Für einen Schmelztiegel mit keramikfreiem Auslass zum Ableiten eines Schmelzstrahles bestimmte Spule

Abstract

 Bei einer für einen Schmelztiegel mit keramikfreiem Auslaß zum Ableiten eines Schmelzstrahles bestimmte Spule (5) ist der Zuleiter (7) und Rückleiter (8) zu einer einzigen Stromzuführung in Höhe einer Stirnseite der Spule (5) zusammengefaßt und bis unmittelbar vor die Windungen geführt. Die Windungen verlaufen von der dem Zuleiter (7) und Rückleiter (8) axial gegenüberliegenden Seite der Spule (5) symmetrisch zu den zu dieser Stirnseite führenden Windungen zurück zum Rückleiter (8).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine für einen Schmelztiegel mit keramikfreiem Auslaß zum Ableiten eines Schmelzstrahles bestimmte Spule, welche über einen Zuleiter und einen Rückleiter bestromte Windungen aufweist.

[0002] Bei der keramikfreien Ableitung eines Schmelzstrahles, bei der der von ihm durchströmte Auslaß aus einzelnen von der Spule umgebenen Palisaden aus Metall gebildet ist, entstehen durch die erforderliche hohe Leistungseinbringung in den Schmelzstrahl Probleme, da bei den bekannten Spulen durch die geometrische Form der Spule und ihre Stromzuführung die Leistungseinbringung immer unsymmetrisch und damit inhomogen ist. Daher erfolgt eine Ablenkung des flüssigen Metallstrahles durch die Magnetfelder der Spule. Eine solche Ablenkung ist bei einer anschließenden Weiterverarbeitung des Metallstrahles zu Pulver oder zu einem Formengußteil unerwünscht oder verhindert sogar die nachfolgenden Verfahren.

[0003] Bisher wurde versucht, den Effekt eines abgelenkten Metallstrahles durch eine zusätzliche Ausgleichswindung, durch Veränderungen im Höhenabstand zwischen den Spulenwindungen oder durch lokale Veränderungen des Spulendurchmessers zu minimieren. Weiterhin hat man versucht, Körper aus speziellen Magnetlegierungen im Bereich des Auslasses anzuordnen, um solche Magnetfeldinhomogenitäten auszugleichen. Die bekannten Verfahren sind jedoch immer mit einer Verminderung des Wirkungsgrades des Systems verbunden und lösen das Problem nicht grundsätzlich.

[0004] Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Spule der eingangs genannten Art zu entwikkeln, mit der eine hohe Leistungseinbringung bei möglichst großer Homogenität des Magnetfeldes möglich ist.

[0005] Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zuleiter und Rückleiter zu einer einzigen Stromzuführung in Höhe einer Stirnseite der Spule zusammengefaßt bis unmittelbar vor die Windungen führt und daß die Windungen von der der Stromzuführung axial gegenüberliegenden Seite der Spule symmetrisch zu den zu dieser Stirnseite führenden Windungen zurück zum Rückleiter verlaufen.

[0006] Eine solche Spule erlaubt eine koaxiale Stromzuführung. In den Spulenwindungen herrscht aufgrund der Geometrie der halbkreisförmigen Windungsabschnitte eine symmetrische Stromverteilung. Dadurch entsteht in der Spule ein zu ihrer Mittelachse symmetrisches Magnetfeld, wodurch eine seitliche Metallstrahlablenkung verhindert wird.

[0007] Die erfindungsgemäße Spule kann unterschiedlich gestaltet sein. Wenn es darauf ankommt, in den flüssigen Metallstrahl hohe Leistungen einzubringen und keine resultierenden, die Ausfließgeschwindigkeit des Metallstrahles beeinflussenden Magnetkräfte erzeugt werden müssen, dann läßt sich die Spule besonders kostengünstig herstellen, wenn die Windungen vom Zuleiter zunächst einen, fast einen Halbkreis bilden Windungsabschnitt, dann einen kurzen, in Axialrichtung verlaufenden Verbindungsabschnitt aufweist, dem sich wiederum jeweils fast einen Halbkreis bildender, mit entgegengesetztem Drehsinn verlaufender Windungsabschnitt anschließt und wenn nach einer gewünschten Anzahl von durch die in Axialrichtung verlaufenden Verbindungsabschnitte verbundenen Windungsabschnitten eine die zwei axialen Verbindungsabschnitte auf der von der Stromzuführung entfernten Seite durch einen nahezu vollen Windungskreis verbunden sind und wenn die Windung anschließend symmetrisch zu den übrigen Windungen zum Rückleiter verläuft.

[0008] Wenn man zur Regelung des Prozeßablaufes eines Umschmelzverfahrens durch auf den Metallstrahl wirkende Magnetkräfte das Abfließen des Metalles regeln will, dann ist eine Spule vorteilhaft, die sich dadurch auszeichnet, daß vom Zuleiter zunächst ein fast einen Halbkreis bildender Windungsabschnitt vorgesehen ist, dem sich durch einen schräg verlaufenden Verbindungsabschnitt höhenversetzt ein zweiter fast einen Halbkreis bildender Windungsabschnitt mit gleichem Drehsinn anschließt und wenn nach einer gewünschten Anzahl von Windungsabschnitten von der der Stromführung entfernten Stirnseite die Windungen symmetrisch zu den zu der entfernten Stirnseite führenden Windungen zum Rückleiter verlaufen.

[0009] Eine mögliche elliptische Verformung des Metallstrahles durch die um 180 versetzt gegenüberliegenden Sprünge der Windungsabschnitte der erfindungsgemäßen Spule kann dadurch minimmiert werden, daß gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung an den zwischen den Verbindungsabschnitten liegenden Bereichen an der 90 und 270 _° Position jeweils eine Feldabschwächung vorgesehen ist. Die verbleibende Inhomogenität einer solchen Spule liegt im Endbereich der Spule und stört dort nicht.

[0010] Eine andere Möglichkeit der Kompensation von Inhomogenitäten des Magnetfeldes besteht darin, daß die Stellung und/oder Anzahl der Palisaden unterschiedlich ist.

[0011] Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zu ihrer weiteren Verdeutlichung sind zwei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. In ihr zeigen die

Fig.1 eine Seitenansicht eines Strahlführungssystems, hälftig als Schnitt dargestellt,

Fig.2 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäß gestalteten Spule,

Fig.3 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Spule.

[0012] Die Figur 1 zeigt einen Teilbereich eines Tiegelbodens 1 mit einem trichterförmigen Auslaß 2, welcher aus mehreren, jeweils mit geringem Abstand zueinander angeordneten Palisaden 3, 4 aus Metall gebildet ist. Der Auslaß 2 ist von einer Spule 5 umgeben, welche eine als Koaxialkabel ausgebildete Stromzuführung 6 hat. Die Spule 5 ist symmetrisch aufgebaut, so daß ein aus dem Auslaß 2 ausfließender Metallstrahl nicht seitlich abgelenkt wird. Ihre genaue Gestaltung ergibt sich aus den Figuren 2 und 3.

[0013] Die in Figur 2 perspektivisch dargestellte Spule 5 hat unmittelbar nebeneinander einen Zuleiter 7 und einen Rückleiter 8. Vom Zuleiter 7 verläuft ein Windungsabschnitt 9, der nahezu einen Halbkreis bildet. Ihm schließt sich ein axialer, senkrecht nach oben führender, kurzer Verbindungsabschnitt 10 an, der in einen weiteren, mit entgegengesetztem Drehsinn wie der Windungsabschnitt 9 verlaufenden, ebenfalls nahezu halbkreisförmigen Windungsabschnitt 11 übergeht. Am Ende des Windungsabschnittes 11 ist wiederum ein kurzer, axial verlaufender Verbindungsabschnitt 12 vorgesehen. Von diesem Verbindungsabschnitt 12 führt ein nahezu einen vollen Kreis bildender Windungsabschnitt 13 zu einem parallel zum Verbindungsabschnitt 12 nach unten gerichteten Verbindungsabschnitt 14, dem sich symmetrisch zum Windungsabschnitt 11 ein halbkreisförmiger Windungsabschnitt 15, nochmals ein nach unten gerichteter Verbindungsabschnitt 16 und am Schluß wiederum ein fast einen Halbkreis bildender, zum Rückleiter 8 führender Windungsabschnitt 17 anschließt.

[0014] Bei der Spule 5 gemäß Figur 2 wechselt die Stromrichtung von Windungsabschnitt 9, 11 bzw. 15, 17 jeder Seite. Das kann durch die Ausführungsform nach Figur 3 vermieden werden. Genau wie bei der zuvor beschriebenen Spule 5 verläuft vom Zuleiter 7 zunächst ein Windungsabschnitt 18 nahezu halbkreisförmig. Dann führt ein Verbindungsabschnitt 19 schräg nach oben zur radial gegenüberliegenden Seite, wo sich mit gleichem Drehsinn ein ebenfalls nahezu einen Halbkreis bildender Windungsabschnitt 20 anschließt. Ihm folgt ein weiterer, schräg nach oben führender Verbindungsabschnitt 21 und ein nahezu eine Vollkreis bildender Abschnitt 22. Von dort verläuft die Spule 5 symmetrisch zu den bisher beschriebenen Bereichen mit Verbindungsabschnitten 23, 24 und Windungsabschnitten 25, 26 zum Rückleiter 8.

[0015] Es ist anzumerken, daß die Spule 5 auch genau umgekehrt angeordnet werden kann, wie in den Figuren dargestellt, also mit dem Zuleiter 7 und Rückleiter 8 nach oben.

Bezugszeichenliste

[0016] 

1 Tiegelboden

2 Auslaß

3 Palisade

4 Palisade

5 Spule

6 Stromzuführung

7 Zuleiter

8 Rückleiter

9 Windungsabschnitt

10 Verbindungsabschnitt

11 Windungsabschnitt

12 Verbindungsabschnitt

13 Windungsabschnitt

14 Verbindungsabschnitt

15 Windungsabschnitt

16 Verbindungsabschnitt

17 Windungsabschnitt

18 Windungsabschnitt

19 Verbindungsabschnitt

20 Windungsabschnitt

21 Verbindungsabschnitt

22 Abschnitt

23 Verbindungsabschnitt

24 Verbindungsabschnitt

25 Windungsabschnitt

26 Windungsabschnitt

Ansprüche

1. Für einen Schmelztiegel mit keramikfreiem Auslaß (2) zum Ableiten eines Schmelzstrahles bestimmte Spule (5), welche über einen Zuleiter (7) und einen Rückleiter (8) bestromte Windungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuleiter (7) und Rückleiter (8) zu einer einzigen Stromzuführung (6) in Höhe einer Stirnseite der Spule (5) zusammengefaßt bis unmittelbar vor die Windungen führt und daß die Windungen von der der Stromzuführung (6) axial gegenüberliegenden Seite der Spule (5) symmetrisch zu den zu dieser Stirnseite führenden Windungen zurück zum Rückleiter (8) verlaufen.

2. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen vom Zuleiter (7) zunächst einen, fast einen Halbkreis bilden Windungsabschnitt (9), dann einen kurzen, in Axialrichtung verlaufenden Verbindungsabschnitt (10) aufweist, dem sich wiederum ein jeweils fast einen Halbkreis bildender, mit entgegengesetztem Drehsinn verlaufender Windungsabschnitt (11) anschließt und daß nach einer gewünschten Anzahl von durch die in Axialrichtung verlaufenden Verbindungsabschnitte (10, 12) verbundenen Windungsabschnitten (9, 11) eine die zwei axialen Verbindungsabschnitte (12, 14) auf der von der Stromzuführung (7 + 8) entfernten Seite durch einen nahezu vollkreisförmigen Windungsbereich (13) verbunden sind und daß die Windung anschließend symmetrisch zu den übrigen Windungen zur Rückleitung (8) verläuft.

3. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Zuleiter (7) zunächst ein fast einen Halbkreis bildender Windungsabschnitt (18) vorgesehen ist, dem sich durch einen schräg verlaufenden Verbindungsabschnitt (19) höhenversetzt ein zweiter fast einen Halbkreis bildender Windungsabschnitt (20) mit gleichem Drehsinn anschließt und daß nach einer gewünschten Anzahl von Windungsabschnitten (18, 25) von der dem Zuleiter (7) entfernten Stirnseite die Windungen symmetrisch zu den zu der entfernten Stirnseite führenden Windungen zurück zum Rückleiter (8) verlaufen.

4. Spule nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den zwischen den Verbindungsabschnitten (10, 12, 14,16; 19, 21,23, 24) liegenden Bereichen an der 90_° und 270 Position jeweils eine Feldabschwächung vorgesehen ist.

5. Spule nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation von Inhomogenitäten des Magnetfeldes der Spule (5) die Stellung und/oder Anzahl der Palisaden (3, 4) unterschiedlich ist.

Zeichnung