DE3301990C2 - Vorrichtung zur Aufnahme von mittels einer oder mehrerer Elektroden eines Widerstandsofens aufheizbaren Tiegeln - Google Patents

Abstract

Eine Elektrodenanordnung enthält eine Elektrode und einen einen Tiegel aufnehmenden Einsatz, der an der Elektrode lösbar befestigt ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist ein Bund auf die Elektrode aufgeschraubt und weist nach innen vorstehende Ansätze auf, um den Einsatz an der Elektrode festzuklemmen. Es kann ein knopfartiger Vorsprung auf der Elektrode vorgesehen werden, der in eine Öffnung im Einsatz greift, um den Einsatz auf der Elektrode zu zentrieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Bei einer bekannten Vorrichtung (US-PS 39 36 587) der eingangs genannten Art ist ein Paar gegenüberliegender Elektroden eines Widerstandsofens vorgesehen, zwischen denen ein elektrisch resistenter Graphittiegel angeordnet ist, in dem eine zu analysierende Probe eingesetzt wird. Während des Betriebes wird eine der Elektroden in Richtung auf die andere Elektrode bewegt, so daß der Tiegel zwischen den beiden Elektroden eingeklemmt wird. Wird elektrischer Strom durch den eingeklemmten Tiegel hindurchgeschickt, dann steigert sich seine Temperatur auf annähernd 2500° C, so daß die im Tiegel enthaltene Probe schmilzt

Während des Durchganges von Proben durch den Ofen werden die Elektroden durch Verbrennungsnebenprodukte verunreinigt Es ist deshalb erforderlich, nach dem .Durchgang weniger Proben die verunreinigten Elektrodenoberflächen zu reinigen. Um die Reinigung zu erleichtern, wird die obere Elektrode in ein demontierbares Gehäuse eingesetzt Dieses Gehäuse to kann dann zur Erleichterung der Reinigung ausgebaut werden. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in der US-PS 40 56 677 beschrieben.

Bei den oben beschriebenen bekannten Öfen macht man von Elektrodeneinsätzen Gebrauch, die aus elektrisch leitendem, verschleißfestem Material bestehen und der Abstützung des Tiegels im Ofen dienen. Diese Einsätze sind mit den Tiegelkontaktflächen der Elektroden silberverlötet (insbesondere US-PS 39 36 587). Da der Einsatz bei fortwährender Benutzung Verschleißerscheinungen ausgesetzt ist, muß er bedarfsweise gegen einen neuen bzw. einen reparierten Einsatz ersetzt werden. Bei einem silberverlötetem Einsatz ist dies jedoch mit einem entsprechenden Zeitaufwand verbunden, so daß der Ofen für den Betrieb entsprechend lange während des Entfernens und Wiederanlötens des Einsatzes ausfällt

Ferner bedarf es Spezialwerkzeuge, um den Einsatz abzunehmen und den neuen Einsatz fest und in elektrisch leitendem Eingriff auf der Elektrode zu befestigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche einen schnellen und einfachen Austausch von Elektrodeneinsätzen ermöglicht

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 enthaltenen Merkmale gelöst.

Nach Maßgabe der Erfindung ist der Einsatz entsprechend der Elektrodenoberfläche angepaßt und wird mittels eines Bundes auf der Elektrode gehalten, welche auf der Elektrode aufschraubbar ist Das heißt, zum Wechseln des Elektrodeneinsatzes bedarf es lediglich des Abschraubens des Bundes, so daß dann der alte Einsatz von der Elektrode abgenommen und der neue Einsatz auf die Elektrode aufgesetzt werden kann. Ersichtlich benötigt man hierzu keinerlei Spezialwerkzeuge und es wird ein schneller und einfacher Wechsel des Elektrodeneinsatzes gewährleistet.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Vorrichtung sind durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmale gekennzeichnet.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Teilansicht eines Wider-Standsheizofens mit Ofenelektroden gemäß der Erfindung;

F i g. 2 einen vergrößerten Vertikalschnitt durch die untere Elektrodenanordnung, wie sie in F i g. 1 dargestellt ist;
F i g. 3 eine Draufsicht auf den Elektrodeneinsatz;

F i g. 4 eine Draufsicht auf den Bund und in

Fig.5 eine auseinandergezogene Schnittdarstellung der Anordnung nach F i g. 2.

Fig. 1 zeigt einen Widerstandsheizofen 1 mit einer unteren und oiner dazu passenden oberen leitenden Elektrode 10a bzw. iOb.

Ein elektrischer Widerstandstiegel 21' sitzt auf der unteren Elektrode 10a, die auf einem Betätigungsme-

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chanismus, beispielsweise einem nicht gezeichneten pneumatischen Zylinder beweglich angeordnet ist, welcher die untere Elektrode 10a anzuheben gestattet, bis sie von der oberen Elektrode 106 aufgenommen ist und der obere Teil des Tiegels mit der oberen Elektrode 106 Kontakt herstellt. Die beiden Elektroden 10a, 106, machen an keiner Stelle außer über eine Dichtung in Form eines O-Ringes 17, der die Elektrode 10a für die Abdichtung der innerhalb der Ofenkammer entstehenden Verbrennungsgase umgibt, miteinander Kontakt. Die Elektrode 106 enthält Leitungen zur Zuführung eines Trägergases in den Ofen und außerdem zur Fortleitung des Probengases aus dem Ofen.

Der Ofen 1 entspricht in seiner allgemeinen Ausbildung demjenigen nach US-PS 39 36 587 bzw. US-PS 40 56 677.

Die untere Elektrode 10a ist einstückig aus Kupfer gearbeitet und weist einen Ringflansch 16 mit versenkten Löchern 17' zur Aufnahme von Schrauben auf, mit denen die Elektrode an der Hubvorrichtung des Ofens 1 befestigbar ist Um den Umfang eines unteren zylindrischen Endes 11 der Elektrode 10a verläuft eine Ringrille 12 zur Aufnahme einer O-Ring-Dichtung la, mit der die Elektrode 10a gegen den nichtgezeichneten darunterliegenden Träger abgedichtet wird. Von dem Ringflansch 16 erstreckt sich nach oben ein im allgemeinen zylindrischer aufrecht stehender Teil 14, der sich soweit nach oben erstreckt, daß die untere Elektrode 10a in der oberen Elektrode 106 aufgenommen werden kann.

In der Außenwandung des aufrecht stehenden Teils 14 ist in der Nähe von dessen oberem Ende eine Ringrille 15 vorgesehen, die den O-Ring 17 (Fig. 1) aufnimmt, um die obere Elektrode 106 an der zylindrischen Innenwand der Elektrode 106 zu dichten und damit die eingeschlossenen Gase abzudichten und einzugrenzen. Innerhalb des aufrecht stehenden Teiles 14 befindet sich eine Ausnehmung ie, die im Betrieb ein Kühlmedium zur Kühlung des Kopfes der Elektrode 10a führt. Vom aufrecht stehenden Teil 14 erstreckt sich nach oben ein im allgemeinen zylindrisches Lager 19 mit einem Durchmesser, der etwas kleiner als derjenige des aufrecht stehenden Teiles 14 ist. Dieses Lager besitzt eine obere Ringfläche 19', die einen kleinen knopfgrtigen, kreisförmigen Vorsprung 19" umgibt. Das Lager 19 ist mit einem Außengewinde versehen, wie es bei 18' angedeutet ist.

Der Elektrodeneinsatz 20 hat im allgemeinen kreisförmige Gestalt und besitzt einen flachen ringförmigen Boden derart, daß der scheibenförmige Einsatz 20 auf die flache obere RingflSche 19' des Lagers 19 aufgesetzt werden kann. Der Einsatz 20 enthält eine mittig angeordnete Öffnung 25, die sich im allgemeinen vertikal erstreckt und einen Durchmesser aufweist, der im wesentlichen der gleiche oder etwas größer als der des Vorsprunges 19" ist. Dadurch kann der Einsatz auf der flachen Ringfläche 19' des Lagers 19 während des Ersatzes aufgesetzt und zentriert werden. Der Durchmesser des Einsatzes 20 beträgt beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ca. 16 mm, so daß der Einsatz 20 nicht über die Kante der oberen Ringfläche 19' des Lagers vorsteht. Von der oberen Seite des Einsatzes 20 erstrekken sich vier bogenförmige Segmentvorsprünge 21 nach oben, welche während des Versuches einen Tiegel aufnehmen. Diese Vorsprünge weisen eine Abschrägung 22 auf, so daß cine im Durchmesser reduzierte flache,' segmentartige ringförmige Oberfläche 23 entsteht, welche den Tiegelboden abstützt und mit ihm elektrischen Kontakt herstellt. Vier flache rechteckige Kanäle 24, die im Winkelabstand von 90° angeordnet sind, trennen die Segmentvorsprünge 21. Diese Vorsprünge 21 umgibt eine Ringschulter 26, die kontinuierlich um die Außenkante der Vorsprünge 21 verläuft. Die Schulter 26 weist eine abgeschrägte Außenkante 27 auf, welche eine Fortsetzung der Abschrägung 22 darstellt. An der Schulter 26 ist der Einsatz 20 annähernd 1,6 mm dick und an der abgeflachten, segmentartig ausgebildeten Oberfläche 23 beträgt die Dicke der Scheibe ca. 3 mm. Die Außenkanten der Vorsprünge 21 bilden eine segmentartige ringförmige Rippe auf der oberen Oberfläche des Einsatzes mit einem Außendurchmesser von 11 mm. Die Innenkante hat einen Durchmesser von ca. 8 mm. Der Durchmesser der Öffnung 25 beträgt ca. 4,7 mm.

Ein Bund 30 dient bei einer bestimmten Ausführungsform zum Festklammern des Einsatzes an der Elektrode. Der Bund weist einen zylindrischen Ring 32 auf, der bei 33 ein Innengewinde besitzt, so daß der Ring auf das Lager 19 aufgeschraubt werden kann. Die obere Kante 36 des Bundes 30 enthält drei im glichen Abstand angeordnete sich nach innen erstreckende Ansätze 34, die auf dem Umfang des Ringes 32 im Winkelabstand von 120⁰C angeordnet sind. Die Ansätze 34 erstrecken sich radial in Richtung auf die Mittelachse des Bundes 30 und ragen in eine Öffnung 35 in der Mitte des Ringes 32. Die Außenoberfläche des Ringes 32 ist gerieft, um eine Greifoberfläche zu erhalten, wobei der Außendurchmesser des Bundes 30 vor der Riefelung ca. 20 mm beträgt. Der Ring 32 ist ca. 5 mm hoch und besitzt einen Innendurchmesser, der es erlaubt, das Lager 19 durch Gewindeeingriff innerhalb der Öffnung 35 zu befestigen. Die Ansätze 34 haben eine Länge von 4,38 mm von der Außenwand zu ihrem Innersten. Die Winkelbreite jedes Ansatzes 34 umfaßt ca. 20° und die Ansätze sind nach innen von der Außenkante zur Innenkante leicht abgeschrägt. Die Ansätze weisen eine flache untere Oberfläche 31 auf und ihre Länge ist so gewählt, daß sie sich dicht in der Nähe einer Zylinderwandung 28 des Einsatzes 20 erstrecken und sich über die Ringschulter 26 legen, wie man am deutlichsten aus F i g. 2 erkennt.

Der Einsatz 20 ist ein Sinterkörper, gepreßt aus elektrisch leitendem Material, vorzugsweise eine,- Mischung aus 75% Wolfram und 25% Kupfer. Mar. kann auch andere Materialien beispielsweise Molybdän, Tanal und Legierungen außer mit Wolfram als Einsatzmaterial verwenden, obwohl für manche Anwendungsgebiete diese Materialien mit dem Probengas reagieren und damit nicht geeignet sind. Zweckmäßigerweise verwendet man also eine Wolfram-Kupfermischung. Bei der Auswahl des Einsatzmaterials umfassen die physikalischen Eigenschaften, die die Annehmbarkeit des Materials bestimmen, seine thermische und elektrische Leitfähigkeit, seiiii Schmelztemperatur, seine Härte, seine Benetzbarkeit, seine Bearbeitbarkeit und seine Reaktionsfähigkeit mit den zu analysierendem Probengas. Der Bund 30 besteht aus rostfreiem Stahl und ist nach üblichen Metallbearbeitungsverfahren hergestellt.

Um den Einsa«·? auszuwechseln, wird der abgekühlte Einsatz durch Abschrauben des Bundes 30 und Entfernen desselben vom Lager 19 angenommen. Der alte Einsatz 20 läßt sich somit leicht vom Bund 30 zum Wiederauffrischen, Reinigen oder Ersatz abnehmen. Ein neuer oder reparierter Einsatz 20 wird auf der flachen oberen Ringfläche 19' des Lagers 19 zentriert, wobei der Vorsprung 19" sich in die Öffnung 25 erstreckt. Der Einsatz 20 ist ohne Schwierigkeiten auf dem Lager 19 zu zentrieren, indem man den Einsatz auf das Lager auf-

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setzt und den Einsatz so lange herumschiebt, bis der Einsatz auf dem Vorsprung 19" festrastet, welcher den Einsatz 20 in seiner Lage hält, während er an der Elektrode 10a befestigt wird. Wenn der Bund 30 auf das Lager 19 aufgeschraubt wird, dann erfassen die Ansätze 5 34 die Ringschulter 26 und sichern den Einsatz 20 an der Elektrode. Der Bund 30 zentriert ebenfalls den Einsatz 20 auf dem Lager 19, so daß der wünschenswert vorhandene knopfartige Vorsprung 19" hilfreich, jedoch nicht unbedingt erforderlich ist. Der Bund übt eine Druck- io kraft auf den Einsatz 20 und auf die Elektrode 10a aus, so daß der Einsatz elektrisch und mechanisch befestigt ist.

Ein Tiegel, wie er beispielsweise in der US-PS 38 99 627 beschrieben ist, wird dann auf dem oberen Teil des Einsatzes aufgesetzt und ruht auf der abgeflachten Oberfläche 23 der Vorsprünge 21. Infolge der Form des Tiegels und der Vorsprünge 21 kommen die Ansätze 34 äfi Keiner oicüe n~fii uciTi Tiegel ίΠ ΚοΰΐαΚί. SöiTiit ist die Elektrodenspitze oder der Einsatz von Hand abnehmbar auf dem Elektrodenkörper befestigt, ohne daß Spezialwerkzeuge erforderlich sind und ohne daß verschweißt oder hartgelötet werden muß, wodurch sich der Austausch der Spitze wesentlich beschleunigt.

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (8)

33 Ol 990 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Aufnahme von Tiegeln, die zum Schmelzen von darin befindlichen kleinen Analyseproben mittels einer oder mehrerer Elektroden eines Widerstandsofens aufheizbar sind, mit einer elektrisch leitenden Elektrode mit einer zu einem durch die Elektrode aufzuheizenden Tiegel weisenden Oberfläche zur Aufnahme eines elektrisch leitenden Einsatzes aus verschleißfestem Material, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (20) eine zur Elektrodenoberfläche passende Oberfläche aufweist und mittels eines auf die Elektrode (1Oa^ aufschraubbaren Bundes (30) abnehmbar auf der Elektrode (iOa) befestigt ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Elektrode (106/ und die ihr zugeordnete Oberfläche des Einsatzes (20) im wesentlichejsflach sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Oberflächen im wesentlichen kreisförmig sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenoberfläche einen nach außen vorstehenden knopfartigen Vorsprung (19") zur Zentrierung des Einsatzes (20) auf der Elektrode (iOb) aufweist und der Einsatz (20) eine Öffnung (25) zur Aufnahme des knopfartigen Vorsprunges (19") zur Ausfluchtung des Einsatzes (20) bezüglich der Elektrode (löo,} besitzt

5. Vorrichtung nack einenv der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (30) mit von der Mittelachse de? Sundes nach außen vorstehenden Ansätzen (34) versehen ist, welche einen Teil des Einsatzes übergreifen, wenn der Bund (30) auf die Elektrode (losgeschraubt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz einen vorspringenden, sich nach oben erstreckenden Teil (21) zum Aufsetzen eines Tiegels (21') in einer bestimmten Stellung auf den Einsatz entfernt vom Bund (30) und den darair befindlichen Ansätzen (34) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz auf der abgewendeten Seite eine den vorspringenden Teil umgebenden Schulter (26) aufweist und die Ansätze (34) mit dieser Schulter (26) in Berührung stehen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (34) aus drei im gleichen Winkelabstand siehenden, nach innen gerichteten Vorsprüngen bestehen.