DE2755532C2 - Vorrichtung zum automatischen Herstellen von Prüfkörpern - Google Patents

Description

einem Schmelzofen, der im wesentlichen aus einer mit Hochfrequent 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 Eingreifen des Tiegels und zum Umgießen seines Inhalts in eine zuvor in dem Induktionsofen aufgeheizte kleine Wanne eine Zange vorgesehen if;
einem 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 Programmieren

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 so ausgebildet wird, wie dies im einzelnen im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben ist. Vorteil-

'- i hafte 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 Tunnelofens 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 unterwor- fen 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 Wärmeausdehnung, 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 mechanische Weise erfolgen. Sie könr.ts 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 Aac- ρ/ιΚηιαΙτΠΓιΐΓίηαπ Mitariqlr oiif tnAtils t itiam \JJcxrr 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 Wa!zbearbeitung in 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 büiden 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.

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 kann. Um jedoch Wärmeverluste zu vermeiden bz·-. möglichst gering zu nahen und auch um die Oxydation ei^er Heizspule insbesondere durch die Dämpfe, die beim Schmelzen der Proben entstehen können, zu vermeiden, empfiehlt es sich, den Heizkanal durch eine Umhüllung vorzugsweise aus ^fiuerfestem Material zu begrenzen und auf diese eine Widerstandswicklung aufzubringen. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes in schematischer Weise dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung;

Fig. 2 einen im größeren Maßstab dargestellten senkrechten Querschnitt nach der Schnittlinie A-A der Fig.l;

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung der Anordnung, mit der die Kippbewegung der Tiegel hervorgeru-

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Durch den Ofen 1 erstrecken sich ingesamt mit der Ziffer »3« bezeichneten Mittel zum Transport und der mechanischen Einwirkung auf die Tiegel 4, die mittels einer einen Bestandteil einer Gießvorrichtung 5 bildenoen 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 Tonerde, aus Siliziumkarbid oder einem anderen feuerfesten Werkstoff auf, der waagerecht angeordnet ist und eine Länge von etwa 65 cm aufweist. Der Mantel ist von einer Spule 11 aus Widerstandsdraht up-:.c'ilossen, 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 Beschickungsyeite, 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.firiegels>ist,.und:v,:eisen 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.

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 24 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 bis 4 g Flußmittel grob gemischt. Diese Mischung wird in einen Tiegel 4 eingefüllt, der in den auf einer Temperatur von ungefähr 1100 bis Il 50⁰C gehaltenen Heizkanal eingeführt wird, in dem die Prüfmasse sich in dem Flußmittel löst und die Lösung einem fortschreitenden 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 Breitenabmessung 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 V₆ ihres Fassungsvermögens gefüllt sind, besteht keine Gefahr des Überschwappens. Diese besteht auch deshalb nicht, weil die Kippfrequenz etwa 02 Hz beträgt Die Geschwindigkeit der Längsbewegung der Tiegel in dem Heizkanal ist so auf dessen Länge abgestimmt, daß die in den Tiegeln befindliche Masse in der Mitte des Heizkanals eine Temperatur von 1100 bis II50° C erlangt, bei welcher der Tiegelinhalt flüssig ist

Da die Wegstrecke der Tiegel bei einem Schritt etwa ¹Ao der Länge des Heizkanals beträgt, werden diese bei dem Durchgang durch den Heizkanal etwa lOmal 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 Tie-

gel 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 Einfluiß eines die Wanne kühlenden Druckluftstroms 27 in der Wanne erstarrt. Die einzelnen Organe der Gießeinricitung 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 Zeiichnung nicht dargestellten Saugeinrichtung erfaßt, ohne daß hierbei die im allgemeinen aus einer Platinoder 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 wiederverwendet 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 seiiierseits von einem Programmierer 9 gesteuert wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient, wie schon ausgeführt wurde, insbesondere zur automatischen Hersteilung von der Fluoreszenzanalyse dienenden Prüfkörpern, bei der eine Aufbereitung der Prüfmasse durch einen von einem Schmelzvorgang gefolgten Lösungsvorgang notwendig ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich daher insbesondere zur Herstellung von für die Fluoreszenzanalyse bestimmten Perlen und damit zur Prüfung der meisten der in der Hüttentechnik anfallenden nichtmetallischen Stoffe, wie z. B. Erze, Preßkohle, Schlacke und feuerfeste Materialien.

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 pneumatisehen Aufnahme einer Perle (etwa 5 s) 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 Vorrichtu.g 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 einstückige, beispielsweise ein U-Profil aufweisende Schiene Verwendung finden, deren horizontaler Steg den Tiegeln als unterstützende Fühningsfläche dient und deren Schenkel die Aufgabe der Gleitstangen übernehmen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

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 Schmelztiegeln (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 Tras-port der Tiegel (4) bewirkenden Teil (15), und ein=m in dieser 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 werden, und sowohl die Fül. ungsschienen (12, 13) als auch die in zwei Richtungen bewegliche Schiene (15) eine den Tiegeln (4) als Unterstützung dienende Oberfläche aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die in zwei Richtungen bewegliche Schiene (15) mindestens über die ganze Länge des Heizkanals (10) erstreckt.

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 Anspruch 3 oder 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 einem der Ansprüche 1, 2 oder 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) gebildet werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die eine oszillierende Kippbewegung der Tiegel (4) hervorrufenden Teile durch die nach Art einer Wiege, in 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 Gleitkörpers (17, 18) gebildetwerden.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Herstellen von Prüfkörpern, insbesondere von aus nichtmetallischem Werkstoff bestehenden Prüfkörpern für die Fluoreszenzanalyse mittels Röntgenstrah-Ien.

Eine genaue Analyse der Zusammensetzung von Körpern, insbesondere von nichtmetallischen Körpern, mittels der durch Röntgenstrahlen angeregten Fluoreszenzstrahlung erfordert eine sehr sorgfältige F.'erstellung 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 Herstel- ii«ng der Prüfkörper verhältnismäßig lange Zeit in Anspruch nahm und sehr sorgfältig und behutsam vorgenommen werden mußte.

Es ist schon eine Vorrichtung zur automatischen Herstellung 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: