DE2816432C2

DE2816432C2 - Verfahren zur Durchführung berührungsloser Schmelz- und Erstarrungsvorgänge von Probekörpern

Info

Publication number: DE2816432C2
Application number: DE19782816432
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim 2804 Lilienthal Herzog; Gerhard Dipl.-Ing. 2800 Bremen Schneider
Original assignee: Erno-Raumfahrttechnik 2800 Bremen De GmbH
Current assignee: Erno-Raumfahrttechnik 2800 Bremen De GmbH
Priority date: 1978-04-15
Filing date: 1978-04-15
Publication date: 1983-03-10
Also published as: DE2816432A1; FR2422917A1; FR2422917B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung berührungsloser Schmelz- und Erstarrungsvorgänge von Probekörpern im Weltraum, bei dem die Probekörper in einem geeigneten Ofen erschmolzen Probengröße durch die Wellenlänge des Ultraschallfeldes stark eingeschränkt Es ist also festzustellen, daß die bisherigen Vorschläge

zur Durchführung derartiger Schmelzen im kräftefreien

Raum praktisch nicht durchführbar sind, jedenfalls dann

nicht, wenn mit den angegebenen Positionierverfahren die Sollage des Probekörpers erhalten werden soll.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren

anzugeben, das in jedem Fall eine kräftefreie und berührungslose Durchführung von Schmelz- und Erstarrungsversuchen ermöglicht.

Erfindungsgemäß 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 AnsDrüchen

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 Regelverfahren 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 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 Zeichnung ist ein Probenwechselmechanismus dargestellt, wie er erfindungsgemäß bei der Durchführung des Verfahrens verwendet werden kann,

ίο Die in Form kugelförmiger Preßlinge vorbereiteten Probekörper 1 sind in einem den Schmelzofen 2 ringförmig umgebenden Magazin 3 gelagert In der Wandung des Schmelzofens 2 und in dem Magazin 3 ist ein aus zwei Probenhaltern 4 bzw. 5 bestehender Manipulator 6 angeordnet Diese beiden Probenhalter 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 Schmelzofen 2 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 Schmelzofen 2 selbst ist Bestandteil eines hier nicht näher dargestellten Satelliten, der in an sich bekannter Weise mit Meß- und Steuermitteln zur Lage- und Bahnregelung ausgerüstet ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1, Verfahren zur Durchführung berührungsloser Schmelz- und Erstarrungsvorgänge von Probekörpern in einem Schmelzofen, der in einem auf einer schwerelosen Bahn fliegenden Satelliten angeordnet ist, wobei der zu erschmelzende Probekörper in eine Sollage innerhalb des Schmelzofens verbracht, dort erschmolzen und nach Durchführung des Schmelzvorganges und Homogenisierung des Schmelzgutes ₎₀ durch Abkühlung innerhalb des Schmelzofens wieder in den festen Zustand überführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Probekörper während des gesamten Schmelzvorganges einschließlich der nachfolgenden Abkühlung durch |₅ berührungslos arbeitende Meßmittel hinsichtlich seiner Lage innerhalb des Schmelzofens überwacht wird und daß bei Abweichungen des Probekörpers von der Sollaqe innerhalb des Schmelzofens von den Meßmitteln Steuersignale abgeleitet werden, die ihrerseits über Impulsgeber eine Lage- bzw. Bahnänderang des den Schmelzofen enthaltenden Satelliten derart bewirken, daß der Probekörper wieder in seine Sollage innerhalb des Schmelzofens überführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Probekörper im Vakuum durch Aufheizung mittels Strahlungsheizung erschmolzen wird.
3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekenn- _M zeichnet, daß der Probekörper im Vakuum durch Aufheizung mittels Induktionsheizung erschmolzen wird.
4. Verfahren nach .-inern <itr Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß mehrere Probekörper nacheinander unter Verwendur ; eines Probenwechselmechanismus erschmolzen werden.
5. Probenwechselmechanismus zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekenn· zeichnet, daß im Außenraum des Schmelzofens (2) ein ringförmiges Magazin (3) für die vorbereiteten Probekörper (1) vorgesehen ist, aus dem die einzelnen Probekörper (1) nacheinander durch Probenhalter (4, 5) in den Innenraum des Schmelzofens (2) und nach Durchführung des Schmelz- und Erstarrungsvorganges wieder in das Magazin (3) überführbar sind, wobei die Probenhalter (4, 5) derart verschiebbar sind, daß sie in der Ruhestellung einen Bestandteil der Ofenwandung bilden.

und nach Durchführung der Schmelzvorgftnge 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 Erstarrungsverbaltens 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 Festkörpereigeuschaften 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 Probekörper von jeglichen Umwelteinflüssen möglichst frei zu halten, insbesondere natürlich von außen einwirkenden Kräften. Dazu ist bereits vorgeschlagen worden, die zu untersuchenden Probekörper in einem geeigneten Ofen in eine Sollage möglichst in der Mitte eines beispielsweise kugelförmigen Ofens zu bringen und dort die Lage dieses Probekörpers auch im geschmolzenen Zustand zu stabilisieren. Als geeignetes Mittel 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 Piobekörpers 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 Kraftkomponenten auf, die zu einer unkontrollierten Rotation der Probe führen. Bei schmelzflüssigen Proben finden beachtliche Oberflächenströmungen und Osziallationen des gesamten flüssigen Probenkörpers statt

Diese negativen Erscheinungec 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
6. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren _M Zusammensetzung der Gasatmosphäre mit Änderung nach Anspruch 1 bis 4 und gegebenenfalls mit einem der Temperaturen hinzu. Und schließlich wird auch die

Probenwechselmechanismus nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung in einem Subsatelliten eines Raumlabors angeordnet ist
7. Subsatellit mit einer Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Subsatellit über Kabel mit dem Raumlabor verbunden ist, die zum Anschluß des Subsatelliten an die Energiequellen, wissenschaftlichen Einrichtungen des Raumlabors, wie Rechenanlagen usw. verwendet sind.