DE1018650B - Verfahren und Vorrichtung, um elektrisch leitende, insbesondere metallische Werkstoffe frei schwebend zu halten - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung, um elektrisch leitende, insbesondere metallische Werkstoffe frei schwebend zu haltenInfo
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Description
DEUTSCHES
Es ist schon vor langer Zeit vorgeschlagen worden, metallische Werkstoffe ohne Berührung mit einem
Tiegel dadurch zu schmelzen, daß man sie einem elektromagnetischen Feld aussetzt, das durch ein oder
mehrere mit Wechselstrom gespeiste Elektromagnete erzeugt wird. Man vermutete, daß es auf diese Weise
möglich sein würde, Metallkörper durch elektrodynamische Wirkung frei schwebend zu erhalten und
sie gegebenenfalls auf beliebige Temperaturen, auch bis über den Schmelzpunkt, zu erhitzen.
Es dauerte jedoch lange Zeit, bis es gelang, die hierfür notwendigen Bedingungen so einzustellen, daß
wenigstens kleine Mengen in der Größenordnung bis etwa 100 g an Metallen oder Legierungen tatsächlich
zum freien Schweben gebracht werden konnten. Im flüssigen Zustand gelang dies zunächst nur für Aluminium,
da dieses im geschmolzenen Zustand von einer das Abfließen verhindernden Oxydhaut umgeben ist.
Für die Durchführung des Verfahrens war es notwendig, einerseits genügend starke elektromagnetische
Felder zu erzeugen, durch deren Auftrieb die auf den zu behandelnden Metallkörper wirkende Schwerkraft
kompensiert wurde, und andererseits das elektromagnetische Feld so zu gestalten, daß der zu behandelnde
Metallkörper sich in einem Feldminimum und damit in einer stabilen Lage befindet.
Man versuchte, diesen Bedingungen durch verschiedene Ausgestaltung von stromdurchflossenen
Spulen gerecht zu werden. Beispielsweise ordnete man zwei spiralförmig gewickelte Tellerspulen übereinander
an und versuchte, Metallkugeln zwischen diesen frei schwebend zu halten.
Man versuchte auch, mit zwei übereinander angeordneten Zyliiiderspulen oder konischen Spulen,
gegebenenfalls mit verschiedener Konizität, oder mit einer Kombination von konischen und Tellerspulen
zu arbeiten.
Schließlich ist vorgeschlagen worden, die untere Tellerspule zu wölben.
Die bisher bekanntgewordenen Verfahren waren aber auf verhältnismäßig schmale zu behandelnde
Körper beschränkt. Es wurde mit Kugeln oder kugelähnlichen Körpern gearbeitet, deren Durchmesser in
der Regel in der Größenordnung eines Zentimeters lag.
Andererseits zeigen Betrachtungen über die Stabilität von flüssigen Schmelzkörpern im elektromagnetischen
Feld, daß es wegen der für diese Felder geltenden Gesetzmäßigkeiten und dem geringen Wert
der Oberflächenspannung z. B. von flüssigen Metallen nicht möglich ist, die Schmelzhöhe und die Schmelzmenge
über ein gewisses, verhältnismäßig geringes Maß hinaus zu steigern. Wenn die maximal zulässige
Schmelzhöhe überschritten wird, läuft das Metall an Verfahren und Vorrichtung, um elektrisch
leitende, insbesondere metallische
Werkstoffe frei schwebend zu halten
Werkstoffe frei schwebend zu halten
Anmelder:
Vacuumschmelze Aktiengesellschaft,
Hanau/M., Grüner Weg 37
Hanau/M., Grüner Weg 37
Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. Albrecht Mager, Hanau/M.,
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
gewissen kritischen Stellen ab. Bei den bekannten Spulensystemen befindet sich diese kritische Stelle in
der Spulenachse.
Ein Vorschlag, der nicht zum Stande der Technik gehört, geht dahin, die Breite der zu behandelnden
Körper dadurch zu vergrößern, daß man zur Erzeugung des elektromagnetischen Feldes eine Art Rost
verwendet, der aus einem elektrischen Leiter derart aufgebaut ist, daß benachbarte Leiterteile in entgegengesetzter
Richtung von Strom durchflossen werden. Die Erfindung besteht in einem Verfahren für die
Schwebebehandlung von elektrisch ausreichend leitenden, beispielsweise metallischen Werkstoffen.
Das elektromagnetische Feld wird dabei ebenfalls mit Hilfe einer Art Rost erzeugt. Dieser ist aufgebaut aus
einem Leitersystem, das aus einer Vielzahl von Gruppen von je mindestens zwei parallelen oder fast
gleichlaufenden Leiterteilen besteht, die von Strom durchflossen werden, wobei die Stromrichtung in benachbarten
Leitergruppen entgegengesetzt ist. Da mit Wechselstrom gearbeitet wird, ist unter Stromrichtung
die in einem beliebigen Zeitpunkt gerade vorhandene Stromrichtung verstanden.
Ein solcher Rost kann z. B. mäanderförmig oder -spiralförmig gestaltet sein und enthält in der Regel
mehr als drei (mindestens aber drei) Gruppen. Die Stromleiter bestehen z. B. aus wassergekühlten
Kupferrohren.
Abb. 1 gibt einen mäanderförmig gestalteten Rost wieder, ber dem jeweils zwei benachbarte Leiterteile
zu einer Gruppe zusammengefaßt sind. Die Gruppen sind mit α und b bezeichnet. Die eingezeichneten
Pfeile lassen erkennen, daß die Gruppen & in entgegengesetzter'
Richtung von Strom durchflossen werden als die Gruppen α. Seitlich ist nur jeweils ein einzelner
Leiterteil a' und V vorhanden.
VB 758/370
Abb. 2 zeigt einen Rost, bei dem der Leiter spiralförmig aufgewickelt ist nach Art einer doppelten
Bifilarspule. Auch hierbei sind die Leiterteile der verschiedenen Gruppen in entgegengesetzter Richtung
von Strom durchflossen.
Als Querschnitt ergibt sich im Prinzip eine Anordnung,
wie sie in Abb. 3 dargestellt ist, bei der die um die Leitergruppen α und b gezeichneten Linien die
Ausbildung des elektromagnetischen Feldes andeuten und c der zum Schweben gebrachte Metallkörper ist.
Abb. 3 läßt deutlich erkennen, daß durch Vergrößerung des Rostes die Horizontalausdehnung des
Körpers c beliebig gesteigert werden kann.
Praktische Versuche mit verhältnismäßig kleinen derartigen Rosten haben gezeigt, daß bei geeignet gewählter
Frequenz beispielsweise 1,5 kg festes Kupfer oder 170 g geschmolzenes Aluminium in der Schwebe
gehalten werden konnten.
Es kann zweckmäßig sein, die Leiteranordnungen schalenförmig auszuführen oder an den Rändern hochzuziehen,
um das zur Schwebe zu bringende und in der Schwebe zu haltende Material wie in einem
Schmelztiegel zu halten.
Wie vorstehend erwähnt, ist es nicht möglich, die Schmelzhöhe über ein gewisses Maß hinaus zu
steigern, und auch bei den bekannten Anordnungen sind die Schichthöhen des geschmolzenen Materials
im wesentlichen durch die kritischen Ablaufstellen begrenzt.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung liegen kritische Ablaufstellen auf Linien zwischen den
Spulengruppen α und b, wie dies die Abbildungen erkennen
lassen.
Der Einfluß dieser kritischen Ablaufstellen kann erfindungsgemäß weitgehend vermindert werden, wenn
man mindestens zwei zu einer gemeinsamen Einheit zusammengefaßte erfindungsgemäße, aus abwechselnd
in verschiedener Richtung von Strom durchflossenen Leitergruppen bestehende Leitersysteme mit verschiedenen
Frequenzen betreibt, wobei die Frequenzen möglichst unabhängig voneinander sein sollen, um
störende Schwebungen zu vermeiden, die zu Resonanzen mit dem Schmelzkörper führen könnten. In
Abb. 4 ist ein Beispiel für den Zusammenbau von Leitersystemen wiedergegeben, deren jedes gemäß der
Erfindung aus Leitergruppen besteht, bei dem benachbarte Gruppen in entgegengesetzter Richtung von
Strom durchflossen werden. Die Systeme werden von Strom verschiedener Frequenzen durchflossen.
Das eine Leitersystem besteht aus Gruppen von Leiterteilen, die mit + und — bezeichnet sind, das
andere System aus denjenigen Leitergruppen, deren Teile mit P und M gekennzeichnet sind. Der Kraftlinienverlauf
des zuerst genannten Systems ist durch ausgezogene Linien, der Kraftlinienverlauf des
zweiten Systems durch gestrichelte Linien wiedergegeben. Man sieht, daß das durch das zweite System
ausgebildete Feld gerade diejenigen kritischen Stellen des ersten Systems überbrückt, an denen infolge der
senkrechten Richtung der Kraftlinien die Gefahr des Ablaufens des geschmolzenen Metallkörpers bestehen
würde. Dadurch wird es möglich, die Schichthöhe des geschmolzenen und in der Schwebe zu haltenden
Metalls bei Anwendung der für das betreffende Metall erforderlichen Mindestfrequenz zu erhöhen. Die
Schichthöhe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im wesentlichen durch die angewendete Feldstärke
begrenzt, also nicht mehr, wie bei den bekannten Verfahren, durch die Oberflächenspannung,
Das geschilderte Prinzip der Anwendung zweier Frequenzen zur Vermeidung der kritischen Ablaufstellen
kann auch bei anderen zum Teil bekannten Spulenanordnungen angewendet werden. Auch dabei
werden mindestens zwei Leitersysteme zu einer Einheit zusammengefaßt. Die Leiterteile des einen
Systems werden von Strom einer bestimmten Frequenz durchflossen, und das dadurch aufgebaute Feld
überbrückt die kritischen Ablaufstellen des anderen Leitersystems, das von Strom einer anderen Frequenz
gespeist wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf alle Stoffe ausreichender elektrischer Leitfähigkeit anwenden,
insbesondere auf Metalle und Legierungen. Zum Beispiel ist es auch anwendbar auf ferromagnetische
Werkstoffe, sofern diese bis zum Curiepunkt oder darüber erhitzt werden.
Das Verfahren erweist sich z. B. für die nachstehend angeführten Zwecke als nützlich:
1. Wärmebehandlungen jeglicher Art im festen Zustand.
2. Sauberes Schmelzen.
3. Zonenschmelzen, indem einzelne Zonen schwebend geschmolzen werden.
4. Durchführung von Reaktionen im festen oder geschmolzenen Zustand mit umgebenden Gasphasen.
5. Vakuumbehandlungen im festen oder geschmolzenen Zustand z. B. zum Zwecke der Reinigung.
Claims (5)
1. Verfahren, um mit Hilfe elektromagnetischer Felder elektrisch leitende, insbesondere
metallische Werkstoffe im festen oder flüssigen Zustand frei schwebend zu halten, dadurch gekennzeichnet,
daß das elektromagnetische Feld durch ein Leitersystem erzeugt wird, das aus einer Vielzahl
von Gruppen von je mindestens zwei parallelen oder fast gleichlaufenden, zusammen eine
rostartige Vorrichtung bildenden Leiterteilen besteht, und benachbarte Gruppen von antiparallelen
Strömen durchflossen werden.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung des elektromagnetischen Feldes eine rostartige Vorrichtung dient, die aus mäanderförmig
gewundenen Leitern gebildet ist.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung des elektromagnetischen Feldes eine rostartige Vorrichtung dient, die aus spiralförmig
gewundenen Leitern gebildet ist.
4. Vorrichtung nach Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Ränder nach oben
gezogen sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei von Strömen verschiedener
Frequenz durchflossene Leitersysteme nach Anspruch 1 derart angeordnet werden, daß
die durch das eine System erzeugten Felder die durch das andere System gebildeten kritischen Ablaufstellen
überbrücken.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 7» 756/370 10.57
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEV10416A DE1018650B (de) | 1956-03-26 | 1956-03-26 | Verfahren und Vorrichtung, um elektrisch leitende, insbesondere metallische Werkstoffe frei schwebend zu halten |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEV10416A DE1018650B (de) | 1956-03-26 | 1956-03-26 | Verfahren und Vorrichtung, um elektrisch leitende, insbesondere metallische Werkstoffe frei schwebend zu halten |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1018650B true DE1018650B (de) | 1957-10-31 |
DE1018650C2 DE1018650C2 (de) | 1958-04-17 |
Family
ID=7573082
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEV10416A Granted DE1018650B (de) | 1956-03-26 | 1956-03-26 | Verfahren und Vorrichtung, um elektrisch leitende, insbesondere metallische Werkstoffe frei schwebend zu halten |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1018650B (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5294096A (en) * | 1991-12-10 | 1994-03-15 | Leybold Durferrit Gmbh | Power supply coil for the ceramic-free outlet of a melting pot |
-
1956
- 1956-03-26 DE DEV10416A patent/DE1018650B/de active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5294096A (en) * | 1991-12-10 | 1994-03-15 | Leybold Durferrit Gmbh | Power supply coil for the ceramic-free outlet of a melting pot |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1018650C2 (de) | 1958-04-17 |
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