DE202012103732U1

DE202012103732U1 - Anordnung zur Herstellung von Analyseproben

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Publication number: DE202012103732U1
Application number: DE201220103732
Authority: DE
Original assignee: Fluxana GmbH and Co KG
Current assignee: Fluxana GmbH and Co KG
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2022-09-29

Abstract

Anordnung zum Herstellen von Analyseproben einer Röntgenfluoreszenzanalyse, mit einem als so genanntes Tischgerät ausgestalteten Ofen, der einen geschlossenen, auf wenigstens 900°C aufheizbaren Innenraum aufweist, einem in dem Ofen angeordneten, aufzuschmelzendes Probenmaterial aufnehmenden Tiegel (8), welcher ein Fassungsvermögen von einigen cm3 aufweist, einer in dem Ofen angeordneten, den Tiegel (8) haltenden Halterung (1), und mit einer unterhalb des Tiegels (8) angeordneten Auffangschale (4), welche zur Aufnahme des im Tiegel (8) befindlichen Probenmaterials bemessen ist, wobei der Tiegel (8) mischungsbeweglich im Ofen angeordnet ist, derart, dass das im Tiegel (8) befindliche Probenmaterial mittels der Tiegelbewegungen durchmischbar ist, und wobei der Tiegel (8) kippbeweglich im Ofen angeordnet ist, derart, dass das im Tiegel (8) befindliche Probenmaterial mittels der Kippbewegung des Tiegels (8) aus dem Tiegel (8) in die Auffangschale (4) füllbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (1) lose in den Ofen eingestellt ist....

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Röntgenfluoreszenzanalyse wird das zu analysierende Material zunächst aufgeschmolzen. Die Schmelztemperaturen können beispielsweise bei Temperaturen zwischen 900°C und 1.400°C liegen, so dass die eingesetzten Gerätschaf ten einer erheblichen Temperaturbelastung ausgesetzt werden. Die verwendeten Schmelztiegel weisen jeweils eine Höhe von wenigen Zentimetern auf, beispielsweise etwa 3 bis 5 cm, und auch einen ähnlich großen Durchmesser. Häufig sind mehrere Tiegel, beispielsweise 2, 4 oder 6 Tiegel, in einem gemeinsamen Ofen angeordnet. Aufgrund der geringen Abmessungen werden die verwendeten Öfen als so genannte Tischgeräte bezeichnet, die beispielsweise auf einem Labortisch aufgestellt werden können. Aber auch wenn die Öfen auf den Boden aufgestellt werden oder beispielsweise ein auf den Boden aufstehendes eigenes Untergestell aufweisen, werden sie aufgrund ihres vergleichsweise geringen Nutzvolumens als so genannte Tischgeräte bezeichnet.
Das im Ofen aufgeschmolzene Probenmaterial wird zu einer flachen runden Probe verarbeitet, die als „Tablette“ bezeichnet wird und ein vergleichsweise geringes Volumen aufweist, beispielsweise die ungefähren Abmessungen einer Ein- oder Zwei-Euro-Münze. Um die Tablette herzustellen wird das im Tiegel aufgeschmolzene Probenmaterial aus dem Tiegel in eine Auffangschale gekippt. Es ist bekannt, diesen Kippvorgang noch im Ofen durchzuführen, um ein vorschnelles Auskühlen der Materialprobe zu verhindern. Aus diesem Grund sind die Auffangschalen, die teilweise auch als Kokillen bezeichnet werden, im Ofen unterhalb des Tiegels angeordnet. Die Auffangschale weist eine Mulde auf, welche die Form der entstehenden Tablette bestimmt. Erst die Tablette ist dann der Gegenstand des eigentlichen Analyseverfahrens.
Abgesehen von dem zu untersuchenden Material enthält die Tablette auch Zusatzmaterial als Füllstoff, wobei dieses Zusatzmaterial häufig in Form von Glas vorliegt. Um eine innige Vermischung des eigentlichen Probenmaterials mit dem Zusatzmaterial innerhalb des Tiegels zu erzielen, werden die Tiegel bewegt. Rührwerkzeuge in die Tiegel einzuführen, hat sich aus verschiedenen Gründen in der Praxis nicht bewährt. Daher ist es bekannt, die kompletten Tiegel samt ihrer Halterung und samt dem Tiegelinhalt in Bewegung zu versetzen.
Problematisch ist in der Praxis vielfach, dass die Halterung, die im Ofen angeordnet ist, einem Verschleiß unterliegt, der unerwünscht hoch ist. Bricht eine solche Halterung und muss ausgetauscht werden, so ist der betreffende Ofen für beispielsweise 2, 4 oder 6 Tiegel während der Reparaturdauer nicht zu benutzen, was einen erheblichen wirtschaftlichen Schaden bedeutet. Die Empfindlichkeit der Halterungen liegt unter anderem darin begründet, dass die gesamte Halterung mit sämtlichen darin befindlichen Tiegeln zur Durchmischung der Proben bewegt wird und dabei hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Weiterhin ist die Halterung mit sämtlichen Tiegeln kippbar gelagert, um sämtliche Tiegel gleichzeitig in die darunter befindlichen Auffangschalen ausleeren zu können. Diese gleichzeitige Ausleerung ist zur Vermeidung eines vorschnellen, unerwünschten Auskühlens der Proben vorteilhaft, so dass aus diesem Grund die Tiegel möglichst nicht nacheinander ausgeleert werden.
Eine gattungsfremde Anordnung ist aus der DE 103 38 886 A1 bekannt. Bei dieser Anordnung weist der Ofen keinen geschlossenen Innenraum auf. Mittels eines Gasbrenners wird auch bei einem nach oben offenen Ofenraum eine ausreichende Heizleistung zur Verfügung gestellt, um das Probenmaterial aufschmelzen zu können. Dadurch, dass die als Wechselrahmen bezeichnete Halterung für die mehreren Tiegel herausnehmbar und um 180° gedreht wieder einsetzbar ist, kann diese gatt ungsfremde Anordnung mit zwei unterschiedlichen Funktionen betrieben werden, so dass es als bifunktionales Aufschlussgerät bezeichnet wird. Um die Halterung unterschiedlich anzuordnen, muss der Ofen zunächst abgekühlt werden.
In den beiden unterschiedlichen Funktionsweisen des Ofens können je nach Anordnung der Halterung entweder die Tiegel in Kokillen entleert werden, indem die gesamte Halterung mit sämtlichen Tiegeln gekippt wird, oder die Tiegel können in Teflon- oder Keramiktiegel mit Magnetrührer entleert werden. Die beiden unterschiedlichen Funktionsweisen gehen mit einem automatisch umgeschalteten Betrieb von Haupt- und Neben-Gasbrennern einher, so dass mittels der unterschiedlichen Anordnung der Halterung zwei unterschiedliche Betriebsarten der Anordnung ermöglicht werden sollen, welche die Anschaffung zweier separater Probenvorbereitungsgeräte überflüssig macht.
Um das Probenmaterial innerhalb des Tiegels zu durchmischen, ist bei der beschriebenen gattungsfremden Anordnung eine Rührvorrichtung vorgesehen. Diese besteht aus dem Wechselrahmen und aus den darin enthaltenen Tiegeln, sowie aus einem Antrieb mit Riemenantrieb und Antriebsscheiben. Dieser vergleichsweise aufwendige Antrieb sowie die Tatsache, dass der gesamte Wechselrahmen mit sämtlichen Tiegeln in Bewegung gesetzt wird, führt zu einer negativ hohen Störanfälligkeit der gesamten Anordnung. Wenn beispielsweise der Wechselrahmen aufgrund seiner Schwingungsbelastung versagt, beispielsweise bricht, muss der gesamte Wechselrahmen entfernt und ausgetauscht werden. Damit einhergehend ist der Betrieb der Anordnung für sämtliche in der Halterung aufzunehmenden Tiegel für die Zeit der Reparatur unterbrochen.
Bei gattungsgemäßen, aus der Praxis bekannten Anordnungen weist demgegenüber der Ofen einen geschlossenen Innenraum auf. Dadurch weist eine gattungsgemäße Anordnung geringere Temperaturverluste auf als die beschriebene gattungsfremde Anordnung mit offenem Ofen. Infolgedessen können gattungsgemäße Anordnungen erstens wirtschaftlicher betrieben werden und zweitens auch mit Heizeinrichtungen betrieben werden, die eine geringere Heizleistung aufweisen als ein Gasbrenner, nämlich beispielsweise mit einer elektrischen Beheizung, die aus Sicherheitsgründen als vorteilhaft angesehen werden kann. Im Gegensatz zu der beschriebenen gattungsfremden Anordnung, bei welcher die Heizwirkung der Gasbrenner auf einen kleinen Bereich konzentriert ist, beispielsweise auf die Tiegel, herrscht bei einer gattungsgemäßen Anordnung eine im wesentlichen gleichmäßige Temperatur im gesamten, geschlossenen Innenraum des Ofens. Die Halterungen der Tiegel sind daher bei einer gattungsgemäßen Anordnung höheren thermischen Belastungen ausgesetzt. Das gleiche gilt zusätzlich für die ebenfalls im Ofen-Innenraum befindlichen Antriebselemente der Halterung, welche dazu dienen, die Halterung mitsamt der Tiegel in eine Mischbewegung zu versetzen, welche die Durchmischung des Probenmaterials in den Tiegeln bewirkt. Eine Reparatur der Halterungen ist vergleichsweise aufwendig und beansprucht eine vergleichsweise lange Zeit, da zur Demontage der Halterung erst der Ofen abgekühlt werden muss.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Anordnung dahingehend zu verbessern, dass diese mit möglichst hoher Produktivität und dementsprechend möglichst kurzen Ausfallzeiten betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Neuerung schlägt mit anderen Worten vor, dass die Halterung lose in den Ofen eingestellt ist. Sollte die Halterung beschädigt werden, so kann sie innerhalb kürzester Zeit gegen eine Ersatzhalterung ausgetauscht werden. Beispielsweise wird der Ofen regelmäßig geöffnet, um die Tiegel zu entnehmen und gegen neue, mit ungeschmolzenem Probenmaterial gefüllte Tiegel auszuwechseln. Gleichzeitig werden die in die Auffangschalen abgegossenen Proben ebenfalls aus dem Ofen entnommen und entweder werden die Auffangschalen entleert und wieder in den Ofen eingestellt oder es werden neue, leere Auffangschalen in den Ofen eingestellt. Während dieser ohnehin erfolgenden Handlungen kann problemlos die lediglich lose in den Ofen eingestellte Halterung ausgetauscht werden, so dass die Unterbrechung des Ofenbetriebs um lediglich wenige Sekunden verlängert wird und der Ofenbetrieb, bei dem chargenweise nach und nach ein oder mehrere Tiegel mit Probenmaterial bis zur Schmelze des Probenmaterials erhitzt werden, nahezu unverändert weitergehen kann. Insbesondere kann aufgrund der losen Anordnung der Halterung im Ofen eine schnelle Entnahme von Tiegel und Auffangschale dadurch ermöglicht werden, dass die Halterung, bestückt mit dem Tiegel und der darunter befindlichen Auffangschale, aus dem Ofen entnommen wird.
Vorschlagsgemäß wird daher die vorschlagsgemäße Anordnung derart gehandhabt, dass sich sowohl der Tiegel als auch die Halterung vor Beginn des Schmelzvorgangs außerhalb des Ofens befindet, und dass die Halterung vor Beginn des Schmelzvorgangs außerhalb des Ofens mit dem Tiegel bestückt wird und mitsamt dem Tiegel in den Ofen gestellt wird.
Ebenso kann nach dem Schmelzvorgang die Halterung mitsamt dem Tiegel aus dem Ofen entnommen werden, mit einem neuen Tiegel bestückt werden und für einen neuen Schmelzvorgang erneut, mitsamt dem neuen Tiegel, in den Ofen gestellt werden. Die spart Zeit, da nicht die zuvor verwendeten Gerätschaften wie z. B. Tiegel und Auffangschale abkühlen und gereinigt werden müssen, bevor sie erneut eingesetzt werden können.
Die gemeinsame Handhabung des Tiegels und ggf. auch der Auffangschale mitsamt der Halterung spart beim Einsetzen und beim Entnehmen aus dem Ofen Zeit, da nicht zwei Teile erst aus der Halterung entnommen und anschließend gehandhabt werden müssen, sondern vielmehr mit einem einzigen Handgriff gemeinsam gehandhabt werden können.
Ein nahezu kontinuierlicher Schmelzprozess kann insbesondere vorteilhaft dadurch ermöglicht werden, dass bereits eine zweite Halterung vorbereitet wird, während sich eine erste Halterung mitsamt einem ersten Tiegel im Ofen befindet und das Probenmaterial in diesem ersten Tiegel aufgeschmolzen wird. Die Vorbereitung der zweiten Halterung besteht darin, dass diese mit einem zweiten Tiegel bestückt wird, der ungeschmolzenes Probenmaterial enthält, und ggf. auch mit einer zweiten, leeren Auffangschale bestückt wird. Wenn der Ofen geöffnet wird, kann die zweite Halterung sofort in den Ofen eingesetzt werden, nachdem die erste Halterung entnommen worden ist. Temperaturverluste des geöffneten Ofens werden auf diese Weise möglichst gering gehalten, und die Taktzeit für das nacheinander erfolgende Aufschmelzen der einzelnen Proben kann möglichst kurz gehalten werden.
Vorschlagsgemäß ist vorgesehen, dass die Halterung lose in den Ofen eingestellt ist. Lose bedeutet dabei im Rahmen des vorliegenden Vorschlags, dass die Halterung problemlos und schnell in den Ofen eingesetzt und aus diesem wieder entnommen werden kann, ohne beispielsweise – eventuell sogar unter Verwendung von Werkzeug – zunächst als eigenen Verfahrensschritt Riegel lösen bzw. Befestigungselemente betätigen zu müssen, welche die Halterung im Ofen sichern. Beispielsweise kann die Halterung aufgrund ihres Eigengewichts und / oder ihrer Geometrie so standfest sein, dass sie auch mit einem gefüllten Tiegel zuverlässig gegen abhebende Kräfte oder gegen ein Umfallen innerhalb des Ofens gesichert ist. In diesem Fall bedarf es keiner zusätzlichen Maßnahmen, um die Halterung sicher im Ofen anzuordnen. Die Bemessung der erwähnten Standfestigkeit hängt insbesondere auch von den vorgesehenen Mischbewegungen ab, denen der Tiegel und auch die Halterung bei einem bestimmungsgemäßen Gebrauch des Ofens ausgesetzt wird.
Es kann jedoch vorgesehen sein, die Halterung zusätzlich im Ofen zu sichern, wobei auch in diesem Fall die Halterung „lose“ im Ofen angeordnet werden kann: beispielsweise kann vorgesehen sein, die Halterung in Führungsnuten oder dergleichen einzuschieben, so dass sie mitsamt dem Tiegel sicher im Ofen steht, wenn die auf den Tiegel einwirkenden Mischbewegungen erfolgen. Auch kann vorgesehen sein, dass beim Einstellen der Halterung in den Ofen automatisch Riegel betätigt werden, die schwenkbar oder anderweitig beweglich sind. Beispielsweise kann ein Riegel vorgesehen sein, der schwenkbar gelagert ist und sich von dem Schwenklager in eine erste Richtung erstreckt. Der Riegel weist einen Betätigungszapfen auf, der sich von dem Schwenklager in eine zweite Richtung erstreckt. Wird die Halterung in den Ofen eingeschoben, so gerät sie gegen den Betätigungszapfen. Ohne den Betätigungszapfen oder den Riegel eigens handhaben zu müssen, wird der Riegel bei der weiteren Bewegung der Halterung automatisch verschwenkt und übergreift oder umgreift beispielsweise einen Abschnitt der Halterung, so dass diese gegen abhebende Kräfte oder gegen ein Umfallen innerhalb des Ofens gesichert ist. Bei der Entnahme der Halterung aus dem Ofen in umgekehrter Bewegungsrichtung wird automatisch mittels der Halterung der Riegel wieder zurückgeschwenkt, so dass die Halterung genauso unkompliziert aus dem Ofen entnommen werden kann, als hätte sie tatsächlich vollkommen ungesichert im Ofen gestanden.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass bei der Anordnung mehrerer Tiegel innerhalb desselben Ofens jeder Tiegel in einer eigenen Halterung angeordnet ist. Sollte also eine Halterung versagen, so kann diese wie oben beschrieben problemlos und innerhalb kürzester Zeit ausgewechselt werden. Dabei vereinfacht sich dieses Auswechseln der Halterung dadurch, dass eine vergleichsweise kleine Halterung gehandhabt werden muss, die nämlich nicht zur Aufnahme mehrerer Tiegel ausgestaltet ist. Sollte jedoch keine ersatzweise zu verwendende Halterung bereitstehen, so wird der Ofenbetrieb nicht vollständig unmöglich, sondern vielmehr können sämtliche anderen Halterungen, die nicht defekt sind und dementsprechend nicht aus dem Ofen entfernt werden müssen, nach wie vor mit Tiegeln bestückt werden, so dass entsprechend der Anzahl der im Ofen verwendeten Tiegel und Halterungen der Betrieb des Ofens lediglich zu einem dementsprechend geringen Prozentsatz beeinträchtigt wird, wie es der einen fehlerhaften Halterung und dem einen dementsprechend nicht mehr verwendbaren Tiegel entspricht.
Mit der separaten Aufnahme jedes einzelnen Tiegels in jeweils einer eigenen Halterung ist zudem ein weiterer Vorteil der vorschlagsgemäßen Anordnung verwirklicht: Unterschiedlich ausgestaltete Tiegel können problemlos innerhalb desselben Ofens verwendet werden, da sie jeweils mit einer dazu geeigneten Halterung im Ofen angeordnet werden können, im Gegensatz zu einer für mehrere Tiegel vorbereiteten Halterung, bei der dann stets nur bestimmte, an diese Halterung angepasste Tiegel verwendet werden können.
Alternativ zu der oben beschrieben Ausgestaltung der Halterung, die nur einen einzigen Tiegel aufnimmt, kann ebenfalls vorteilhaft vorgesehen sein, zwei oder mehr Tiegel in derselben Halterung anzuordnen. Die Entnahme der Halterung aus dem Ofen ermöglicht in diesem Fall die gleichzeitige Entnahme mehrerer Tiegel, und, bei Verwendung einer geeigneten, auf sämtliche Tiegel gleichzeitig einwirkende Kippmechanik, auch das gleichzeitige Abgießen dieser mehreren Tiegel in ihre jeweiligen Auffangschalen. Zudem wird die Entnahme der Tiegel und eine anschließende erneute Beschickung des Ofens dadurch erleichtert, dass nur eine einzige Halterung gehandhabt werden muss, so dass nicht eine bereits in den Ofen eingestellte Halterung bei der Handhabung der nächsten separaten Halterung hinderlich im Wege ist. Schließlich wird dadurch, dass nur eine einzige Halterung gehandhabt werden muss, die Zeitspanne verkürzt, während welcher der Ofen bei der Beschickung mit neuen Tiegeln oder bei der Entnahme der Tiegel geöffnet ist, so dass Wärmeverluste verringert werden. Dies ist nicht nur ökologisch und ökonomisch wegen des verringerten Aufheiz- und damit Energiebedarfs vorteilhaft, sondern verkürzt auch die Zykluszeiten, die für das Herstellen der Proben erforderlich sind.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass nicht die gesamte Halterung gekippt wird, um den Tiegel auszuleeren. Vielmehr kann vorteilhaft der Tiegel kippbeweglich innerhalb der Halterung gelagert sein, so dass eine Relativbewegung zwischen dem Tiegel und der Halterung ermöglicht wird und lediglich der Tiegel gekippt werden muss, während die Halterung selbst unverändert ihre Position beibehalten kann. Auf diese Weise wird eine besonders einfache Ausgestaltung der Halterung insofern ermöglicht, als diese Halterung nicht an eine Antriebsmechanik innerhalb des Ofens angeschlossen zu werden braucht, da nämlich nicht die Halterung selbst mitsamt dem darin befindlichen Tiegel gekippt werden muss. Insbesondere wenn ohnehin vorgesehen ist, wie weiter oben beschrieben, jeweils jedem Tiegel eine eigene Halterung zuzuordnen, können unterschiedliche Kippmechanismen Anwendung finden, so dass unterschiedlich ausgestaltete Tiegel, die gegebenenfalls hinsichtlich ihrer Kippbeweglichkeit unterschiedlich ausgestaltet sind, jeweils in einer dazu passenden Halterung gehalten sind.
Für die in der vorschlagsgemäßen Anordnung zu verwendenden Halterungen kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Halterung ein Kipplager aufweist, welches den Tiegel aufnimmt. Dies kann beispielsweise darin bestehen, dass die Halterung Ausnehmungen aufweist, die gemeinsam eine Kippachse bilden und dass auch der Tiegel damit zusammenwirkende Vorsprünge aufweist, die ebenfalls eine Kippachse bilden, so dass der Tiegel mit seinen Vorsprüngen in die Ausnehmungen der Halterung eingehängt werden kann und um die nun von Halterung und Tiegel gemeinsame Kippachse gekippt werden kann. In genauer Umkehr dieses Lagerungsprinzips kann vorgesehen sein, an der Halterung Vorsprünge vorzusehen, in die ein mit entsprechenden Einbuchtungen oder Ausnehmungen versehener Tiegel eingehängt werden kann, so dass auch dann durch die zusammenfallenden Kippachsen des Tiegels einerseits und der Halterung andererseits ein Kipplager geschaffen wird, um welches der Tiegel geschwenkt werden kann, um das aufgeschmolzene Probematerial in eine Auffangschale auszugießen, die beispielsweise auch als Kokille bezeichnet sein kann.
Vorteilhaft kann die Halterung nicht nur dazu dienen den Tiegel aufzunehmen, sondern sie kann auch vorteilhaft eine Aufnahme für die Auffangschale aufweisen, so dass auf diese Weise eine definierte Anordnung der Auffangschale sichergestellt ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass, wenn der Tiegel ausgekippt wird, der Tiegelinhalt sicher in die Auffangschale fließt.
Vorteilhaft kann in überraschender Weise vorgesehen sein, dass die Halterung aus einer hoch warmfesten, hoch kohlenstoffhaltigen Nickel-Chrom-Eisen-Legierung besteht. Eine solche Legierung ist unter der Bezeichnung „Nicrofer“ von der Firma Krupp handelsüblich. Diese Legierung ist für die im Ofen herrschenden Temperaturen problemlos langzeitbeständig. Überraschend hat sich herausgestellt, dass sich im Zusammenspiel mit dem Tiegelmaterial, welches beispielsweise in an sich bekannter Ausgestaltung des Tiegels Platin sein kann, keine negativen Auswirkungen auf den Tiegel oder auf die Halterung ergeben, so dass der Tiegel über lange Zeit, d. h. über eine Vielzahl von Versuchen problemlos mit dieser Halterung verwendet werden kann.
Alternativ zu diesem Material kann vorgesehen sein, die Halterung aus einem anderen Material zu schaffen, welches für die vorgesehene Temperaturbeanspruchung eine geeignete Beständigkeit aufweist. Beispielsweise können keramische Werkstoffe Verwendung finden.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass das Kipplager möglichst randnah in der Halterung angeordnet ist. So ist eine intensive Durchmischung des Probenmaterials möglich, indem möglichst starke Zentrifugalkräfte auf das Probenmaterial einwirken, wenn die Halterung mittels einer Drehbewegung oszillierend hin und her gedreht wird. Wenn die Halterung beispielsweise auf einer oszillierend rotierenden Scheibe steht, kann sie möglichst randnah, also möglichst weit entfernt vom Mittel- bzw. Drehpunkt der Scheibe, angeordnet werden, und die randnahe Anordnung des Tiegel-Kipplagers stellt sicher, dass auch der Tiegel seinerseits innerhalb der Halterung möglichst weit außen auf der oszillierend rotierenden Scheibe angeordnet ist.
Ein Tiegel, welcher im Rahmen der vorschlagsgemäßen Anordnung vorteilhaft verwendet werden kann, kann vorteilhaft zwei gegenüberliegende Vorsprünge aufweisen, welche eine Kippachse des Tiegels bilden, wie dies bereits weiter oben erwähnt worden ist. In genauer Umkehr der konstruktiven Ausgestaltung der Lagerung kann, wie beschrieben, der Tiegel auch zwei gegenüberliegende Einbuchtungen oder Ausnehmungen aufweisen, um die Tiegel-Kippachse zu schaffen, wenn dementsprechend an der Halterung nicht Ausnehmungen für die Vorsprünge des Tiegels vorgesehen sind, sondern die Halterung ihrerseits zwei gegenüberliegende Vorsprünge aufweist.
Vorteilhaft kann der Tiegel eine Ausgießtülle aufweisen, die eine Ziel gerichtete Ausleerung des aufgeschmolzenen Probenmaterials ermöglicht.
Vorteilhaft kann der Tiegel einen Vorsprung aufweisen, der als Handhabe dient, um den Tiegel um seine Kippachse kippen zu können. Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, den Tiegel insgesamt aus der Halterung entnehmen zu müssen, sondern vielmehr muss lediglich dieser Vorsprung erfasst und bewegt werden, um den Tiegel entleeren zu können. Beispielsweise kann dazu eine einfache und robust ausgestaltete Mechanik vorgesehen sein, beispielsweise eine liegend verlaufender Balken. Da die Kippmechanik nicht das vergleichsweise hohe Gewicht des Tiegels und der Halterung bewegen muss, kann auch eine kleine und preisgünstige Kippmechanik mit geringer Antriebsleistung für die zu handhabenden Kräfte überdimensioniert und dementsprechend robust sein.
Wenn eine oder mehrere mit Tiegeln bestückte Halterungen in dem Ofen angeordnet sind, oder wenn eine mit mehreren Tiegeln bestückte Halterung in dem Ofen angeordnet ist, können diese vorteilhaft so ausgerichtet sein, dass sich die Vorsprünge der Tiegel oberhalb des erwähnten Balkens befinden. Wenn nun die Proben in den Tiegeln aufgeschmolzen sind, muss lediglich der erwähnte Balken angehoben werden, um sämtliche Tiegel zeitsparend gleichzeitig entleeren zu können.
Dabei kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der erwähnte Vorsprung der vorerwähnten Ausgießtülle des Tiegels gegenüberliegend angeordnet ist. Durch Anheben des Vorsprungs wird die Ausgießtülle abgesenkt, so dass nun die Flüssigkeit des aufgeschmolzenen Probenmaterials zielgenau aus dem Tiegel ausströmen kann.
Als eine erste Alternative bei der Ausgestaltung der Kippmechanik kann vorgesehen sein, diese im Inneren des Ofens anzuordnen, so dass ohne Temperaturverluste das aufgeschmolzene Probenmaterial sofort in die Auffangschale gefüllt werden kann. Auch werden Temperaturverluste des Ofens auf diese Weise minimiert, da der Ofen lediglich zum Beschicken und Entleeren geöffnet werden muss. Das die Kippmechanik, wie weiter oben erwähnt, einfach und robust ausgestaltet sein kann, kann sie trotz ihrer Anordnung im Inneren des Ofens den hohen Temperaturbelastungen widerstehen.
Als eine zweite Alternative ist es möglich, die Kippmechanik außerhalb des Ofens anzuordnen und die Halterung, bestückt mit dem Tiegel und der darunter befindlichen Auffangschale, aus dem Ofen zu entnehmen und außerhalb des Ofens den Tiegel zu kippen und das Probenmaterial in die Auffangschale zu füllen. Die Kippmechanik ist dabei bis auf den Kontakt mit dem Tiegel nahezu frei von Temperaturbelastungen.
Als eine dritte Alternative, welche die Vorteile der beiden erstgenannten Lösungen vereint, kann vorgesehen sein, die Kippmechanik zwar außerhalb des Ofens anzuordnen, den Tiegel jedoch zu kippen und in die Auffangschale zu entleeren, während er sich innerhalb des Ofens befindet. Dazu wird der Ofen geöffnet und die Kippmechanik in den Ofen eingefahren. Beispielsweise kann der weiter oben erwähnte Balken in den Ofen eingeschoben werden, während die den Balken bewegende Antriebseinheit außerhalb des Ofens verbleibt. Die Temperaturverluste des Probenmaterials werden gering gehalten, da die Probe im Ofen verbleibt. Die Temperaturbelastung der Kippmechanik wird ebenfalls gering gehalten, das sie nur kurzfristig – und zudem eventuell nur bestimmte Teile der Kippmechanik – während des Kippvorgangs und nicht während der gesamten Aufschmelzdauer den im Ofen herrschenden Temperaturen ausgesetzt ist.
Als eine vierte Alternative bei der Ausgestaltung der Kippmechanik kann vorgesehen sein, diese zweiteilig auszugestalten. Beispielsweise kann der erwähnte Balken beweglich innerhalb des Ofens gelagert sein und stets im Ofen verbleiben. Die demgegenüber kompliziertere und gegen hohe Temperaturen empfindlichere Antriebseinheit der Kippmechanik kann hingegen außerhalb des Ofens angeordnet sein und dort während der Aufschmelzdauer verbleiben. Erst zum Kippen des Tiegels wird eine antriebswirksame Verbindung von der Antriebseinheit zu dem Balken geschaffen, so dass dieser bewegt werden und der Tiegel gekippt werden kann. Zur Schaffung der Verbindung kann eine kleine Öffnung im Ofen ausreichend sein, so dass Temperaturverluste des Ofens und des Probenmaterials besonders gering gehalten werden können.
Um gegen die hohen Temperaturen beständig zu sein und unzuträgliche Verunreinigungen der Probe zu vermeiden, besteht der Tiegel aus einem entsprechend geeigneten Material wie z. B. Graphit, oder einem Keramikmaterial. Wie bereits erwähnt, kann der Tiegel vorteilhaft aus einer Platinlegierung bestehen. In der Praxis hat sich eine Legierung bewährt, die 95% Platin und 5% Gold enthält, jedoch sind auch andere Platinlegierungen mit Beimischungen von Gold (in einem anderen Verhältnis als 5%), Rhodium, Iridium, Palladium oder dergleichen verwendbar. Die Platinlegierung ist bei der Durchführung von Röntgenfluoreszenzanalysen angesichts der verarbeiteten Materialien und der auftretenden Temperaturen ein Werkstoff, der sich in der Praxis durch lange Haltbarkeit bewährt hat und der trotz der hohen Materialkosten angesichts der kleinen Abmessungen eines Tiegels eine wirtschaftliche Durchführung der Analysen ermöglicht.
Ein im Rahmen einer vorschlagsgemäßen Anordnung vorteilhaft zu verwendender Ofen kann vorteilhaft einen Boden aufweisen, auf dem die Halterung aufsteht. Dabei kann die Mischbewegung, welcher der Tiegel mitsamt seinem Probenmaterial unterworfen wird, vorteilhaft durch eine oszillierend hin und her gehende Drehbewegung erfolgen, so dass aufgrund der Richtungsumkehr jeweils ein besonders intensiver Mischeffekt erreicht wird. Daher kann der Boden dort, wo die Halterung auf dem Boden aufsteht, vorteilhaft als Drehscheibe ausgestaltet sein, die oszillierend drehbeweglich ist. Auf diese Weise kann eine robuste Antriebskonstruktion verwendet werden, die außerhalb des beheizten Innenraums des Ofens angeordnet werden kann und für den oszillierenden Drehantrieb der Drehscheibe sorgt. Zudem wird eine mechanisch robuste Ausgestaltung der gesamten Anordnung unter Verwendung eines solchen Ofens dadurch ermöglicht, dass keine mechanische Ankopplung der Halterung an ofenseitige Antriebsmittel erforderlich ist, um die Halterung in Bewegung zu versetzen und somit eine Mischbewegung des Tiegels zu ermöglichen. Es muss beispielsweise keine Kurbelanordnung an die Halterung angeschlossen sein, um eine Bewegung der Halterung zu verursachen, welche auf den Tiegel übertragen wird und somit die Mischung des Probenmaterials innerhalb des Tiegels bewirkt.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, statt eines beweglichen Ofenteils den gesamten Ofen zu bewegen, so dass dadurch die Halterung im Innenraum des Ofens und wiederum in Folge davon der in der Halterung befindliche Tiegel in Bewegungen versetzt wird, welche die gewünschte Durchmischung des Probenmaterials bewirken. Sofern der Ofen entsprechend schwingungsresistente Heizelemente aufweist, kann ein solcher von außen im Bewegung versetzter Ofen mechanisch sehr einfach aufgebaut sein. Als Ofen wird in diesem Zusammenhang das den Ofen-Innenraum umgebende Gehäuse und die den Innenraum auf die gewünschte Temperatur aufheizende Heizeinrichtung bezeichnet. Der äußere Antrieb eines solchen Ofens ist optimal vor den im Ofen herrschenden Temperaturen geschützt.
Wenn eine Halterung vorgesehen ist, die mehrere Tiegel aufnimmt, oder wenn mehrere jeweils mit einem Tiegel bestückte Halterungen vorgesehen sind, werden die Tiegel vorzugsweise derart auf der Drehscheibe angeordnet, dass sie sich auf derselben Kreisbahn befinden, so dass gleiche Mischungsbedingungen für sämtliche Tiegel sichergestellt sind.
Vorteilhaft kann die Drehscheibe nach unten abgesenkt werden, um auf diese Weise eine Ofenöffnung freizugeben, die als Beschickungsöffnung genutzt werden kann. Die angehobene Stellung, in welcher die Drehscheibe einen Teil des Ofenbodens bildet, wird als Betriebsstellung der Drehscheibe bezeichnet. Gegenüber dieser Betriebsstellung kann die Drehscheibe in eine so genannte Ladestellung abgesenkt werden, in welcher eine Be- oder Entladung möglich ist. Dabei kann die Absenkung um ein vergleichsweise geringes Maß erfolgen, so dass möglicherweise nicht die gesamte Halterung aus dem Ofen entnommen werden kann, jedoch die Entnahme des Tiegels sowie der Auffangschale aus der Halterung möglich ist. Daher kann, wenn sich die Drehscheibe in ihrer abgesenkten Ladestellung befindet, die Halterung mit einem frischen Tiegel und einer frischen Auffangschale bestückt werden und anschließend wird die Drehscheibe wieder in ihre Betriebsstellung angehoben.
Dadurch, dass die Beschickung des Ofens von unten erfolgt, und da die im Ofen erhitzte Luft in an sich bekannter Weise nach oben zu steigen bestrebt ist, wird die im Ofen erzeugte Hitze zum großen Teil innerhalb des Ofens gehalten, wenn der Ofen nach unten hin geöffnet wird, um die Halterung neu zu beschicken. Es wird daher nicht nur der Betrieb des Ofens wirtschaftlich vorteilhafter, weil Auskühlverluste beim Öffnen des Ofens verringert werden, sondern es wird auch dadurch ein wirtschaftlich vorteilhafter Betrieb des Ofens unterstützt, da die Aufheizzeiten des Ofens vergleichsweise verringert werden können, da während der Be- und Entladezeiten des Ofens die Temperaturverluste möglichst gering gehalten werden, so dass anschließend das Aufheizen des Ofens auf seine gewünschte Temperatur in möglichst kurzer Zeit erfolgen kann.
Vorteilhaft kann die nach unten absenkbare Drehscheibe nicht nur so weit nach unten abgesenkt werden, dass eine Beschickung der Halterung möglich ist, also die Entnahme eines Tiegels und einer Auffangschale und die erneute Bestückung mit einem neuen Tiegel und einer neuen Auffangschale, sondern vorteilhaft kann die Drehscheibe so weit abgesenkt werden, dass die komplette Halterung von der Drehscheibe entnommen werden kann, so dass erforderlichenfalls die Halterung in kürzestmöglicher Zeit ausgetauscht werden kann.
Anhand der rein schematischen Darstellungen wird die vorliegende Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt
1 eine Halterung mit darin angeordnetem Tiegel sowie darin angeordneter Auffangschale, in perspektivischer Ansicht, und
2 in ebenfalls perspektivischer Ansicht den Tiegel in einer gekippten Entleerungs-Stellung.
In den Zeichnungen ist mit 1 eine Halterung gekennzeichnet, die aus einer hoch warmfesten, hoch kohlenstoffhaltigen Nickel-Chrom-Eisen-Legierung besteht. Die Halterung 1 weist zwei seitliche Wangen 2 auf, die in ihrem unteren Bereich zueinander gerichtete schmale Auflageleisten 3 bilden. Eine Auffangschale 4 ist mit einer quadratischen Kontur versehen und weist eine mittlere kreisrunde Mulde 5 auf, um eine dementsprechend kreisrunde Tablette erzeugen zu können. Die Auffangschale 4 liegt mit zwei seitlichen Rändern auf den beiden Auflageleisten 3 der Wangen 2 auf. Sie ist gegen ein horizontales Verrutschen in sämtliche Richtungen gesichert, nämlich einerseits durch die beiden Wangen 2 und andererseits durch Haltenasen 6, welche sich jeweils an beiden Enden einer Auflageleiste 3 nach oben erstrecken.
Oberhalb der Auflageleisten 3 weisen die Wangen 2 Ausnehmungen 7 in Form von Schlitzen auf, in welche ein Tiegel 8 eingehängt ist. Ebenso wie die Auffangschale 4 besteht auch der Tiegel 8 aus einer Platinlegierung.
Der Tiegel 8 weist zwei gegenüberliegende Vorsprünge 9 auf, die gemeinsam eine Scharnierachse oder Kippachse des Tiegels 8 bilden und die sich jeweils in eine der beiden Ausnehmungen 7 erstrecken.
Weiterhin weist der Tiegel 8 einander gegenüberliegend einerseits eine Ausgießtülle 10 und andererseits einen als Handhabe 11 dienenden Vorsprung auf.
1 zeigt den in der Halterung 1 angeordneten Tiegel 8 in einer Stellung, die er beispielsweise während des Schmelzbetriebs aufweist, während das im Tiegel 8 enthaltene Probenmaterial aufgeschmolzen wird.
Die Halterung 1 mitsamt dem darin befindlichen Tiegel 8 ist dabei lose in einen in den Zeichnungen nicht dargestellten Schmelzofen eingestellt, der einen geschlossenen Innenraum aufweist, und dessen Boden einen beweglichen Abschnitt aufweist, so dass durch die Bewegung dieses Bodenabschnitts, der beispielsweise als oszillierend drehbewegliche Drehscheibe ausgestaltet ist, die Halterung 1 mitsamt dem Tiegel 8 und insbesondere mitsamt dem Tiegelinhalt hin und her gedreht werden kann, so dass auf diese Weise der Tiegelinhalt gut durchmischt werden kann.
Wenn das Probenmaterial aufgeschmolzen ist und in die Auffangschale 4 abgegossen werden soll, wird die Handhabe 11 angehoben, so dass hierdurch der Tiegel 8 um seine beiden Vorsprünge 9 verschwenkt wird, so dass sich die Ausgießtülle 10 absenkt, wie dies anhand von 2 dargestellt ist. Der Tiegelinhalt läuft aus der Ausgießtülle 10 und in die Mulde 5 der Auffangschale 4.
Ein Organ zur Betätigung der Handhabe 11 ist nicht im Ofen angeordnet, und daher, ebenso wie der Ofen, in den Zeichnungen nicht dargestellt. Es kann sich bei diesem Betätigungsorgan um eine robuste Konstruktion mit einfacher Kinematik handeln, beispielsweise um einen die Handhabe 11 unterfassenden Balken, der in einer Kreisbogenbewegung angehoben wird, so dass die Handhabe 11 beispielsweise aus ihrer in 1 dargestellten etwa horizontalen Ausrichtung in ihre in 2 dargestellte etwa senkrechte Ausrichtung geführt werden kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Balken in den geöffneten Ofen eingeschoben wird, wenn das Probenmaterial aufgeschmolzen ist, so dass dann der im Ofen verbleibende Tiegel 8 gekippt und in die Auffangschale 4 entleert werden kann.
Die Halterung 1 ist lediglich rein beispielhaft dargestellt, um die für Ihre Funktion wesentlichen Bestandteile bzw. Flächen zu erläutern, wie z. B. das zusammen mit dem Tiegel 8 gebildete Kipplager, in welches der Tiegel eingehängt ist, sowie die Aufnahme der Auffangschale in einer definierten Position, welche das zielgerichtete Entleeren des Tiegels bei dessen Kippbewegung sicherstellt. Die vergleichsweise klobige Ausgestaltung der Halterung 1 bewirkt deren vergleichsweise hohes Gewicht, was ein hohes Maß an Standfestigkeit auf z. B. einer Drehscheibe eines Ofens sicherstellt. Abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann jedoch die Halterung 1 vergleichsweise filigraner ausgestaltet werden, mit einem erheblich geringeren Materialbedarf, so dass das Aufheizen und Abkühlen erheblich verkürzt werden kann.
Weiterhin kann abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Aufhängung des Tiegels 8, beispielsweise in Form der Ausnehmungen 7, weiter nach außen an einen Rand der Halterung 1 verlagert sein, um möglichst starke Zentrifugalkräfte für das Mischen des Probenmaterials zu nutzen, wenn die Halterung 1 auf einer Drehscheibe oszillierend hin und her gedreht wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10338886 A1 [0006]

Claims

Anordnung zum Herstellen von Analyseproben einer Röntgenfluoreszenzanalyse, mit einem als so genanntes Tischgerät ausgestalteten Ofen, der einen geschlossenen, auf wenigstens 900°C aufheizbaren Innenraum aufweist, einem in dem Ofen angeordneten, aufzuschmelzendes Probenmaterial aufnehmenden Tiegel (8), welcher ein Fassungsvermögen von einigen cm³ aufweist, einer in dem Ofen angeordneten, den Tiegel (8) haltenden Halterung (1), und mit einer unterhalb des Tiegels (8) angeordneten Auffangschale (4), welche zur Aufnahme des im Tiegel (8) befindlichen Probenmaterials bemessen ist, wobei der Tiegel (8) mischungsbeweglich im Ofen angeordnet ist, derart, dass das im Tiegel (8) befindliche Probenmaterial mittels der Tiegelbewegungen durchmischbar ist, und wobei der Tiegel (8) kippbeweglich im Ofen angeordnet ist, derart, dass das im Tiegel (8) befindliche Probenmaterial mittels der Kippbewegung des Tiegels (8) aus dem Tiegel (8) in die Auffangschale (4) füllbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (1) lose in den Ofen eingestellt ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Tiegel (8) jeweils in einer eigenen Halterung (1) im Ofen angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel (8) relativ zur Halterung (1) kippbeweglich in der Halterung (1) gelagert ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Ofen beweglich gelagert ist, derart, dass der im Ofen angeordnete Tiegel (8) mittels der Ofenbewegungen in das Probenmaterial durchmischende Bewegungen versetzbar ist.
Halterung einer nach Anspruch 1 ausgestalteten Anordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (1) ein den Tiegel (8) aufnehmendes Kipplager aufweist.
Halterung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (1) einander gegenüberliegende Ausnehmungen (7) zur Aufnahme von tiegelseitigen Vorsprüngen (9) aufweist, derart, dass die Ausnehmungen (7) das Kipplager für einen in diesen Ausnehmungen (7) gehaltenen Tiegel (8) bilden.
Halterung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (1) unterhalb des Tiegels (8) eine Aufnahme für die Auffangschale (4) aufweist, derart, dass die Auffangschale (4) in einer definierten Position unterhalb des Tiegels (8) angeordnet ist.
Halterung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kipplager möglichst randnah in der Halterung (1) angeordnet ist.
Halterung einer nach Anspruch 1 ausgestalteten Anordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (1) aus einer hochwarmfesten, hochkohlenstoffhaltigen Nickel-Chrom-Eisen-Legierung besteht.
Tiegel einer nach Anspruch 1 ausgestalteten Anordnung, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel (8) zwei gegenüberliegende Vorsprünge (9) aufweist, welche eine Kippachse des Tiegels (8) bilden.
Tiegel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel (8) eine seine Entleerung begünstigende Ausgießtülle (10) aufweist.
Tiegel nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel (8) einen als Handhabe (11) für eine Kippbewegung des Tiegels (8) dienenden Vorsprung aufweist.
Tiegel nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabe (11) der Ausgießtülle (10) gegenüberliegend angeordnet ist.
Tiegel einer nach Anspruch 1 ausgestalteten Anordnung, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel (8) aus Platin besteht.
Ofen einer nach Anspruch 1 ausgestalteten Anordnung, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen einen Boden aufweist, auf dem die Halterung (1) aufsteht, und dass der die Halterung (1) aufnehmende Bereich des Bodens als oszillierend drehbewegliche Drehscheibe ausgestaltet ist.
Ofen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehscheibe zwischen einer nach unten abgesenkten Ladestellung und einer oberen, den Innenraum des Ofens begrenzenden Betriebsstellung beweglich ist, wobei die Drehscheibe aus ihrer Betriebsstellung um ein die Entnahme des Tiegels (8) aus der Halterung (1) ermöglichendes Maß in die Ladestellung absenkbar ist.
Ofen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehscheibe um ein die Entnahme der Halterung (1) von der Drehscheibe ermöglichendes Maß in die Ladestellung absenkbar ist.