DE2852052A1

DE2852052A1 - Drehbarer fluessigmetallzerstaeuber mit kuehleinrichtung

Info

Publication number: DE2852052A1
Application number: DE19782852052
Authority: DE
Inventors: Charles Clark Thompson
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1977-12-21
Filing date: 1978-12-01
Publication date: 1979-07-05
Also published as: NO784269L; DE2852052C2; FR2413155B1; CA1113212A; IL56120A; NO154381B; SE445810B; NL7812174A; NO154381C; SE7812698L; DK148411C; GB2010925B; GB2010925A; FR2413155A1; BE872676A; BR7808110A; DK573378A; US4140462A; DK148411B; IL56120A0

Description

PATENTANWÄLTE MENGES & PRAHL

Erhardtstrasse 12, D-8000 München 5

Patentanwälte Menges & Prahl, Erhardtstr.12, D-8000 München 5 Dipl.-Ing. Rolf Menges Dipl.-Chem.Dr Horst Prahl

Telefon (089) 26 3847 Telex 529581 BIPATd Telegramm BIPAT München

UNITED TECHNOLOGIES CORPORATION 1, Financial Plaza
Hartford, Connecticut 06101 Vereinigte Staaten von Amerika IhrZeichen/Yourref. Unser Zeichen/Our ref. Datum/Date

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. ^r. 1978

Drehbarer Flüssignietallzerstäuber mit Kühleinrichtung.

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühleinrichtung für einen drehbaren Flüssigmetallzerstäuber, der bei der Herstellung von Metallpulvern zu verwenden ist. Der Zerstäuber wird bei der Herstellung von schnell abzukühlenden Metallpulvern benutzt,wie z.B. in den U.S. Patentschriften 4,025,249 und 4,053,264 beschrieben ist. Eine Einrichtung mit einem solchen Flüssigmetallzerstäuber, oder Scheibe, istin den U.S. Patentanmeldungen 654,247 und 751,004 beschrieben. Weitere gekühlte, drehbare Flüssigmetallzerstäuber sind aus den U.S. Patentschriften 3,721,511, 2,699,576, 4,027,718 und 2,271,264 bekannt.

Die Erfindung schafft einen drehbaren Flüssigmetallzerstäuber, der im Inneren durch ein Kühlmittel zu kühlen ist, wobei das Kühlmittel den Zerstäuber auf einer Temperatur unterhalb seinem Schmelzpunkt hält und ausserdem dazu beiträgt, eine gewünschte Temperatur des Flüssigmetalles auf dem Zerstäuber aufrechtzuhalten.

Der drehbare Flüssignietallzerstäuber hat eine zylindrische Kühlplatte, die in einem zylindrischen Hohlraum des Zerstäubers fest angeordnet ist und welche auf ihrer oberen Seite und auf ihrer unteren Seite mit radialen Kanälen versehen ist, die am äusseren Umfange der Scheibe miteinander verbunden sind. Diese Kanäle haben einen konstanten Strömungsquerschnitt, um Verluste durch Zusammenziehung und Ausdehnung, sowie die Gefahr eines Strömungsabrisses zu vermindern.

Die engen, radialen Kanäle der zylindrischen Kühlplatte vermindern sekundäre Ströinungsverluste und sie sind in gleichmässigem Abstand voneinander angeordnet, am eine gleichförmige Verteilung des Kühlmittels auf der unteren Seite des Bauteiles zu erreichen mit dessen oberen Fläche das flüssige Metall in Berührung kommt.

Ein längliches Blech ist in das Kühlmitteleinlassrohr eingesetzt, das an die zylindrische Kühlplatte angeschlossen ist, um eine Wirbelbewegung des Kühlmittels in dem Einlassrohr zu erreichen. Di-eses längliche Blech bringt den grössten Vorteil bei den hohen Drehzahindes drehbaren Zerstäubers.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden ausführ ] ielier beschrieben, es zei-

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Figur 1 eine Schnittansicht eines gekühlten Flüssigmetallzerstäubers, der am Ende einer Welle zur Rotation befestigt ist.

Figur 2 die kreisförmige Kühlplatte des Flüssigmetallzerstäubers mit den radialen Kanälen.

Figur 3 das Wirbelblech, welches in die Kuhlmitteleinlassleitung einzusetzen ist.

Der drehbare Zerstäuber 1 empfängt einen Flüssigmetallstrahl X und beschleunigt das Metall radial nach aussen in einer Vorrichtung zur Herstellung von Metallpulver. Eine solche Vorrichtung ist in den vorher erwähnten U.S. Patentschriften beschrieben.

Man kann irgendeinen geeigneten Tiegel mit einer Heiz- und Giessvorrichtung verwenden, wie z.B. die Ausführung nach der U.S. Patentschrift 4,025,249 entsprechend welcher ein Tiegel mit einem Induktionsofen schwenkbar auf einem beweglichen Tragschlitten gelagert ist. Eine solche Vorrichtung kann benutzt werden zum Giessen des flüssigen Metalles auf den Zerstäuber, wobei die Flüssigmetall temper a tür durch die Induktionsregelvorrichtung überwacht wird.

Der Zerstäuber 1 hat einen Kopf 2, der am oberen Ende der Antriebswelle 4 befestigt ist. Die Antriebswelle 4 kann in geeigneter Weise drehbar gelagert sein und wird durch eine bekannte Vorrichtung 7, wie z.B. einen Elektromotor oder eine Druckluftturbine in Rotation versetzt. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass Drehzahlen von 10.000 Umdrehungen pro Minute als hoch und solche von 25.000 Umdrehungen pro Minute als sehr hoch zu bezeichnen sind. Eine Kühlvorrichtung 6 befindet sich in dem Kopf 2 und in der Antriebswelle 4. Der Kopf 2 be'steht aus einem unteren Bauteil 8 und einem oberen Vi-¹ r Lunübauteil 10. Der obere Verbundbauteil 10 ist am unteren Bauteil 8 mittels einer grossen Haltemutter 12 befestigt.

Der untere Bauteil 8 hat einen zylindrischen Ansatz 14,der sich vom äusseren Umfange eines Ringteiles t6 nach oben erstreckt. Ein zylindrischer Ansatz 18 ragt ebenfalls vom äusseren Umfange des Ringteiles 16 nach unten. Ein weiterer, kurzer zylindrischer An-

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satz 20 ragt nach unten vom inneren Rand des Ringteiles 16. Die zwei nach unten weisenden zylindrischen Ansätze 18 und 20 bilden eine Ringnut, die das obere Ende der Antriebswelle 4, sowie einen Adapter 22 aufnimmt, wie noch beschrieben wird.

Der obere Verbundbauteil 10 hat einen oberen Teil 23 mit einem nach unten ragenden Ansatz 24, der in die innere Fläche des zylindrischen Ansatzes 14 des unteren Bauteiles 8 passt. Auf diese Weise erhält man einen zylindrischen Hohlraum 26 zwischen dem oberen Teil 23 und dem unteren Bauteil 8. Ein radialer Flansch 28 ragt vom äusseren Umfange des oberen Teiles 23 nach aussen und die untere Fläche dieses Ansatzes liegt am oberen Ende des zylindrischen Ansatzes 14 auf. Die kürzere obere Fläche des Flansches 28 dient zu einem Zweck, der noch beschrieben wird.

Die obere Seite des oberen Teiles 23 ist konkav, sie kann jedoch auch flach sein. Ein äusserer Metallring 20 ist in einer Ausnehmung 23 am oberen Ende des äusseren Umfanges des oberen Teiles 23 befestigt. Das obere Ende des Ringes 30 ragt über die obere Fläche des oberen Teiles 23 um ein Mass hinaus zum Aufnehmen eines keramischen Überzuges 34. Dieser Aufbau ist in der U.S. Patentanmeldung 862,898 vom 21. Dezember 1977 ausführlicher beschrieben.

Die äussere Fläche des unteren Bauteiles 8 hat ein Aussengewinde A zur Aufnahme des Innengewindes B der grossen Haltemutter 12. Am oberen Ende der Haltemutter 12 ist ein nach innen weisender Ringflansch 36 vorgesehen, der auf der kürzeren oberen Fläche des radialen Flansches 28 aufliegt, um den oberen Teil 23 auf dem unteren Bauteil festzuhalten. Das obere Ende der hohlen Antriebswelle 4 hat eine Aussparung 38 zur Aufnahme des nach unten weisenden kurzen zylindrischen Ansatzes 20. Der Adapter 22 füllt den Abstand zwischen dem oberen Ende der Antriebswelle 4 und dem zylindrischen Ansatz 18. Bolzen 40 ragen durch den zylindrischen Ansatz 18, den Adapter 22 und in das obere Ende der Antriebswelle 4. Auf diese Weise ist der Kopf 2 am oberen Ende der Antriebswelle 4 befestigt.

Eine kreisförmige Kühlplatte 42 ist in dem zylindrischen Hohlraum 26 vorgesehen und hat ein Kühlmitteleinlassrohr 44,das in der Mitte der Platte befestigt ist zur Zuführung von Kühlmittel durch eine mittlere öffnung, welche durch die kreisförmige Kühlplatte 42 ragt.

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Die Kanäle 46 ragen von der Oberfläche des Kühlmitteleinlassrohres 44 radial nach aussen längs der unteren Seite der kreisförmigen Kühlplatte 43, dann nach oben um den äusseren Umfang der Platte und radial nach innen längs der oberen Seite bis zum Rand der Öffnung in der Mitte der Kühlplatte. Die Flächen 49 zwischen den Kanälen 46 dienen zur genauen Einstellung der Kühlplatte 42 in dem zylindrischen Hohlraum 26. Die Kühlplatte 42 ist zur Rotation mit dem Kopf 2 durch einen Stift 50 befestigt. An einer oder mehreren Stellen der Kühlplatte 42 zwischen benachbarten Kanälen 46 können Löcher 52 vorgesehen sein, welche in zugehörige Flächen 49 auf gegenüberliegenden Seiten der Kühlplatte öffnen. Eine zugehörige Öffnung 54 befindet sich in der Oberfläche des Ringteiles 16, die den Boden des zylindrischen Hohlraumes 26 bildet. Ein Stift 56 ist in die miteinander ausgerichteten Löcher 52 und 54 eingesetzt und wird in denselben durch den oberen Teil 23 zurückgehalten.

Das Kühlmitteleinlassrohr 44 hat Ansätze 48, um es in der hohlen Welle 4 in der gewünschten Stellung festzuhalten. Das Kühlmittel wird nach oben durch das Kühlmitteleinlassrohr 44 mittels einer Pumpe 45 gefördert, strömt dann um die Kühlmittelplatte 42 und schliesslich nach unten zwischen dem Kühlmitteleinlassrohr 44 und dem zylindrischen Ansatz 20 und dem Inneren der hohlen Antriebswelle 4. Das Kühlmittel hält den oberen Bauteil 10 auf einer Temperatur unterhalb seinem Schmelzpunkt und dient zum Aufrechterhalten eines thermischen Gleichgewichtes für den stabilen Betrieb des Z er s tauber s.

Zur Unterstützung der Kühlmittelströmung durch die Kühlvorrichtung 6, bestehend aus dem Kühlmitteleinlassrohr 44, den radialen Bohrungen 46 und dem Kühlmittelauslass zwischen dem Rohr 44 und dem zylindrischen Ansatz 20 und dem Inneren der hohlen Antriebswelle 4, ist ein Wirbelblech 60 in das Kühlmitteleinlassrohr 44 eingesetzt. Das Wirbelblech 60 kann aus einer länglichen Platte 62 bestehen, die längs der Länge des Kühlmitteleinlassrohres 44 am oberen Ende desselben vorgesehen ist und bis zu einer Stelle ragt wo das Kühlmittel in die Kanäle 46 der Kühlplatte 42 einströmt, um die in dem Einlassrohr 44 enthaltene Wassersäule mit gleicher Drehzahl alb das Einlassrohr 44 urazuwirbeln. Die längliche Platte 62 verhindert eine mögliche Rückst röniung des Kühlmittels bei sehr ho-

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hen Drehzahlen.

Das Wirbeiblech 60, siehe Figur 2, besteht aus einem länglichen Streifen 62, An jedem Ende des Wirbelbleches 60 ragen flache Teile A und B von jeder Seite nach aussen. Die flachen Teile A und B sind um gegenüberliegende Teile des länglichen Streifens 62 gekrümmt, um eine zylindrische Führung zu bilden, die verschiebbar an der inneren Fläche des Kühlmitteleinlassrohres 44 anliegt. Eine ähnliche Führung kann in der Mitte zwischen den Enden des Wirbelbleches vorgesehen sein. Falls ein solches Wirbelblech 60 zu benutzen ist, so kann es in das Kühlmitteleinlasrohr 44 angeordnet werden und in demselben festgelötet oder auf andere Art und Weise befestigt werden.

Bei einem Ausführungsbeispiel hat die zylindrische Kühlplatte 16 radiale Kanäle 46 von konstantem Querschnitt mit einer Tiefe und einer Breite von 2,54 mm. Als Kühlmittel kann Wasser benutzt werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Drehbarer Zerstäuber zur Aufnahme eines Flüssigmetallstrahles auf einer oberen Fläche desselben zur Herstellung von verfestigten Metallteilchen, mit einer drehbar gelagerten Antriebswelle, einem am oberen Ende der Antriebswelle befestigten Kopf , wobei dieser Kopf einen unteren Metallbauteil hat, der am oberen Ende der Antriebswelle befestigt ist sowie einen oberen Metallbauteil umfasst, der am unteren Metallbauteil befestigt ist, wobei der untere Metallbauteil und der obere Metallbauteil auf ihren einanderzugewandten Seiten zur Bildung eines zylindrischen Hohlraumes zwischen denselben geformt sind, wobei der zylindrische Hohlraum eine zylindrische Seitenwand mit einer kreisförmigen oberen Wand und einer ringförmigen unteren Wand hat, und koaxial zu der Antriebswelle angeordnet ist, mit einer länglichen Bohrung, die sich durch die Mitte der Antriebswelle und den unteren Metallbauteil erstreckt und durch die ringförmige Bodenwand in den zylindrischen Hohlraum mündet, mit einer ringförmigen Kühlplatte, welche in ihrer Mitte eine Öffnung aufweist, und mit einer ringförmigen oberen Fläche sowie einer ringförmigen unteren Fläche versehen ist zwischen, welchen eine äussere Umfangsflache liegt, mit einem an die ringförmige

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Kühlmittelplatte um die Öffnung angeschlossenen Rohr , das sich durch die öffnung in der ringförmigen Bodenwand des zylindrischen Hohlraumes und durch die Längsbohrung der Antriebswelle erstreckt, mit einer Vorrichtung zum Zentrieren des Rohres in der Längsbohrung der Antriebswelle, um eine ringförmige Auslassleitung zu bilden, mit radialen Kanälen in der oberen Fläche und in der unteren Fläche der Kühlplatte, wobei die Kanäle in der oberen Fläche der Kühlplatte mit den Kanälen in der unteren Fläche der Kühlplatte ausgerichtet sind und axial verlaufende Kanäle in der äusseren Umfangsflache der ringförmigen Kühlplatte die radial äusseren Enden von miteinander ausgerichteten Kanalpaaren miteinander verbindet, wobei die kreisförmige obere Wand des zylindrischen Hohlraumes auf der ringförmigen oberen Fläche der ringförmigen Kühlplatte aufliegt und die ringförmige untere Wand des zylindrischen Hohlraumes in Berührung ist mit der ringförmigen unteren Fläche der ringförmigen Kühlplatte und wobei die zylindrische äussere Fläche des zylindrischen Hohlraumes in Berührung ist mit der zylindrischen äusseren Fläche der ringförmigen Kühlplatte, und mit einer Vorrichtung zur Befestigung der ringförmigen Kühlplatte an der Antriebswelle zur Rotation mit derselben.

2. Zerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen und die unteren Kanäle sowie die dieselben miteinander verbindenden Kanäle in der äusseren Umfangsflache der ringförmigen Kühlplatte einen konstanten Strömungsquerschnitt zur Herabsetzung der Verluste durch Zusammenziehung und Ausdehung aufweisen.

3. Zerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen und die unteren Kanäle sowie die dieselben miteinander verbindenden Kanäle in der äusseren Umfangsflache der ringförmigen Kühlplatte eng sind zur Herabsetzung der sekundären Strömungsverluste.

4. Zerstäuber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen und die unteren Kanäle sowie die dieselben miteinander verbindenden Kanäle in der äusseren Umfangsflache der ringförmigen Kühlplatte eine Breite von etwa 2,54 mnv haben.

5. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kühlmitteleinlassrohr ein längliches Wirbelblech eingesetzt ist, wobei das obere Ende dieses Wirbelbleches sich am

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oberen Ende des Kühlmitteleinlassrohres befindet, damit das Kühlmittel in dem Rohr beim Eintritt in die oberen Kanäle mit gleicher Drehzahl als die ringförmige Kühlmittelplatte rotiert.

6. Zerstäuber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das längliche Wirbelblech zylindrische Führungen an mehreren Stellen aufweist, welche Führungen in Berührung mit dem Inneren des Kühlmitteleinlassrohres und an demselben befestigt sind.

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