DE2755532A1 - Vorrichtung zum automatischen herstellen von pruefkoerpern - Google Patents
Vorrichtung zum automatischen herstellen von pruefkoerpernInfo
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Description
TSk(PONt (O711) 34 3?ei/a
TBkBMRAMMCi MCNTOK
7 «TUTT4ART1, PISCHEKSTR.
DRESDNER BANK AG STUTTGART NR. 193OS34
A 12 134
5.12.1977
i - kt
5.12.1977
i - kt
INSTITUT DE RECHERCHES DE LA SIDERURGIE FRANCAISE
185, rue President Roosevelt Saint-Germain-en-Laye, Yvelines (Frankreich)
Vorrichtung zum automatischen Herstellen von Prüfkörpern
809825/0809
A 12 134
5.12.1977
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INSTITUT DE RECHERCHES DE LA SIDERURGIE FRANCAISE
Saint-Germain-en-Laye, Yvelines (Frankreich)
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Herstellen von Prüfkörpern, insbesondere von aus nichtmetallischem Werkstoff bestehenden Prüfkörpern für die
Fluoreszenzanalyse mittels Röntgenstrahlen.
Eine genaue Analyse der Zusammensetzung von Körpern« insbesondere von nichtmetallischen Körpern, mittels der durch
Röntgenstrahlen angeregten Fluoreszenzstrahlung erfordert eine sehr sorgfältige Herstellung der Prüfkörper, die aus
einer glasartigen, sehr homogenen Masse bestehen und leicht manipulierbar sein sollen. Diese Forderungen stehen einer
weiteren Verbreitung der Fluoreszenzanalyse bei der Produktionsüberwachung im Wege, da bislang die manuelle Her*
stellung der Prüfkörper verhältnismäßig lange Zeit in Anspruch nahm und sehr sorgfältig und behutsam vorgenommen
werden mußt·.
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entwickelt worden, um einen Ersatz für die manuelle Herstellung
solcher Prüfkörper zu schaffen. Diese Vorrichtung, die in der Zeitschrift "X-Ray-Spectrometry, 1974",
Bd. 3 S. 137-142 beschrieben wurde, besteht aus drei wesentlichen Teilvorrichtungen, von denen jeder eine
bestimmte Funktion zugewiesen ist:
- einem Schmelzofen, der im wesentlichen aus einer mit
Hochfrequenz betriebenen Induktionsspule besteht und einen im Inneren des Ofens angeordneten Schmelztiegel,
der das zur Herstellung des Prüfkörpers dienende Material enthält, wobei der Schmelztiegel auf einer senkrechten
Schraubenwinde angeordnet ist, die im Drehsinn wechselnde Drehbewegungen um ihre Achse ausführt, um einen möglichst
homogenen Zustand des Prüfkörpers zu erzielen;
- einer mit dem Induktionsofen zusammenarbeitenden Gießvorrichtung,
bei der zum Ergreifen des Tiegels und zum Umgießen seines Inhalts in eins zuvor in dem Induktionsofen
aufgeheizte kleine Wanne eine Zange vorgesehen ist*
- ein pneumatischen Teil mit mehreren die zum Betrieb der
Vorrichtung und zum Ablauf der einzelnen Vorgänge notwendigen Bewegungen bewirkenden Druckkolben und einem
die automatische Steuerung bewirkenden logischen Programmierer.
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Die vorgenannten Funktionsteile und insbesondere die beiden erstgenannten, den Ausstoß der Vorrichtung bestimmenden Teile arbeiten diskontinuierlich und können
jeweils nur auf einen einzelnen Prüfkörper einwirken. Diese Betriebsweise der Vorrichtung hat zur Folge, daß
höchstens alle acht Minuten ein Prüfkörper fertiggestellt wird, was eine für derzeitige Produktionserfordernisse
unzureichende Leistung darstellt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Leistung einer solchen Vorrichtung zur Herstellung von
Analysenprüfkörpern zu steigern, ohne die geforderte Qualität der Prüfkörper zu beeinträchtigen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ao ausgebildet wird, wie dies im einzelnen im Kennzeichen des
Patentanspruchs 1 angegeben ist. Vorteilhafte und zweckdienliche Ausgestaltungen dieser Vorrichtung bilden die
Gegenstände der Unteransprüche 2 bis 8.
Mit einer solchen Vorrichtung können die Prüfkörper am laufenden Band hergestellt werden, wobei durch die gleichzeitige und kontinuierliche Erhitzung und Betätigung
einer Mehrzahl von den Schmelzofen vom Typ eines Tunnel-
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ofens schrittweise durchlaufenden Tiegeln die Herstellungsquote wesentlich erhöht wird.
Durch die schrittweise Bewegung der Tiegel wird der Vorteil erzielt, daß die Tiegel während der Bewegungspausen
einer alternierenden Kippbewegung unterworfen werden können, die bewirkt, daß die einem fortlaufenden Schmelzprozeß
unterworfenen Tiegelinhalte durch die erfolgende Verlagerung und Umwälzung einen hohen Grad an Homogenität
erreichen.
Die rein konstruktive Gestaltung der einzelnen Teile der Vorrichtung kann unter Beibehaltung des erfindungsgemäßen
Prinzips selbstverständlich variieren. Für den Transport der Tiegel könnte beispielsweise auch ein endloses Band
in Gestalt einer metallischen Gliederkette Verwendung finden. Ein solches Transportorgan würde jedoch einige
Schwierigkeiten bereiten, insbesondere bezüglich der in Transportrichtung auftretenden Wärmeauedehnung, der
stabilen Anordnung der Tiegel und bezüglich der eine Umwälzung der Tiegelinhalte bewirkenden Einwirkung auf
die Tiegel, die auch durch eine Kippbewegung des ganzen Ofens bewirkt werden könnte.
Die Einwirkung auf die Tiegel könnte auch auf andere als
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mechanische Weise erfolgen. Sie könnte beispielsweise auf elektromagnetischem Wege erzielt werden, was den
Vorteil einer unmittelbaren Einwirkung auf die Tiegelinhalte hätte, wobei diese keiner Kippbewegung ausgesetzt
wären.
Es wäre jedoch zur Vermeidung einer thermischen Überlastung der elektrischen Kabel notwendig, diese zu kühlen,
was wiederum dazu führen würde, daß Bereiche mit großen Temperaturgradienten entstehen, die die Wärmeleistung des
Ofens verringern und einen zusätzlichen Energieaufwand verursachen, wenn man in der Ebene der Tiegel die notwendigen Temperaturen aufrechterhalten will. Außerdem ist
die Durchwirbelung des schmelzflüssigen Materials auf induktivem Weg nicht in allen Fällen anwendbar, da sie zur
Voraussetzung hat, daß das Material eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweist. Gerade dies ist aber
bei Proben nichtmetallischer Werkstoffe, die mit der Fluoreszenzanalyse untersucht werden sollen, im allgemeinen nicht der Fall.
Ohne diese Mittel jedoch gänzlich abzulehnen, wird gemäß der Erfindung ein schrittweiser Transport der Tiegel bevorzugt, wie er im Hüttenwesen für die Vorbeheizung von
Stahlknüppeln und -brammen vor ihrer Walzbearbeitung in
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Öfen mit beweglichen Längsträgern Anwendung findet.
Die erfindungsgemäße Nutzanwendung eines solchen Ofentyps besteht darin, für die Gleitlagerung der Tiegel starr
angeordnete Längsträger und parallel zu diesen eine zwischen diesen angeordnete, den Transport bewirkende
Schiene vorzusehen, die außer einer Auf- und Abbewegung gleichzeitig eine Vor- und Zurückbewegung in Längsrichtung
des Ofens ausführen kann. Die Bewegung der Tiegel wird hierbei durch eine Bewegung der Transportschiene hervorgerufen,
die eine Art von Kreisbewegung, im Grenzfall eine Bewegung längs eines Rechteckes ausführt. Demzufolge erfolgt
die Längsbewegung der Tiegel in gleichmäßigen Schritten mit dazwischenliegenden Pausen, während derer eine Homogenisierung
der in den Tiegeln befindlichen Masse durch eine alternierende Kippbewegung der auf den Führungsschienen
ruhenden Tiegel stattfindet.
Da diese Hin- und Herbewegung der Tiegel ihre sichere Lagerung auf den Führungsschienen beeinträchtigen könnte,
sind zu beiden Seiten der Tiegel oberhalb der Führungsschienen Anschläge in Gestalt von Schienen oder Stangen
angeordnet, die während des Längstransports der Tiegel diesen als seitliche Gleitschienen dienen.
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Die den Transport der Tiegel bewirkende Schiene, wie auch die beiden Führungsschienen, können auch durch eine
Mehrzahl von miteinander fluchtenden Teilschienen gebildet werden. Eine solche Unterteilung empfiehlt sich
insbesondere für den Transport schwerer Lasten, was im allgemeinen bei den Tiegeln der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht der Fall ist. Ein anderer Vorteil einer
solchen Ausbildung der Schienen wäre der, daß die Zeit der Pausen verkürzt werden kann, ohne daß die zyklische
Bewegung der den Transport bewirkenden Schiene beschleunigt werden muß. Bei diesen Varianten handelt es sich um Alternativen, deren Verwirklichung im Bereich der Kenntnisse
eines Durchschnittsfachmanns liegt. Dasselbe gilt für die Gestaltung des den Heizkanal bildenden Ofens, der auch
als einfacher Widerstandsofen ausgebildet sein kenn. Um jedoch Wärmeverluste zu vermeiden bzw. möglichst gering
zu halten und auch um die Oxydation einer Heizspule insbesondere durch die Dämpfe, die beim Schmelzen der Proben
entstehen können, zu vermeiden, empfiehlt es sich, den Heizkanal durch eine Umhüllung vorzugsweise aus feuerfestem Material zu begrenzen und auf diese eine Wideretandswicklung aufzubringen. In der Zeichnung ist ein Ausführungebeispiel des Erfindungsgegenstandes in schematischer Weise
dargestellt. Es zeigen:
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Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung;
Fig. 2 einen im größeren Maßstab dargestellten senkrechten Querschnitt nach der Schnittlinie A-A der Fig. 1;
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der Anordnung, mit der die Kippbewegung der Tiegel hervorgerufen
wird.
Durch den Ofen 1 erstrecken sich die insgesamt mit der Ziffer "3" bezeichneten Mittel zum Transport und der
mechanischen Einwirkung auf die Tiegel 4, die mittels einer einen Bestandteil einer Gießvorrichtung 5 bildenden
Zange vor Verlassen des Ofens erfaßt und deren Inhalt in eine kleine Wanne 7 gekippt wird, die vorher erhitzt und
nach dem Einfüllen der Probemasse mittels eines Druckluftstrahls 27 gekühlt wird. Die Vorrichtung als Ganzes ist
an ein den Ablauf der Bewegungen steuerndes Gerät 8 angeschlossen, das seinerseits von einem logischen Programmierer
9 gesteuert wird.
Der Ofen 1 weist einen den Heizkanal 10 bildenden Mantel
aus Aluminium, aus Siliziumkarbid oder einem anderen feuerfesten Werkstoff auf, der waagere <ht angeordnet ist und
eine Länge von etwa 65 cm aufweist. Der Mantel ist von
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einer Spule 11 aus Widerstandsdraht umschlossen, die an Wechselstrom von 50 Hz und einer Spannung von 220 V angeschlossen ist.
Zur Unterstützung der horizontal transportierten Tiegel 4 dienen die beiden Führungsschienen 12,13, die an beiden
Seiten des Ofens, insbesondere aber auf der Beschickungsseite, über den Heizkanal 10 überstehen. Diese beiden
Führungsschienen haben, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, einen gegenseitigen Abstand, der etwas geringer als die
Breite eines Tiegels ist, und weisen ebene Oberflächen auf, auf denen der Boden 14 der Tiegel aufliegt.
Der Transport der Tiegel erfolgt mittels der ebenfalls aus feuerfestem Material bestehenden Schiene 15, die, von
einem Motor 21 angetrieben, zwischen den beiden Führungsschienen 12,13 eine Längsbewegung und auch eine Auf- und
Abbewegung ausführen kann. In der angehobenen Stellung, in der die Oberfläche 16 dieser Schiene die Oberflächen
der beiden Führungsschienen 12,13 etwas überragt, ruhen die Tiegel auf dieser ebenen Oberfläche. An der Beschickungsseite des Ofens steht die Schiene 15 etwas weiter über die
Enden des Heizkanals 10 über als am auslaßseitigen Ende des Heizkanals.
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Um eine sichere Lage der Tiegel 4 auf der Schiene 15 während ihrer Längsbewegung zu gewährleisten, sind auf
beiden Seiten der Bewegungsbahn der Tiegel oberhalb der beiden Führungsschienen 12,13 Gleitstäbe 17,18 angeordnet
.
Um die Tiegel während der Pausen ihrer schrittweisen Längsbewegung quer zur Längserstreckung des Heizkanals
hin- und herkippen zu können, sind die Enden der Führungsschienen 12,13 und der Gleitstangen 17,18 mittels je eines
Kurvenstücks 19,20 miteinander verbunden und bilden so eine Art von Wiege, die mittels eines von einem Motor
angetriebenen, um Lagerstellen 23 schwingenden Lenkstangenpaars 22 in eine wippende Bewegung versetzt wird, die eine
Durchmischung der Tiegelinhalte zur Folge hat. Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die folgende:
Die nichtmetallische zu analysierende Masse wird fein zerteilt und mit einem Flußmittel in einem Verhältnis von
etwa 200 mg Prüfmasse : 3-4 g Flußmittel grob gemischt.
Diese Mischung wird in einen Tiegel 4 eingefüllt, der in den auf einer Temperatur von ungefähr 1.100 bis 1.150 0C
gehaltenen Heizkanal eingeführt wird, in dem die Prüfmasse sich in dem Flußmittel löst und die Lösung einem fort-
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schreitenden Schmelzprozeß unterworfen wird. Die Beschickung des Ofens 1 mit den Tiegeln 4 geschieht von
Hand. Die auf die überstehenden Enden der Führungsschienen 12,13 aufgelegten Tiegel werden mittels der
sich nach oben bewegenden Schiene 15 angehoben und nach einer einem Schritt entsprechenden Wegstrecke wieder auf
den Führungsschienen abgesetzt. Im angehobenen Zustand befinden sich die Tiegel noch immer zwischen den Gleitstangen 17,18, deren gegenseitiger Abstand nur wenig
größer als die Breitenabmeasung der Tiegel ist, so daß
diese an der einen oder anderen Gleitstange entlanggleiten. Die einem Schritt entsprechende Wegstrecke beträgt etwa
6 cm. Nachdem die Tiegel auf den Führungsschienen 12,13 abgesetzt wurden, schwingt die Schiene 15 unterhalb der
Führungsschienen wieder in ihre Ausgangslage zurück. Solange die Tiegel auf den Führungsschienen aufliegen,
führen diese eine oszillierende Kippbewegung um die durch die Lagerstellen 23 gebildete Achse aus. Die Amplitude
der Kippbewegung entspricht einem Winkel von etwa 15° beiderseits der Senkrechten.Da die Tiegel nur etwa bis
zu 1/6 ihres Fassungsvermögens gefüllt sind, besteht keine Gefahr des Übersdiwappens. Diese besteht auch deshalb nicht,
weil die Kippfrequenz etwa 0,2 Hz beträgt. Die Geschwindigkeit der Längsbewegung der Tiegel in dem Heizkanal ist so
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auf dessen Länge abgestimmt, daß die in den Tiegeln befindliche Masse in der Mitte des Heizkanals eine Temperatur
von 1.100 bis 1.150 0C erlangt, bei welcher der Tiegelinhalt flüssig ist.
Da die Wegstrecke der Tiegel bei einem Schritt etwa 1/10 der Länge des Heizkanals beträgt, werden diese bei dem
Durchgang durch den Heizkanal etwa 10 mal einer Kippschwingung
der vorgenannten Frequenz unterworfen, so daß am Ausgang des Heizkanals eine vollständig homogene Prüfmasse
erhalten wird. Etwa 10 cm vom Ausgang des Heizkanals entfernt werden die Tiegel während eines Bewegungsschrittes
von den beiden Zinken 30 einer Gabel 26 einer Gießeinrichtung 6 erfaßt, die so ausgebildet ist, daß die Gabel aus dem
Heizkanal herausgeführt und einer Schwenkbewegung unterworfen wird, an deren Ende der Tiegel sich über einer kleinen
vorgeheizten Wanne 7 befindet, in die der Tiegelinhalt gegossen wird, worauf dieser unter dem Einfluß eines die Wanne
kühlenden Druckluftstroms 27 in der Wanne erstarrt. Die einzelnen Organe der Gießeinrichtung werden von dem Motor
28 angetrieben. Nachdem die Prüfmasse erstarrt ist, wird
der so in der Wanne 7 geformte Prüfkörper von dem Mundstück einer in der Zeichnung nicht dargestellten Saugeinrichtung
erfaßt, ohne daß hierbei die im allgemeinen aus
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einer Platin- oder Rhodium-Legierung bestehende Schale von dem Mundstück berührt wird. Nachdem der Tiegel entleert
wurde, wird dieser an einer Stelle 29 aus der Gabel 30 ausgehoben und in einen nicht dargestellten Sammelbehälter geleitet,
worauf er nach seiner Erkaltung gereinigt und wieder verwendet werden kann.
Die zum Antrieb der einzelnen Teile der Vorrichtung dienenden Motoren 21, 24 und 28 sind an ein den Ablauf der Bewegungen
steuerndes Gerät 8 angeschlossen,-das seinerseits von einem Programmierer 9 gesteuert wird.
Die erfindungsgemaOe Vorrichtung dient, wie schon ausgeführt wurde, insbesondere zur automatischen Herstellung
von der Fluoreszenzanalyse dienenden Prüfkörpern, bei der eine Aufbereitung der Prüfmasse durch einen von einem
Schmelzvorgang gefolgten Lösungsvorgang notwendig ist.
Die erfindungsgemaOe Vorrichtung eignet sich daher insbesondere
zur Herstellung von für die Fluoreszenzanalyse bestimmten Perlen und damit zur Prüfung der meisten der
in der Hüttentechnik anfallenden nicht metallischen Stoffe, wie z.B. Erze, Presskohle, Schlacke und feuerfeste
Materialien.
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Die Geschwindigkeit der Herstellung von Prüfperlen wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber bislang
verwendeten Vorrichtungen erheblich gesteigert, wobei die Verweilzeit eines Tiegels im Ofen etwa 20 bis 25 min beträgt
und der Ausstoß an Perlen einer erfindungsgemäßen Anlage durch die zum Gießen benötigte Zeit (etwa 10 s),
die zum Erkalten der Schmelze benötigte Zeit (etwa 2 min), die Zeit zur pneumatischen Aufnahme einer Perle (etwa 5s)
und die Zeit bedingt ist, die zum Aufheizen der zur Aufnahme des Schmelzflusses vorgesehenen kleinen Schale benötigt
wird, die ungefähr 40 s beträgt. Der Zyklus des Transportes der Tiegel in dem Ofen ist diesen Zeiterfordernissen angepasst.
Die rein konstruktive Gestaltung der Vorrichtung ist an das beschriebene Ausführungsbeispiel nicht gebunden. Insbesondere
könnte anstelle eines zylindrischen Heizkanals ein solcher mit einem sich verengenden Querschnitt verwendet
werden, um nach dem Ende des Heizkanals zu eine intensivere Aufheizung der Tiegel zu bewirken. Auch anstelle der eine
Art Wiege bildenden Teile der Vorrichtung könnte eine einatückige, beispielsweise ein U-Profil aufweisende Schiene
Verwendung finden, deren horizontaler Steg den Tiegeln als unterstützende Führungsfläche dient und deren Schenkel
die Aufgabe der Gleitstangen übernehmen.
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Claims (8)
1. Vorrichtung zum automatischen Herstellen von Prüfkörpern mittels eines Schmelzofens, einer Gießeinrichtung und
einer den automatischen Herstellungsablauf steuernden Einrichtung, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schmelzofen (1) aus einem waagerecht angeordneten zylindrischen, an seinen beiden Enden offenen Heizkanal
(10) besteht, durch den gleichzeitig eine Mehrzahl von Schmelztiegel (4) schrittweise hindurchbewegt und in
den Bewegungspausen die Schmelztiegelinhalte einer Umwälzbehandlung unterworfen werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zum schrittweisen Transport der Tiegel (4) durch zwei verschiedene Teile der
Vorrichtung gebildet werden, einem in Längsrichtung des Heizkanals (10) beweglichen, den schrittweisen Transport
der Tiegel (4) bewirkenden Teil (15), und einem in dieser
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Richtung unbeweglichen, die Unterstützung der Tiegel (4) in den Transportpausen bewirkenden Teil (12,13).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das unbewegliche Teil
durch zwei parallele, sich mindestens über die ganze Länge des Heizkanals (10) erstreckende, einen im Verhältnis zur
Breite der Tiegel (4) geringeren Abstand voneinander aufweisende Führungsschienen (12,13), und das bewegliche,
den Horizontaltransport der Tiegel bewirkende Teil durch mindestens eine parallel zu den beiden Führungsschienen,
in einer senkrechten Ebene zwischen den beiden Führungsschienen sich erstreckende, heb- und senkbare Schiene (15)
gebildet wird, und sowohl die Führungsschienen (12,13) als auch die in zwei Richtungen bewegliche Schiene (15)
eine den Tiegeln (4) als Unterstützung dienende Oberfläche aufweisen.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß sich die in zwei
Richtungen bewegliche Schiene (15) mindestens über die ganze Länge des Heizkanals (10) erstreckt.
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5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
, daß sie den Tiegeln (4) bei ihrem schrittweisen Transport als Gleitkörper dienende Schienen,
Stangen od.dgl. (17,18) aufweist.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Gleitkörper (17,18)
sich mindestens über die ganze Länge des Heizkanals (10) erstrecken und zu beiden Seiten der Tiegel (4) oberhalb
der Führungsschienen (12,13) angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1,2 und 5, dadurch gekennzeichnet , daß die die Tiegelinhalte
einer Umwälzbehandlung unterwerfenden Mittel durch quer zur Heizkanalachse bewegliche, eine oszillierende Kippbewegung
der Tiegel (4) hervorrufende Teile (19,20,22) der Vorrichtung gebildet werden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die eine oszillierende Kippbewegung
der Tiegel (4) hervorrufenden Teile der Vorrichtung durch die nach Art einer Wiege an ihren außerhalb des Heizkanals
(10) gelegenen Enden mittels je eines um eine zur Heizkanalachse parallele Achse kippbar gelagerten Bogenstücks
(19,20) miteinander verbundenen Führungsschienen (12,13) und Glei^f^^ ^^^|^gebildet werden.
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