromagnet is preferably a pot magnet. This form is special to the generally ring-shaped ferromagnetic sample holder fit.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform mit einem Gleichstrom- Haftmagneten, die in guter Qualität kommerziell erhältlich sind, wodurch sie preiswert an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden können. Solche Haftmagnete werden z. B. von der Firma Thoma Magnettechnik, Donaue schingen, vertrieben und sind in deren entsprechendem Prospekt (Edition 97) dargestellt und beschrieben. Grundsätzlich können die Elektromagnete aber auch in der Greif- und Haltephase mit Wechselstrom betrieben werden, falls entsprechende Stromquellen eher zur Verfügung stehen. Bei den Analysege räten der Anmelderin ist die Verwendung von Gleichstrom technisch einfacher umzusetzen und wird daher bevorzugt. An embodiment with a DC current is particularly preferred. Holding magnets that are commercially available in good quality, making them can be inexpensively adapted to the respective requirements. Such Holding magnets are used e.g. B. from the company Thoma Magnettechnik, Donaue swing, distributed and are in their corresponding brochure (Edition 97) shown and described. Basically, the electromagnets can can also be operated with alternating current in the gripping and holding phase, if appropriate power sources are more readily available. With the analysis advice of the applicant, the use of direct current is technically simpler to implement and is therefore preferred.
Vorzugsweise wird die Stromstärke durch den Elektromagneten über Puls dauermodulation, i. a. mit Frequenzen zwischen 20 kHz und 150 kHz, einge stellt. Dies ist eine gängige Variante der Stromregelung. Die verhältnismäßig hohe Induktivität der Elektromagneten führt bei diesen Frequenzen dazu, daß der Strom durch die Wicklung stark geglättet wird, so daß man von einem geregelten Gleichstrom ausgehen kann.The current strength through the electromagnet is preferably via pulse continuous modulation, i. a. with frequencies between 20 kHz and 150 kHz poses. This is a common variant of current regulation. The relative high inductance of the electromagnets leads to the fact that at these frequencies the current through the winding is smoothed so that one of regulated direct current can go out.
Die Ablegephase, während der ein Wechselstrom durch die Wicklung ab klingt, dauert vorzugsweise zwischen 0,1 s und 2 s. Dies entspricht einerseits in etwa der mechanischen Ablage, andererseits reicht diese Zeit aus, über hinreichend viele Perioden des Wechselstroms den Probenhalter zu entmag netisieren, insbesondere, wenn die Wechselstromfrequenzen zwischen 20 Hz und 100 Hz, vorzugsweise um 50 Hz liegen. Bei diesen Frequenzen läßt sich das ferromagnetische Material üblicher Probenhalter noch gut umma gnetisieren und zudem ist die Frequenz noch nicht so hoch, daß die Indukti vität des Elektromagneten den Wechselstrom durch die Wicklung in Verbin dung mit Spannungsquellen, die um 40 V liegen, zu sehr begrenzen würde. Die Wechselspannungsamplitude kann ebenfalls über die o. g. Pulsbreiten modulation (die eine viel höhere Taktfrequenz hat) erzeugt werden. Bei den Spektrometern der Anmelderin wird eine (netzunabhängige) 50 Hz-Frequenz ohnehin zum Ansteuern von 50 Hz-Synchronmotoren erzeugt, die hier mit verwendet werden kann.The drop phase, during which an alternating current flows through the winding sounds, preferably lasts between 0.1 s and 2 s. On the one hand, this corresponds about the mechanical filing, on the other hand, this time is sufficient sufficient number of periods of the alternating current to remove the sample holder netize, especially if the AC frequencies between 20 Hz and 100 Hz, preferably around 50 Hz. At these frequencies lets the ferromagnetic material of conventional sample holders still fits well gnetize and also the frequency is not yet so high that the Indukti vity of the electromagnet connect the alternating current through the winding voltage sources that are around 40 V would be too limited. The AC voltage amplitude can also be determined using the above-mentioned. Pulse widths modulation (which has a much higher clock frequency). Both Applicant's spectrometers have a (mains-independent) 50 Hz frequency anyway for driving 50 Hz synchronous motors, which are produced here can be used.
Der Abfall der Wechselspannungsamplitude erfolgt vorzugsweise etwa linear mit der Zeit. Dies ist ein besonders einfach zu erzeugender und zu variieren der Zusammenhang.The drop in the AC voltage amplitude is preferably approximately linear with time. This is a particularly easy to generate and vary the relationship.
Als bisher günstigste Variante haben sich die Gleichstrom-Haftmagnete her ausgestellt. Es ist daher bevorzugt, während der Greif- und Haltephase den Magnetstrom nicht umzupolen. Er kann während dieser Phase konstant ge halten werden. Es kann aber auch in der Greifphase ein etwas höherer Strom verwendet werden, der nach dem sicheren Haften des Probenhalters in der reinen Haltephase wieder etwas abgesenkt wird.The DC holding magnets have been the cheapest option so far issued. It is therefore preferred that during the gripping and holding phase Do not reverse the magnet current. It can remain constant during this phase will hold. However, a somewhat higher current can also occur in the gripping phase be used after the sample holder has been securely attached in the pure holding phase is lowered again somewhat.
Vorzugsweise umfaßt der Elektromagnet ein ferromagnetisches Joch mit ei nem ringförmigen Luftspalt (der natürlich auch ein diamagnetisches Material enthalten kann). Dieser Luftspalt wird dann durch den ebenfalls ringförmigen, ferromagnetischen Probenhalter überbrückt und der magnetische Kreis ge schlossen. Die Durchmesser des Luftspalts und des Probenhalterrings sind aneinander angepaßt. Falls ein Probenhalter mit anderem Ringdurchmesser verwendet werden soll, kann der Elektromagnet durch aufgesetzte, ferroma gnetische, ringförmige Paßstücke daran angepaßt werden, ohne daß es not wendig ist, den gesamten Magneten auszuwechseln. Auch an den Proben haltern können Paßringe angebracht werden, so daß am Probenaufnehmer nichts verändert werden muß, nur die Betriebsparameter sollten neu optimiert werden.The electromagnet preferably comprises a ferromagnetic yoke with an egg an annular air gap (which of course is also a diamagnetic material may contain). This air gap is then bridged ferromagnetic sample holder and the magnetic circuit ge closed. The diameters of the air gap and the sample holder ring are adapted to each other. If a sample holder with a different ring diameter to be used, the electromagnet can be attached by ferroma magnetic, ring-shaped adapters can be adjusted without it it is nimble to replace the entire magnet. Even on the samples Holders can be fitted with fitting rings, so that on the sample holder nothing needs to be changed, only the operating parameters should be re-optimized become.
In einer bevorzugten Variante hat der Elektromagnet eine, vorzugsweise zentrale, Bohrung, die entweder in einer flexiblen Dichtung endet oder an die eine entsprechende flexible Dichtung eines Probenhalters angepreßt werden kann. Dadurch kann ein ferromagnetisches Werkzeug, das auch als "Proben halter" aufgefaßt und im folgenden auch so bezeichnet werden soll, das an seinem anderen Ende eine Saugeinrichtung zum Ansaugen von Probenta bletten umfaßt, magnetisch über die Dichtung angepreßt, gehalten und abge dichtet werden. Über die zentrale Bohrung kann dann in der Saugeinrichtung ein Unterdruck erzeugt werden, was die Probentablette hält. Auf diesem Um weg können auch Proben transportiert werden, die nicht direkt in einem fer romagnetischen Probenhalter gehaltert sind. Die an sich magnetisch arbei tende Probenwechseleinrichtung kann also durch ein einfaches Zwischen stück zu einer umgerüstet werden, die Proben ansaugt. Dies erhöht die Flexi bilität der Anlage weiter. In a preferred variant, the electromagnet has one, preferably central, bore that either ends in a flexible seal or to the a corresponding flexible seal of a sample holder can be pressed can. This allows a ferromagnetic tool, also called a "specimen holder "is conceived and hereinafter also referred to as the at the other end a suction device for sucking in sample tenta blatten includes, magnetically pressed over the seal, held and abge be sealed. The central bore can then be used in the suction device a negative pressure is generated, which holds the sample tablet. On this order samples that are not directly in a fer can also be transported away romagnetic sample holder are held. The magnetic work in itself Tending sample changing device can thus by a simple intermediate to be converted into a piece that sucks in samples. This increases the flexi system.
Der Probenwechsler findet Anwendung in der Röntgenanalytik, d. h. als Zu satz zu einem Röntgenspektrometer oder -diffraktometer.The sample changer is used in X-ray analysis, i.e. H. as Zu set for an x-ray spectrometer or diffractometer.
Der Probenwechsler wird anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The sample changer is based on exemplary embodiments and the drawing explained in more detail. Show it:
Fig. 1 schematischer Aufbau eines Probenwechslers mit Elektromagnet und Rechnersteuerung; Fig. 1 schematic structure of a sample changer with electromagnet and computer control;
Fig. 2 Schnitt durch den Elektromagneten und einen Probenhalter in einer ersten Ausführungsform; Fig. 2 is sectional view of the electromagnet and a sample holder in a first embodiment;
Fig. 3 Schnitt durch den Elektromagneten und einen Probenhalter in einer weiteren Ausführungsform mit einer zusätzlichen Ansaugvorrichtung für Proben; Fig. 3 is sectional view of the electromagnet and a sample holder in a further embodiment with an additional suction device for samples;
Fig. 4 Zeitabhängigkeit des Stroms durch die Wicklung des Elektromag neten. Fig. 4 time dependence of the current through the winding of the Elektromag neten.
Im einzelnen zeigt Fig. 1 schematisch die Komponenten des rechnergesteu erten Probenwechslers 1. In einem Rechner 2, i. a. einem PC, ist ein Proben wechselprogramm gespeichert, das über einen ISA-Bus u. a. eine aus einer Gleichspannungsquelle 3 von 42 Volt versorgte ansteuerbare Stromquelle 4 steuert. Die Einstellung einer gewünschten Stromstärke am Ausgang 4a er folgt in der Stromquelle 4 durch rechnergesteuerte Pulsbreitenmodulation mit einer Taktfrequenz von 100 kHz. Am Ausgang 4a kann dadurch ein langsam (gegen die 100 kHz) variierender Gleichstrom oder ein Wechselstrom erzeugt werden, dessen Frequenz sehr klein ist gegen die Taktfrequenz von 100 kHz. Im vorliegenden Fall sind dies 50 Hz. Der Ausgangsstrom (Gleich- oder Wechselstrom) der Stromquelle 4 wird über Leitungen 5 dem Elektromagne ten 6 des Probenwechslers zugeführt. In einer Ruhephase ist dieser Strom Null, d. h. der Elektromagnet 6 erzeugt kein Magnetfeld. In einer Greif- und Haltephase fließt ein Gleichstrom einer Stärke, die ausreicht, daß die nun vom Magneten 6 erzeugte magnetische Induktion ausreicht, einen ferroma gnetischen Probenhalter aufzunehmen und zu halten. In einer Ablegephase fließt über Leitungen 5 ein mit der Zeit abklingender Wechselstrom, der ge eignet ist, einen ferromagnetischen Probenhalter während oder nach dem Ablegen zu entmagnetisieren. Die exakten Verläufe der Stromstärken wäh rend der Greif- und Haltephase und während der Ablegephase sowie die Dauer dieser Phasen ist für jeden Probenhaltertyp jeweils optimiert, so daß der Vorgang möglichst schnell ablaufen kann, sicher gegriffen und gehalten wird und die Entmagnetisierung ausreicht.In particular, FIG. 1 shows schematically the components of the sample changer rechnergesteu Erten 1. In a computer 2 , generally a PC, a sample change program is stored which controls, inter alia, a controllable current source 4 supplied by a 42 volt DC source 3 via an ISA bus. The setting of a desired current at the output 4 a follows in the current source 4 by computer-controlled pulse width modulation with a clock frequency of 100 kHz. At the output 4 a, a slowly (against the 100 kHz) varying direct current or an alternating current can be generated, the frequency of which is very small compared to the clock frequency of 100 kHz. In the present case, these are 50 Hz. The output current (direct or alternating current) of the current source 4 is supplied via lines 5 to the electromagne 6 of the sample changer. In a rest phase, this current is zero, ie the electromagnet 6 does not generate a magnetic field. In a gripping and holding phase flows a direct current of a strength that is sufficient that the magnetic induction now generated by the magnet 6 is sufficient to receive and hold a ferromagnetic sample holder. In a filing phase, an alternating current that decays with time flows via lines 5 and is suitable for demagnetizing a ferromagnetic sample holder during or after the filing. The exact curves of the currents during the gripping and holding phase and during the depositing phase as well as the duration of these phases is optimized for each sample holder type so that the process can run as quickly as possible, is gripped and held securely and the demagnetization is sufficient.
Fig. 2 zeigt im Schnitt ein Ausführungsbeispiel eines Elektromagneten 106 eines Probenwechslers mit einem ringförmigen, ferromagnetischen Proben halter 107. Die ganze Anordnung ist weitgehend rotationssymmetrisch. Der Elektromagnet 106 umfaßt eine Magnetwicklung 108, die von einem ferroma gnetischen Topf 109 mit einem zentralen Pol 109b umgeben ist. Am Außen mantel 109a des Topfes 109 bzw. an der Stirnseite des zentralen Pols 109b sind im wesentlichen ringförmige, ferromagnetische Paßstücke 110a, 110b angebracht, die einen ringförmigen Luftspalt 111 definieren, der den magneti schen Fluß zwischen Außenmantel 109a und zentralem Pol 109b des Topf magneten unterbricht. Der Luftspalt 111 wird durch den ringförmigen, ferro magnetischen Rand 112 eines Probenhalters 107 überbrückt, wodurch der magnetische Kreis über das ferromagnetische Material des Probenhalters 107 geschlossen wird. Durch die in der Umgebung des Luftspalts wirkenden magnetischen Kräfte wird der ferromagnetische Probenhalter 107 vom Elek tromagneten 106 bei ausreichendem Stromfluß durch die Wicklung 108 ge halten und an die Paßstücke 110a, 110b angepreßt. Im Ausführungsbeispiel ist der Probenhalter 107 relativ groß mit einem großen Durchmesser des fer romagnetischen Rands 112. Dies ist durch die Formgebung der Paßstücke 110a, 110b berücksichtigt. Die verhältnismäßig große Masse des Probenhal ters geht in die Optimierung des zeitlichen Verlaufs des Stromes durch die Wicklung 108 ein. Der Probenhalter 107 ist zur Aufnahme einer relativ großen i. a. als Pulvertablette gepreßten Probe eingerichtet, die dann im unteren Be reich auf dem Rahmen eines Fensters 107a zu liegen kommt. In diesem Fall könnte die "Probe" sogar wieder aus einem kompletten kleineren Probenhal ter bestehen, der in den größeren 107 eingelegt wird. Es versteht sich, daß auch flachere Probenhalter 107 mit gleichem Durchmesser verwendet werden können oder solche mit kleinerem Durchmesser des ferromagnetischen Rands 112. Im letzteren Fall wären dann die Paßstücke 110a, 110b anzupas sen wie auch der Stromverlauf durch die Wicklung 108. Fig. 2 shows in section an embodiment of an electromagnet 106 of a sample changer with an annular, ferromagnetic sample holder 107th The whole arrangement is largely rotationally symmetrical. The electromagnet 106 comprises a magnetic winding 108 , which is surrounded by a ferromagnetic pot 109 with a central pole 109 b. On the outer jacket 109 a of the pot 109 or on the end face of the central pole 109 b substantially annular, ferromagnetic adapters 110 a, 110 b are attached, which define an annular air gap 111 , the magnetic flux between the outer jacket 109 a and central Pol 109 b of the pot magnet interrupts. The air gap 111 is bridged by the annular, ferromagnetic edge 112 of a sample holder 107 , whereby the magnetic circuit is closed via the ferromagnetic material of the sample holder 107 . Due to the magnetic forces acting in the vicinity of the air gap, the ferromagnetic sample holder 107 is held by the electromagnet 106 with sufficient current flow through the winding 108 and pressed against the adapters 110 a, 110 b. In the exemplary embodiment, the sample holder 107 is relatively large with a large diameter of the ferromagnetic edge 112 . This is taken into account by the shape of the adapters 110 a, 110 b. The relatively large mass of the sample holder goes into the optimization of the time profile of the current through the winding 108 . The sample holder 107 is set up to hold a relatively large sample, usually pressed as a powder tablet, which then comes to rest in the lower region on the frame of a window 107 a. In this case, the "sample" could even consist of a completely smaller sample holder which is inserted into the larger 107 . It goes without saying that flatter sample holders 107 with the same diameter or those with a smaller diameter of the ferromagnetic edge 112 can also be used . In the latter case, the adapters 110 a, 110 b would then be adapted, as would the current profile through the winding 108 .
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Elektromagneten 206 mit einem Probenhalter (ferromagnetisches Werkstück mit zentraler Bohrung) 207, der nun eine Ansaugvorrichtung 213 für eine Probentablette aufweist. Entsprechende Bezugsziffern sind Fig. 2 gegenüber um 100 erhöht. Der zen trale Pol 209b des Topfes 209 weist nun eine durchgehende zentrale Boh rung 214 auf, an die eine flexible, scheibenförmige Dichtung 215 mit entspre chender zentraler Öffnung 215a des Probenhalters 207 magnetisch ange preßt wird. Dadurch ist die Ansaugvorrichtung 213 des Probenhalters 207 dicht mit der zentralen Bohrung 214 verbunden, wodurch eine Probe an die Ansaugöffnung 213a der Ansaugvorrichtung 213 gesaugt werden kann, wenn über die zentrale Bohrung 214 ein Unterdruck erzeugt wird, was mit dem ver tikalen Pfeil angedeutet ist, der den Anschluß einer entsprechenden Pumpe an die zentrale Bohrung 214 symbolisieren soll. Ein Probenaufnehmer mit dem Elektromagneten 206 der Fig. 3 ist demnach in der Lage alle Funktionen desjenigen der Fig. 2 zu übernehmen und zusätzlich noch durch magneti sches Halten eines Probenhalters 207 mit Ansaugvorrichtung 213 die Funkti on eines "saugenden" Probenaufnehmers. FIG. 3 shows a further embodiment of an electromagnet 206 with a sample holder (ferromagnetic workpiece with a central bore) 207 , which now has a suction device 213 for a sample tablet. Corresponding reference numerals are increased by 100 compared to FIG. 2. The central pole 209 b of the pot 209 now has a continuous central bore 214 to which a flexible, disk-shaped seal 215 with a corresponding central opening 215 a of the sample holder 207 is magnetically pressed. Characterized the suction device 213 of the sample holder 207 is tightly connected to the central bore 214 , whereby a sample can be sucked to the suction opening 213 a of the suction device 213 when a negative pressure is generated via the central bore 214 , which is indicated by the vertical arrow , which is intended to symbolize the connection of a corresponding pump to the central bore 214 . A sampler with the electromagnet 206 of FIG. 3 is therefore able to take over all of the functions of that of FIG. 2 and, additionally, by holding a sample holder 207 with suction device 213 magnetically, the function of a “suction” sample holder.
Schließlich zeigt Fig. 4 den zeitlichen Verlauf des Stroms durch die Wicklun gen 108, 208 der Elektromagneten 106, 206.Finally, FIG. 4 shows the time course of the current through the windings 108 , 208 of the electromagnets 106 , 206 .
Während einer Ruhephase T0 wird der Probenaufnehmer mit dem noch stromlosen Elektromagneten 106, 206 auf einen Probenhalter 107, 207 auf gesetzt, so daß der Luftspalt 111, 211 sich unmittelbar über dem Rand 112, 212 des Probenhalters 107, 207 befindet. In einer darauffolgenden Greif und Haltephase T1 wird der Strom als Gleichstrom auf einen im wesentlichen konstanten Wert eingeschaltet, wodurch der Probenhalter 107, 207 an den Elektromagneten 106, 206 fest angepreßt und von diesem gehalten wird. In dieser Phase, die üblicherweise einige Sekunden dauert, wird der Probenauf nehmer mit dem Probenhalter 107, 207 zusammen abgehoben und in eine neue Position verfahren. Dort fließt dann in einer Ablegephase T2, T3 an stelle des Gleichstroms ein Wechselstrom mit zunächst konstanter (Phase T2) und dann i. a. linear abklingender Amplitude (Phase T3), i. a. mit einer Frequenz von 50 Hz. Dadurch werden die ferromagnetischen Paßstücke 110a, 110b, 210a, 210b und vor allem der Probenhalter 107, 207 entmagne tisiert. Gleichzeitig verschwinden die magnetischen Kräfte zwischen Elektro magnet 106, 206 und Probenhalter 107, 207, d. h. dieser wird in der neuen Position freigegeben. Die Ablegephase mit den Unterphasen T2, T3 dauert in der Regel einige Zehntel Sekunden, was für die Entmagnetisierung ausreicht. Es schließt sich wieder eine beliebig lange Ruhephase T0 an, während der der leere Probenaufnehmer beispielsweise zur Position eines weiteren Pro benhalters des Probenwechslers fahren kann.During a rest phase T0, the sample recorder with the electromagnet 106 , 206 which is still de-energized is placed on a sample holder 107 , 207 , so that the air gap 111 , 211 is located directly above the edge 112 , 212 of the sample holder 107 , 207 . In a subsequent gripping and holding phase T1, the current is switched on as a direct current to an essentially constant value, as a result of which the sample holder 107 , 207 is pressed firmly against the electromagnet 106 , 206 and held by it. In this phase, which usually lasts a few seconds, the sample taker is lifted off together with the sample holder 107 , 207 and moved into a new position. There then flows into a depositing phase T2, T3 in place of the direct current, an alternating current with a first constant (phase T2) and then generally linearly decaying amplitude (phase T3), ia with a frequency of 50 Hz. As a result, the ferromagnetic adapters 110 a, 110 b, 210 a, 210 b and especially the sample holder 107 , 207 demagnetized. At the same time, the magnetic forces between the electromagnet 106 , 206 and the sample holder 107 , 207 disappear, ie this is released in the new position. The placement phase with the sub-phases T2, T3 generally lasts a few tenths of a second, which is sufficient for demagnetization. This is followed by an arbitrarily long resting phase T0, during which the empty sample holder can travel to the position of another sample holder of the sample changer, for example.
Die Amplituden des Gleichstroms in Phase T1 und des Wechselstroms in Phase T2 liegen in der Regel bei einigen Hundert Milliampere, wobei die Wechselstromamplitude meist etwas größer (etwa den Faktor Zwei) ist. Dies führt mit gängigen Haltemagneten dazu, daß eine übliche 42 V- Spannungsversorgung für die gesteuerte Stromquelle ausreicht. Anstelle der Unterteilung der Ablegephase in die gezeigten zwei Unterphasen T2 und T3 kann auch ein über die gesamte Phase abklingender Wechselstrom ge schaltet werden. Grundsätzlich kann in der Phase T2 die Wechselstromam plitude nahezu beliebig variieren, wenn sie nur in Phase T3 von einem hinrei chend großen Anfangswert aus hinreichend langsam (Zehntelsekundenbe reich) gegen Null abfällt. Der Abfall muß nicht zwingend linear sein. The amplitudes of the direct current in phase T1 and the alternating current in Phase T2 are typically a few hundred milliamps, with the AC amplitude is usually somewhat larger (about a factor of two). This With common holding magnets, a conventional 42 V Power supply for the controlled current source is sufficient. Instead of Subdivision of the placement phase into the two sub-phases T2 and T3 shown can also be an alternating current decaying over the entire phase be switched. Basically, the alternating current can be in phase T2 plitude vary almost arbitrarily, if they only move away from one in phase T3 sufficiently large initial value from sufficiently slow (tenths of a second rich) drops towards zero. The drop does not have to be linear.
Für jeden Elektromagneten 106, 206 und jeden Probenhalter 107, 207, ggf. in Verbindung mit entsprechenden Paßstücken 110a, 110b, 210a, 210b kann ein optimaler Verlauf der in Fig. 4 gezeigten Stromkurve gefunden werden, der große Zuverlässigkeit beim Greifen und Halten sowie nahezu vollständige Entmagnetisierung in möglichst kurzer Zeit und mit geringem apparativem Aufwand gewährleistet. Diese Verläufe sind im Rechner 2 abgespeichert und werden entsprechend abgerufen.For each electromagnet 106 , 206 and each sample holder 107 , 207 , possibly in connection with corresponding adapters 110 a, 110 b, 210 a, 210 b, an optimal course of the current curve shown in FIG. 4 can be found, the great reliability when gripping and holding as well as almost complete demagnetization in the shortest possible time and with little expenditure on equipment. These courses are stored in the computer 2 and are called up accordingly.
Claims (18)
die magnetfelderzeugende Einrichtung einen Elektromagneten (6; 106; 206) mit einer von einem Rechner (2) gesteuerten Stromquelle (4) umfaßt, wobei der Probenhalter (107; 207) zum Wechseln unterschied licher Probenhaltertypen eingerichtet ist und der Rechner (2) derart programmiert ist, daß in Abhängigkeit vom jeweiligen Probenhaltertyp individuell optimierte Werte für Spannungen, Ströme und Zeitintervalle für den Strom durch den Elektromagneten (6; 106; 206) gespeichert sind, welche beim Wechsel des Probenhaltertyps eingestellt werden, so daß in der Greif und Haltephase (T1) ein Strom durch die Wicklung (108; 208) des Elektromagneten fließt, der jeweils so groß ist, daß die vom Elektromagneten (6; 106; 206) erzeugte magnetische Flußdichte sicher ausreicht, den ferromagnetischen Probenhalter (107; 207) an den Probenaufnehmer anzupressen und zu halten und daß in der Ab legephase (T2, T3) ein abklingender Wechselstrom durch die Wicklung des Elektromagneten (6; 106; 206) fließt, wodurch der ferromagneti sche Probenhalter (107; 207) entmagnetisiert wird.1. Sample changer ( 1 ) for computer-controlled changing of ferromagnetic sample holders ( 107 ; 207 ) of an X-ray analyzer by means of a movable sample holder which contains a device generating magnetic fields, the sample holder ( 107 ; 207 ) being held by the sample holder in a gripping and holding phase ( T1) can be gripped and held magnetically in a first position and placed in a depositing phase (T2, T3) in a second position, characterized in that
the magnetic field generating device comprises an electromagnet ( 6 ; 106 ; 206 ) with a current source ( 4 ) controlled by a computer ( 2 ), the sample holder ( 107 ; 207 ) being set up for changing different types of sample holder and the computer ( 2 ) being programmed in this way is that, depending on the respective sample holder type, individually optimized values for voltages, currents and time intervals for the current through the electromagnet ( 6 ; 106 ; 206 ) are stored, which are set when the sample holder type is changed, so that in the gripping and holding phase (T1 ) a current flows through the winding ( 108 ; 208 ) of the electromagnet, which is each so large that the magnetic flux density generated by the electromagnet ( 6 ; 106 ; 206 ) is certainly sufficient to press the ferromagnetic sample holder ( 107 ; 207 ) onto the sample receiver and to hold and that in the laying phase (T2, T3) a decaying alternating current through the winding of the electroma expected ( 6 ; 106 ; 206 ) flows, whereby the ferromagnetic specimen holder ( 107 ; 207 ) is demagnetized.
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