DE2816432A1

DE2816432A1 - Verfahren zur durchfuehrung kraeftefreier und beruehrungsloser schmelz- und erstarrungsuntersuchungen

Info

Publication number: DE2816432A1
Application number: DE19782816432
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Herzog; Gerhard Dipl Ing Schneider
Original assignee: Erno Raumfahrttechnik GmbH
Current assignee: Erno Raumfahrttechnik GmbH
Priority date: 1978-04-15
Filing date: 1978-04-15
Publication date: 1979-10-25
Also published as: DE2816432C2; FR2422917A1; FR2422917B1

Description

7824-E-02 "^ Bremen, den 12. April 19T&

Mei/ka

E R. N O Raumfahrttechnik
Gesellschaft mit "beschränkter Haftung

Verfahren zur Durchführung kräftefreier und berührungsloser Schmelz- und Erstarrungsuntersuchungen

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Durchführung kräftefreier und berührungsloser Schmelz- und Erstarrungsuntersuchungen im Weltraum, bei dem die Proben in einem geeigneten Ofen erschmolzen und nach Durchführung der Schmelze und Homogenisierung des Schmelzgutes durch Abkühlung wieder zum Erstarren gebracht werden.

Es ist bekannt, daß zur wirtschaftlichen Nutzung der Raumfahrt u.a. Vorschläge zur Untersuchung des Schmelz- und Erstarrungsverhaltens fester Stoffe gemacht worden sind. Dabei geht man von der Voraussetzung aus, daß durch ein Schmelzen im schwerefreien Raum besonders günstige Voraussetzungen zum Entstehen von Pestkorpereigenschaften

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gegeben sind, die auf der Erde unter dem Einfluß des Schwerefeldes der Erde nicht erreicht werden können. Ein Problem ist es selbstverständlich, die zu erschmelzenden Proben von jeglichen Umwelteinflüssen möglichst frei zu halten, insbesondere natürlich von außen einwirkenden Kräften. Dazu ist bereits vorgeschlagen worden, die zu untersuchenden Proben in einem geeigneten Ofen in eine Sollage möglichst in der Mitte eines beispielsweise kugelförmigen Ofens zu bringen und dort die Lage dieser Probe auch im geschmolzenen Zustand zu stabilisieren. Als geeignetesMittel für diesen letzteren Zweck ist die Verwendung elektrischer oder auch akustischer Kräfte vorgeschlagen worden.

Inzwischen durchgeführte Versuche mit diesen Positionierungsvorrichtungen, die einen zeitlich stationären muldenförmigen Potentialtopf zur Aufnahme und Halterung eines Probekörpers bilden, haben jedoch gezeigt, daß infolge der Reflexionen der Probe an den Potentialwänden erhebliche Impulse auf diese Probe ausgeübt werden. Weil aber gleichzeitig keine entsprechende Dämpfung vorgesehen werden kann, führt das zu Schwingungen der Probe um den Sollpunkt. Dabei treten durch den Potentialverlauf und die endliche Probengröße tangential wirkende

ZU

Kraftkomponenten auf, die/exner unkontrollierten Eotation der Probe führen. Bei schmelzflüssigen Proben finden beachtliche Oberflächenströmungen und Oszillationen des gesamten flüssigen Probenkörpers statt.

Diese negativen Erscheinungen treten sowohl bei elektrostatisch oder elektromagnetisch positionierten leitfähigen flüssigen Proben auf, wie auch bei Positionierverfahren, die mit Hilfe eines akustischen Feldes diese Positionierung bewirken sollen. Hinzu kommt im letzteren Fall, daß Untersuchungen im Vakuum bei einem derartigen Verfahren unmöglich werden, weil in diesem Falle eine Gasatmosphäre als Träger des akustischen Feldes erforderlich ist. Außerdem kommen in diesem Falle noch stetige Änderungen von Druck und Zusammensetzung der Gas-

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atmosphäre mit Änderung der Temperaturen hinzu. Und schließlich wird auch die Probengröße durch die Meilenlänge des Ultraschallfeldes stark eingeschränkt.

Es ist also festzustellen, daß die bisherigen Vorschläge zur Durchführung derartiger Schmelzen im kräftefreien Baum praktisch nicht durchführbar sind, jedenfalls dann nicht, wenn mit den angegebenen Positionierverfahren die Sollage des Probekörpers erhalten werden soll.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, das in jedem Fall eine kräftefreie und berührungslose Durchführung von Schmelz- und Erstarrungsversuchen ermöglicht.

Erfindungsgeraäß ist das möglich, wenn bei an sich bekannter Verwendung eines geeigneten Ofens, in dem die Probekörper erschmolzen und nach Durchführung der Schmelze und Homogenisierung des Schmelzgutes durch Abkühlung innerhalb des Ofens wieder in den festen Zustand überführt werden, die in den Ansprüchen niedergelegten Verfahrensschritte eingehalten werden. Dabei wird gewährleistet, daß die Probe selbst tatsächlich auf einer schwerefreien Bahn völlig frei von der Einwirkung äußerer Kräfte erschmolzen und wieder zur Erstarrung gebracht werden kann, während der die Probe umgebende Ofen mitsamt dem diesen Ofen tragenden Satelliten als äußeres Koordinatensystem der Probe nachgeführt werden. Es hat sich herausgestellt, daß bei Anwendung an sich bekannter Hegelverfahren zur Lagestabilisierung kein höherer Energieaufwand zu treiben ist, als bei der bisher üblichen Lage- und Bahnstabilisierung eines Satelliten.

Bei dem hohen Aufwand,der selbstverständlich für solche Untersuchungen erforderlich ist, ist es zweckmäßig, dafür zu sorgen, daß eine Anzahl von Proben nacheinander in den Ofen verbracht, dort erschmolzen

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und wieder zur.Erstarrung gebracht werden können. Das geschieht vorzugsweise mit einer Probenwechselvorrichtung, die ebenfalls in den Ansprüchen bereits beschrieben ist.

Ein mit einer derartigen Einrichtung versehener Satellit kann selbstverständlich besonders günstig als Subsatellit aus einem Raumlabor eingesetzt werden, wobei dieses Raumlabor selbst der Subsatellitenbahn folgt. Das gibt auch die Möglichkeit, die Energieversorgung eines solchen Subsatelliten einfacher zu gestalten, indem die Energiequellen für die Durchführung der Versuche in dem Raumlabor selbst verbleiben, ferner können selbstverständlich auch die sonstigen wissenschaftlichen Einrichtungen, wie Rechner usw. des Raumlabors selbst verwendet werden, wenn dieses nur durch ein Kabel zur Übermittlung der Meßdaten einerseits und der Steuerbefehle andererseits mit dem Subsatelliten verbunden ist.

In der beigefügten Zeichnung ist ein Probenwechselmechanismus' dargestellt, wie er erfindungsgemäß bei der Durchführung des Verfahrens verwendet werden kann.

Die in Form kugelförmiger Preßlinge vorbereiteten Probekörper 1 sind in einem den Ofen 2 ringförmig umgebenden Magazin 3 gelagert. In der Wandung des Ofens 2 und in diesem Magazin 3 ist ein aus zwei Probehaltern 4 bzw. 5 bestehender Manipulator 6 angeordnet. Diese beiden Probehalter 4 bzw. 5 sind in axialer Richtung bewegbar und nehmen in der Ruhestellung eine Lage derart ein, daß ihre dem Ofeninneren zugewandten Stirnflächen einen Bestandteil der Ofenwand selbst bilden. Der Ofen selbst ist auf seiner Innenseite mit einer Heizwicklung 7 versehen, die über Anschlüsse 8 mit elektrischer Energie versorgt wird. Die Ofenwand wird außerdem noch durch an sich bekannte optische Meßmittel durchdrungen, die aus Sendern 9 und Empfängern 10 bestehen. Der Ofen 2 selbst ist

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Bestandteil eines hier nicht näher dargestellten Satelliten, der in an siÄh "bekannter Weise mit Meßy und Steuermitteln zur Lage~ und Bahnregelung ausgerüstet ist.

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Leerseife

Claims

7824-E-Ö9 Bremen, den 12. April 1978

. Mei/kä

Pa tent a ns ρ r ü c he

1.) Verfahren zur Durchführung kräftefreier und ■berührungsloser Schmelzen in einem Schmelzofen, der in einem auf einer schwere- "-■" losen Bahn fliegenden Satelliten angeordnet ist, wobei die zu erschmelzende Probe in an sich bekannter Weise in. eine Sollage innerhalb des Ofens verbracht, dort erschmolzen und nach Durchführung der Schmelze und Homogenisierung des Schmelzgutes durch Abkühlung innerhalb des Ofens wieder in den festen Zustand überführt wird, dadurch g e k e η η ζ e i c h ή e t ,daß die Probe während des gesamten Schmelzvorganges einschließlich der nachfolgenden Abkühlung durch berührungslos arbeitende Meßmittel hinsichtlich ihrer Lage innerhalb des Ofens überwacht wird und daß bei Abweichungen der Probe von der Soilage innerhalb des Ofens von den Meßmitteln Steuersignale abgeleitet werden, die ihrerseits über an sich bekannte Impulsgeber eine Lage- bzw. Bahnänderung des den Schmelzofen enthaltenden Satelliten derart bewirken, daß die Schmelzprobe wieder in ihre Sollage innerhalb des Ofens überführt wird.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h η et , daß die Aufheizung der Schmelzprobe innerhalb des Ofens berührungs frei erfolgt.

) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge k β η η ζ ö i c h -. η e t , daß auch die Abkühlung der Schmelzprobe berührungsfrei durchgeführt wird.

; ν 909843/0221 _{0R|G1NAL 1NSPECT}ED -

4·) Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Probe im Vakuum durch Aufheizung mittels Strahlungsheizung erschmolzen wird.

5·) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Probe im Vakuum durch Auf— heizung mittels Induktionsheizung erschmolzen wird.

6.) Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Schmelzproben nacheinander unter Verwendung eines Probenweciiselmechanisnras erschmolzen werden.

7·) Probenwechselmechanismus zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet} daß im Außenraum des Schmelzofens (2) ein vorzugsweise ringförmiges Magazin (3) für die vorbereiteten Schmelzproben (1) vorgesehen ist, aus dem die einzelnen Proben nacheinander durch Probenhalter entnehmbar und in den Innenraum des Schmelzofens überführbar sind, von wo sie nach Durchführung des Schmelzverfahrens und Erstarrung der Probe wieder in das Magazin überführbar sind, wobei die Probenhalter derart ausgebildet sind, daß sie in der Ruhestellung einen Bestandteil der Ofenwandung bilden.

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