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Gerät zur spektralanalytischen Bestimmung von Legierungsbestandteilen
metallischer Werkstoffe
Die Erfindung betrifft ein Gerät zur schnellen und spektralanalytischen
Bestimmung der Legierungsbestandteile in Stahl bzw. anderen metallischen Werkstoffen.
Grundsätzlich wird dabei von dem Prinzip der unmittelbaren Beobachtung der Emissionsspektra
der Werkstoffelemente Gebrauch gemacht.
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Es sind bereits Geräte bekannt, die nach dem gleichen Prinzip arbeiten
und zur Prüfung von Me tallen dienen. Diese haben jedoch den Nachteil, daß sie wegen
der Größe stationär sind und sich infolge ihres mehr oder weniger komplizierten
Aufbaues in erster Linie für Laboratorien eignen. So z. B.
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Geräte nach dem Buch von F. Löwe, »Optische Messungen des Chemikers
und Mediziners«, die die Lichtquelle, Spektroskop und Fernrohr als eine bauliche
noch tragbare Einheit darstellen.
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Diese Geräte sind wohl transportabel, jedoch noch sehr umfangreich,
nicht handlich, nicht an jeder Stelle und nicht in jeder Lage zu verwenden.
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Für Prüfarbeiten im Betrieb sind dieselben nur bedingt brauchbar
(z. B. Stahllager).
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Prüfungen an artsfesten Teilen sind entweder überhaupt nicht durchführbar
oder nur umständlich dadurch, daß mittels Tragvorrichtung die ganze Apparatur befördert
wird.
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Hinzu kommt noch, daß bei den bisher bekannten Geräten zur Erzeugung
des Funkens zur spektralen Anregung eine verhältnismäßig hohe Spannung verwendet
werden muß.
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Der Bedienende ist auf Grund Idessen zur Einhaltung von Sicherheitsmaßnahmen
gezwungen; ein Umstand, der eine betriebsmäßige Anwendung ebenfalls stark beeinträchtigt
Ein weiterer Nachteil liegt in den hohen Anschaffungskosten.
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Die Erfindung beseitigt diese Nachteile, indem sie als Funkenerzeuger
einen magnetischen Vibrator verwendet, dessen federnd gelagerte Spitze beim Aufsetzen
des Gerätes auf das Werkstück einen Stromkreis zur Magnetspule schließt, der entstehende
Magnetismus zieht die Spitze von dem Werkstück ab, der Stromkreis zur Magnetwicklung
wird unterbrochen, und die Spitze kann sich federnd wieder an das Werkstück anlegen,
so daß das durch den Abreißfunken erzeugte Licht in der üblichen Weise spektralanalytisch
zerlegt durch das Fernrohr beobachtet werden kann.
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Zur Funkenerzeugung wird eine Spannung verwendet, die ihrer Größe
nach in den Bereich der Kleinspannung (<42 Volt) nach VDE O 100, # 3 d, fällt,
für die Schutzmaßnahmen nicht erforderlich sind.
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Die durch den relativ einfachen Aufbau mögliche günstige Preisbildung
stellt einen wesentlichen Vorteil des vielseitigen und besonders für betriebsmäßige
Materialprüfungen geeigneten Gerätes dar.
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Die Nachweisempfindlichkeit für Legierungsmetalle wurde den praktischen
Erfordernissen angepaßt. Mit einem ausgeführten Gerät nach der Erfindung werden
z. B. folgende Legierungsbestandteile in Stahl mit einer unteren Nachweisgrenze
bestimmt: Chrom .......................... 0,05% Mangan .........................
0,1 % Molybdän , o, I 0,1 % Vanadin 0,05 4>/@ Titan , o,2 % Aluminium
.................. 0,5 % Nickel ,, I,0 O/o Kobalt ..................... 3,0 % Das
Gerät ermöglicht es, die genannten Legierungselemente in einer Prüfzeit von wenigen
Sekunden zu erkennen.
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Der Aufbau und die Wirkungsweise der Erfindung werden an Hand eines
in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wie folgt erläutert: Vom Netzanschlußtransformator
I aus wird dem Gerät eine Wechselspannung zugeführt. Der eine Pol ist dem Anfang
der Spule 2 angeschlossen, der andere an die Kontaktstütze 3. Das Spulende liegt
am Eisenkern 4; über die Polschuhe 5, Federhaltewinkel 6 und Feder 7 besteht eine
leitende Verbindung zum Wolframstift 8, der als Elektrode dient.
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Wird das Gerät auf das zu prüfende Werkstück 9 aufgesetzt, so schließt
sich über Elektrode 8, Werkstück 9, Kontaktstütze 3 der Stromkreis. Durch den jetzt
die Spule durchfließenden Strom werden die beiderseits der Spule angeordneten Polschuhe
5 magnetisch und ziehen den Anker 10 an.
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Die in die Verlängerung des Ankers 10 gefaßte Elektrode 8 wird dadurch
vom Werkstück g abgehoben. Der Stromkreis wird unter Bildung eines Öffnungsfunkens
unterbrochen. Beim Verlöschen des Funkens hat sich das Magnetfeld aufgehoben, der
Anker 10 mit der Elektrode 8 schwingt durch die Feder 7 auf das Werkstück g zurück.
Dadurch schließt sich der Stromkreis erneut, der Vorgang wiederholt sich. Stärke
der Feder 7 und Gewicht des Ankers 10 sind derart abgestimmt, daß bei jeder Halbperiode
des Wechselstromes ein Funke entsteht. Die Funken werden durch die beiden achromatischen
Linsen 11 und I2 über den Spiegel I3 auf den Spalt 14 des Spektroskopes 15 projiziert.
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Die achromatische Lupe 16 bildet den Spalt über das Dispersionsprisma
I7 und die beiden Fernrohrlinsen I8 und 19 in das Auge des Beobachters ab.
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Durch seitliche Verstellung des Fernrohres wird der jeweils in Frage
kommende Wellenlängenbereich ins Blickfeld gebracht. Die seitliche Verstellung erfolgt
mittels eines in der Zeichnung nicht angegebenen Schraubentriebes am Drehpunkt 21.
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Durch die Anordnung der Kontaktstütze 3 an Stelle des bei den meisten
anderen Geräten üblichen Tisches ist es möglich, Werkstücke in jeder beliebigen
Lage zu prüfen. Der Prüfende setzt das Gerät auf das zu untersuchende Material auf
und beobachtet, ob die für ein Legierungselement kennzeichnenden Spektrallinien
vorhanden sind (qualitative Prüfung). Mit etwas Übung läßt sich dabei nach der Methode
der homologen Linienpaare (Vergleich der Helligkeit zwischen Legierungslinien und
Grundmetallinien) die prozentuale Höhe mit ausreichender Genauigkeit schätzen (halbquantitative
Prüfung).
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PATENTANSPROCHE I. Gerät zur spektralanalytischen Bestimmung der
Legierungsbestandteile metallischer Werkstoffe, dessen Spektroskop mit Fernrohr
und Funkenerzeuger eine bauliche Einheit bildet, dadurch gekennzeichnet, daß als
Funkenerzeuger ein magnetischer Vibrator verwendet wird, dessen federnd gelagerte
Spitze (8) beim Aufsetzen des Gerätes auf das Werkstück (9) einen Stromkreis zur
Magnetspule (2) schließt, die die Spitze (8) von dem Werkstück (9) abzieht, wodurch
der Stromkreis zur Magnetwicklung (2) unterbrochen wird und die Spitze (8) sich
federnd wieder an das Werkstück (g) anlegen kann, so daß das durch den Abreißfunken
erzeugte Licht in der üblichen Weise spektralanalytisch zerlegt durch das Fernrohr
(I8 bis 20) beobachtet werden kann.