DE3441090A1 - Elektromagnetische pumpe fuer ein bandgiesssystem - Google Patents
Elektromagnetische pumpe fuer ein bandgiesssystemInfo
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Description
3U1090
Elektromagnetische Pumpe für ein Bandgießsystem
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Pumpe für ein Bandgießsystem
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im Verlauf der vergangenen Dekade wurde eine erhebliche Verringerung des
Energiebedarfs durch die Verwendung kontinuierlicher Plattengießsysteme erzielt,
bei welchen Stahl unmittelbar aus der Schmelze während des Gießvorgangs zufließt. Eine Verbesserung bezüglich der Erstarrung des flüssigen Metalls
ließ sich durch die Herstellung dünner Metallstreifen mit Hilfe einer sog. Schmelzwirbelung erzielen. Derartige direkt aus der Schmelze gezogene
Metallstreifen haben eine Dicke von etwa 0,254 - 1,27 mm (0,01-0,05 inches), wobei ein Kühlförderband oder eine Kühltrommel Verwendung findet, die unter
die Erstarrungstemperatur abgekühlt ist. Die Umfangsgeschwindigkeit der Kühltrommel
bzw. die Laufgeschwindigkeit des zur Kühlung verwendeten Förderbandes beträgt etwa 10 - 23 m/sec.
Die rasche Erstarrung, wobei Wärme von dem Metallstreifen durch eine kalte
hoch wärmeleitende Trommel abgeführt wird, findet bevorzugt für Verfahren
zur Herstellung von Metallstreifen aus Eisen Verwendung. Die Transportgeschwindigkeit
des Metallstreifens wird durch die Geschwindigkeit bestimmt, mit der die Wärme abgeführt werden kann. Wenn ein sehr hoher Wärmeübergang
möglich ist, wird von dem Metallstreifen bis zur Erstarrung nicht die gesamte Länge bzw. der gesamte Geschwindigkeitsbereich der Kühlbahn vor
dem Zeitpunkt der Erstarrung benötigt, in welchem die Geschwindigkeit des Metallstreifens gleich der der Kühlbahn ist.
Der Bereich, in welchem auf der Kühlbahn die Erstarrung stattfindet, ändert
sich entsprechend der Lineargeschwindigkeit der Kühlförderbahn für eine gegebene
Streifendicke. Bei einer Geschwindigkeit von z.B. 23 m/sec. sind Streifendicken von etwa 0,63 mm bei Erstarrungslängen von etwa 50 cm und einer
Bahn- oder Trommeltemperatur von etwa 350° κ praktikabel.
WS414P-2856 Die doppelseitige
Die doppelseitige elektromagnetische Pumpe, die für das Bandgießsystem Verwendung
finden kann, umfaßt einen oberen und einen unteren Primär-Kernblock, welche jeweils mit einer Mehrphasenwicklung versehen sind und zwischen welchen
ein Luftspalt ausgebildet ist. Die verschiebbare Kühlvorrichtung in Form
einer Kühlförderbahn verläuft durch den Luftspalt, wobei Vorkehrungen getroffen sind, daß das flüssige Metall auf die Kühlförderbahn aufgebracht werden
kann. Der Metallstreifen, welcher wegen der über der Curie-Temperatur liegenden Schmelztemperatur als nicht-ferromagnetisch anzusehen ist, zusammen
mit der Kühlbahn bzw. dem Kühlzylinder stellen den Sekundärkreis dar, in welchem
die Induktion von Schlupf frequenzström en auftritt. Die synchrone Feldgeschwindigkeit
vs der durch die beiden Primär-Kernblöcke erzeugten Wanderwelle
ergibt sich aus der nachfolgenden Gleichung'
vs = 2 τρ f (1)
in welcher —rp die Pol teilung im Primärkreis in m,
- f die Erregerfrequenz in Hz ist.
Wenn die Umfangsgeschwindigkeit bzw. die Lineargeschwindigkeit der Kühlförderbahn
mit V1. angenommen wird, ergibt sich ein Schlupf s pro Einheit, der
durch die Differenz der synchronen Geschwindigkeit und der tatsächlichen Geschwindigkeit,
bezogen auf die Synchrongeschwindgkeit, definiert ist. Da die Geschwindigkeit der Kühlbahn geringfügig kleiner als die der Synchrongeschwindigkeit
ist, d.h. im Beispiel kleiner als 23 m/sec. ist, ergibt sich eine Stromdichte, welche linear dem Schlupf ist, und eine Verlustleistung im Sekundärkreis,
welche dem Quadrat der Schlupfänderung über dem kleinen Schlupfbereich entspricht.
In einer herkömmlichen elektromagnetischen Pumpe mit einem doppelseitigen Primär-Kernblock und einem symetrischen Aufbau des Sekundärkreises
um die mechanische Mittellinie des Luftspaltes ergibt sich als einzige nennenswerte
Kraft eine Kraft in Längsrichtung oder in Tangentialrichtung des Sekundärkreises,
d.h. der Kühlförderbahn und des Metallstreifens. Radialkräfte bzw. Normalkräfte, welche immer vorhanden sind, werden durch den Aufbau des
Primärkreises ausgeglichen und praktisch auf Null gebracht.
Doppelseitige elektromagnetische Pumpen für ein Bandgießsystem dieser Art
haben asymmetrische Sekundärkreise aufgrund der Tatsache, daß ein geschichteter Aufbau erforderlich ist, z.B. in der Weise, daß die gut wärmeleitende
Kühlbahn synchron mit einem Metallstreifen hohen Widerstandes, der erstarrt
WS414P-2856 durch den
durch den Spalt geführt wird. In den meisten Fällen ist die Dicke dieser beiden
Komponenten verschieden, wobei der am wichtigsten in die Abhängigkeit eingehende effektive Oberflächenwiderstand stark differiert neben den Einflüssen,
die sich aus dem Volumenwiderstand ergeben.
In Abhängigkeit von dem Schlupf, den Frequenzen und den Gleitfähigkeiten
kann die auf ein nicht-ferromagnetisches Teil wirkende Normalkraft dieses
Teil entweder zum Primärblock hinziehen oder von diesem abstoßen. Das Steuern der Anziehung bzw. Abstoßung ist ein wesentlicher Aspekt bei der
Verbesserung der Produktionsrate kontinuierlicher Bandgießsysteme. Deshalb ist es wichtig, daß die Betriebsbedingungen des elektromagnetischen Systems,
welche zur Erzeugung der Spannung bzw. längsgerichteten Kraft benötigt werden, konsistent mit den Anforderungen an die Normalkraft sind. Für diese
zweidimensional gerichteten Kräfte ist es notwendig, zwei verschiedene Werte für den Schlupf zu haben. Das Verhältnis der Normalkraft zur längsgerichteten
Kraft einer solchen doppelseitigen elektromagnetischen Pumpe ist primär eine Funktion der magnetischen Reynold'schen Zahl, welche eine Abhängigkeit von
dem effektiven Luftspalt hat.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu schaffen,
mit welchen eine elektromagnetische Pumpe für ein Bandgießsystem wesentlich verbessert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 für die elektromagnetische Pumpe und des Anspruchs 12 für das Verfahren zur Betätigung einer elektromagnetischen Pumpe gelöst.
Bei Bandgießsystemen mit doppelseitigen elektromagnetischen Pumpen gemäß
der Erfindung ergibt sieh, daß die radialen Kräfte oder Normalkräfte, die
jedem Primär-Kernblock zugeordnet sind, sich nicht gegenseitig aufheben,
vielmehr wird grundsätzlich die verschiebbare Kühlförderbahn vom unteren Primär-Kernblock abgestoßen, und zwar mit einer Amplitude der Kraft, welche
die Abstoßkraft vom oberen Primärblock übersteigt. Dies ist grundsätzlich der Fall wegen des geringeren Luftspaltes zwischen der Kühlförderbahn und dem
unteren Primärblock. Für Temperaturen oberhalb der Curie-Temperatur wird
WS414P-2856 der erstarrende
Metallstreifen durch den oberen Primär-Kernblock mit einer Kraft abgestoßen,
die größer als die Rückstoßkraft vom unteren Primär-Kernblock ist. Diese Kräfte kann man maximalisieren, um eine zusammendrückende Kraft zwischen
der verschiebbaren Kühlförderbahn und dem erstarrenden Metallstreifen zu erhalten,
womit ein guter, gleichförmiger Oberflächenkontakt für den Wärmeübergang sichergestellt wird. Dieser größere oder bessere Wärmeübergang vom Metallstreifen
zur Kühlförderbahn ermöglicht eine erhöhte Produktionsrate.
Die Normalkräfte, welche auf die Kühlförderbahn und das flüssige Metall während
der Erstarrung einwirken, rühren von der Erregung von der ersten und zweiten Mehrphasenwicklung her und wirken komprimierend auf den Sekundärkreis.
Dadurch wird eine Fluktuation des Kontaktdruckes und der Wärmeübergangs-Charakteristik
reduziert.
Die Kühlmittelbahn kann derart ausgestaltet sein, daß sich eine elektromagnetische
Rückwirkung aufgrund von Abschirmungen ergibt, die dafür sorgen, daß der erstarrende Metallstreifen durch seitlich einwirkende Kräfte eine Zentrierung
auf der Kühlmittelbahn erfährt.
Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden
Besehreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen
und den Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht eines Bandgießsystems gemäß der
Erfindung;
Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht einer weiteren Ausgestaltung eines
Bandgießsystems, bei welchem durch Polwechselwirkung der erstarrende Metallstreifen zentriert wird;
Fig. 3 einen Teilschnitt durch den Düsenbereich des Bandgießsystems;
Fig. 4 ein Wicklungsdiagramm für das Bandgießsystem gemäß Fig. 3;
WS414P-2856
Fig. 5 eine grafische Darstellung der Abhängigkeit zwischen der Radialkraft
oder Normalkraft, dem Produkt der Reynold'schen Zahl und dem Schlupf sowie dem Spalt-Wellenlängenverhältnis.
In Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Bandgießsystems gemäß der Erfindung
dargestellt. Danach umfaßt das Bandgießsystem einen oberen Primär-Kernblock 10 mit einer Vielzahl von Nuten 12, welche in die eine Seite des
Kernblocks eingearbeitet sind und eine erste Mehrphasenwicklung 14 aufnehmen. Ein unterer Primär-Kernblock 16 ist ebenfalls mit einer Vielzahl von Nuten 18
versehen, in welchen eine zweite Mehrphasenwicklung .20 angeordnet ist. Am unteren Primär-Kernblock sind eine Vielzahl von Anschlüssen 22 für Kühlmittelleitungen
angebracht. Eine verschiebbare Kühlvorrichtung 24 verläuft im Spalt zwischen dem oberen und unteren Primär-Kernblock und ist bei der dargestellten
Ausführungsform als zylindrische Kühlforderbahn ausgestaltet, welche um eine
Welle 28 drehbar ist. Anstelle dieser zylindrischen Kühlförderbahn kann auch eine lineare Kühlförderbahn Verwendung finden. Der auf die Kühlförderbahn
aufgebrachte flüssige Metallstreifen erstarrt infolge der Abkühlung.
In Fig. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche
eine Kühlförderbahn 24' umfaßt, die besonders gestaltet ist, um die Abschirmung
der Polwechselwirkung zu verbessern und um eine quergerichtete elektromagnetische Kraft zu erzeugen, die der Zentrierung des erstarrenden
Metallstreifens 30 auf der KUhlförderbahn dient. Diesen Zweck erreicht man
durch die Verwendung eines Dickensprungs 32 bzw. 34, der entlang den Längsseiten
der Primärblöcke 10 und 16 verläuft, so daß überstehende Bereiche 36
und 38 entstehen, die mit geringerer Dicke als der im Spalt 26 verlaufende Bereich über die Ränder der Primärblöcke hinausragt. Es sind keine mechanischen
Führungen auf der Oberseite der Kühlförderbahn 24' vorgesehen, um den Metallstreifen 30 zu zentrieren.
In Fig. 3 ist ein Teilschnitt durch den Düsenbereich des Bandgießsystems dargestellt.
An einem Behälter 42 ist eine Düse 40 angebracht, durch welche das flüssige Metall 44 auf die Kühlförderbahn 24 aufgetragen wird. Das austretende
flüssige Metall bildet eine Quellmasse 46 und wird in einen erstarrenden Metall-
WS414P-2856 streifen
3AA1090
streifen 30 ausgezogen. Im unteren Primär-Kernblock 16 sind zwischen benachbarten
Nuten 18 Abschirmringe 48 angebracht. Ferner ist ein leitendes Kompensationsblech
50 unter dem oberen Primär-Kernblock 10 in unmittelbarer Nachbarschaft der die Nuten tragenden Oberfläche angeordnet. Dieses Kompensationsblech
dient der Ausbalancierung der Kraftverteilung zwischen dem oberen und unteren Primär-Kernbloek bezüglich der in Normalrichtung und Längsrichtung
wirkenden Kraftkomponente. Die Abmessung dieses Kompensationsbleches bestimmt sich aus der Dicke und dem Oberflächenwiderstand der Oberfläche
der Kühlvorrichtung. Die Phasen der Mehrphasenwicklungen sind in herkömmlicher Weise mit A, B und C bezeichnet.
Aus Fig. 4 geht das Wicklungsdiagramm für das Bandgießsystem gemäß Fig. 3
hervor, bei welchem die erste Mehrphasenwicklung Windungen Nr. 1 bis 42 und die zweite Mehrphasenwicklung Windungen Nr. 43 bis 78 umfaßt. Als Beispiel
ist eine Konfiguration mit drei Nuten pro Pol und Phase s gezeigt. Die Erregung der Wicklungen in dem oberen und unteren Primär-Kernblock löst eine wandernde
elektromagnetische Kraftwelle aus, welche durch nachfolgende Gleichung beschrieben werden kann:
Js = Real [J exp (j(<ot - γ2π/λ))] (2)
Darin ist - J der Oberflächenstrom in Amperwindungen/m,
- ω die Winkelgeschwindigkeit der Erregerfrequenz,
- y die Längenabmessung,
- λ. die Wellenlänge.
Der Schub in Längrichtung oder y-Richtung und die Normalkraft in Radialrichtung
oder z-Richtung kann entsprechend abgeleitet werden. Aus dem zweiten Maxwell'schen Spannungstensor ergibt sich für die Kraft in Längsrichtung Fy:
Entsprechend erhält man für die Normalkraft F2:
|j| 2 - -1^- } N/mz (4)
O 1
Darin ist -Xdie Wellenlänge in m oder zweimal die Polteilung der Wicklung,
- f die Frequenz der Erregung in Hz,
WS414P-2856 - P9 die
- P2 die in Normalrichtung von einem Schichtstrom auf der oberen
Oberfläche des unteren Primär-Kernblockes 16 ausgehende Leistung;
- Bj die Normalkomponente der Flußdichte an der Oberseite des
unteren Primär-Kernblockes 16 in Spitzen wert-Tesla.
Bei einem beispielsweisen Entwurf mit einer Geschwindigkeit von 23 m/sec. für
die Kühlförderbahn und einer vorgeschlagenen Erregerfrequenz von 9oo Hz können für die verschiedenen Parameter Werte derart errechnet werden, daß die
Polteilung 12,8 mm oder größer sein muß. Wenn eine Polteilung von 20 mm für den Basisentwurf gewählt wird, ergibt sich eine Wellenlänge von 40 mm
und entsprechend eine in Längsrichtung wirkende Kraft von 0,0277 P2 in N/m2
für die Leistungsaufnahme von P2 in Watt/m2 im kombinierten Sekundärkreis.
Aufgrund der Amplitude von P2 und des auf die Kühlförderbahn wirkenden
Wärmeeffekts erhält man leicht eine obere Grenze für die in Längsrichtung wirkende Kraft Fy. Bei einer Abschätzung der Normalkraft aus der Gleichung
(4) ergibt sich für die Strombelastung J in Spitzenwert-A/m.
J = 12 ΝΙ/λ <5>
wobei N die Anzahl der in Serie liegenden Wicklungen pro Pol und I der Spitzenwert
des Phasenstromes ist.
Ein mäßig hoher Wert für die Strombelastung liegt bei einem Spitzenwert von
100.000 A/m und einer typischen Flußdichte mit einem Spitzenwert von 0,125 Tesla. Diese Werte führen zu einer Normalkraft von etwa Null. Damit ergibt
sich gemäß der Gleichung (4), daß jede über diesem Betrag liegende Strombelastung
oder unter diesem Betrag liegende Flußdichte, wobei die übrigen Parameter konstant gehalten werden, eine positive oder repulsive Normalkraft Fz
erzeugt. In der Praxis sind Strombelastungen kleiner als 100 kA/m und Flußdichten größer als 0,125 Tesla ausreichend für die Erfordernisse des Rückstosses.
Die Normalkraft Fz ist die gesamte über den Luftspalt, d.h. auf die Kühlförderbahn,
den erstarrenden Metallstreifen und den oberen Primär-Kernbloek von der unteren Primär-Kernblockwicklung aus wirkende Rückstoßkraft.
Diese Normalkraft kann auch als Oberflächenimpedanz ausgedrückt werden, die
als Verhältnis zwischen der elektrischen Feldstarke und der magnetischen Feldstärke
definiert ist. In diesem Fall ergibt sich für die Normalkraft
(6, WS414P-2856 wobei
wobei I4Q die magnetische Permeabilität des freien Raumes und Z2 die Impedanz
des Luftspaltes zwischen der Kühlförderbahn und dem unteren Primär-Kernblock an dessen Oberseite ist.
Für die Kühlförderbahn beträgt die Reynold'sche Zahl für eine angenommene
Temperatur von 900° K - 1100° K und einen angenommenen Widerstand von 7,7 χ 10~8 Ohm-m Rjjg = 3,74 bei einer Frequenz von 900 Hz.
Im erstarrenden Metallstreifen mit einem angenommenen Widerstand von
120y«X)hm-cm ergibt sich für die Reynold'sche Zahl Rjvjg = 0,24 bei 900 Hz.
Die Reynold'sche Zahl für den oberen Primärblock beträgt
»o'r f >2 1HjB " 2, PuB W)
Bei angenommenen Werten von*r = 1000 und puß = 12 χ 10~8 Ohm-m ergibt
sich daraus eine Reynold'sche Zahl von Ryg = 2400.
Wenn man verschiedene Impedanz-Komponenten errechnet, kann man zeigen,
daß die Kühlförderbahn eine beträchtliche Phasenverschiebung in der Oberfläehenimpedanz
erzeugt, wogegen der sieh erhärtende Metallstreifen keine nennenswerte
Phasenverschiebung auslöst. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, den erstarrenden Streifen als bezüglich der Induktion widerstandsbegrenzt zu
klassifizieren, wogegen die leitende Kühlförderbahn einen induktivitätbegrenzten
Zustand nahezu erreicht.
Aufgrund dieser Diskussion ergibt sich, daß die Normalkraft, welche von jedem
Primärblock ausgeht, eine Funktion von nur zwei dimensionslosen Parametern ist, und zwar dem Quotienten aus der Breite g des Luftspaltes und der Wellenlänge
Jl sowie dem Produkt des Schlupfes s und der Reynold'schen Zahl R. Das
Verhältnis g/λ wird durch die gegebenen konstruktiven Abmessungen fixiert, so
daß man die erhaltene Normalkraft durch Änderung der Faktoren des Produktes sR erzielen kann, wobei man beachten muß, daß die Kühlförderbahn
eine abweichende höhere Reynold'sche Zahl als der erstarrende Metallstreifen hat. Unter Verwendung von Gleichung (6) ist in Fig. 5 die Normalkraft für
eine konstante Stromerregung von J = 105 A/m aufgezeichnet, wobei der
WS414P-2856 Dreieckspunkt
Dreieckspunkt Qj ein typisches Kühlförderband repräsentiert und der Rechteckpunkt
Q2 die Anziehungskraft auf den erstarrenden Metallstreifen verkörpert,
welche vom unteren Primär-Kernblock aus einwirkt.
Da zwangsläufig die Kühlförderbahn und der erstarrende Metallstreifen denselben
Schlupf haben, sind die Arbeitspunkte Qj und Q2 verschieden, worin auch
der Unterschied in der magnetischen Reynold'schen Zahl zum Ausdruck kommt.
Der Arbeitspunkt Qj kennzeichnet ein sR-Produkt von 22, wogegen der Arbeitspunkt Q2 ein sR-Produkt von 4,5 kennzeichnet. Dies entspricht dem Fall,
daß eine geringfügig größere Anziehungskraft vom unteren Primärblock aus von beispielsweise -4 kN/M2 auf den erstarrenden Metallstreifen einwirkt und
die auf die Kühlförderbahn wirkende Abstoßkraft beispielsweise 3 kN/M2
ist. Dies kann man erzielen, indem der Primär-Kernblock mit einer Erregung
arbeitet, die einen mechanischen Schlupf s von etwa 0,25 pro Einheit auslöst und bedingt, daß die Reynold'sche Zahl für die Kühlförderbahn 22/0,25 oder 88
und die Reynold'sche Zahl für den erstarrenden Metallstreifen 4,5/0,25 oder 18 sein sollte. Diese Reynold'schen Zahlen sind typisch für Materialien für Bandgießsysteme,
bei welchen die Wellenlänge Λ. groß ist. Als Effekt der parallelen
Schichtung von Kühlförderbahn und erstarrendem Metallstreifen ergibt sich eine Druckkraft von 1 kN/M2.
Der Vorteil der Steuerung der elektromagnetischen Kräfte gemäß der Erfindung
besteht darin, daß grundsätzlich dieselbe Kraftverteilung unabhängig für den angepaßten oberen Primär-Kernblock mit der Ausnahme zur Verfügung steht,
daß die Abstoßkräfte des einen Kernblockes gegen die Abstoßkräfte des anderen Kernblockes auf die sich bewegende Kühlförderbahn und den Metallstreifen
infolge der geometrischen Anordnung und der unterschiedlichen vertikalen Orientierung
wirken. Ferner müssen die für jeden Kernbloek geeigneten Kurven die
Änderung des Luftspaltes berücksichtigen, so daß Kurven verwendet werden müssen, die einen günstigen Wert g/λ haben, wobei die Wellenlänge, die
Frequenz f und der Schlupf s für beide Primärkernblöcke gleich bleiben.
Zur Darstellung geeigneter parametrischer Kurven sind die Arbeitspunkte Q3
und Q4 für den oberen Primär-Kernbloek eingezeichnet und weisen darauf hin,
daß der obere Kernblock mit einem geringfügig kleineren Luftspalt als der dem
WS414P-2856 unteren
unteren Kernblock zugeordnete Luftspalt von 0,0238 betrieben wird. Damit
ergibt sich aus Fig. 5, daß die Anziehungskraft im Arbeitspunkt Q4 etwa
-5,5 kN/M2 ist, wogegen sieh für den Arbeitspunkt Q3 eine Rückstoßkraft
von etwa 2,5 kN/M2 ergibt. Der Netto-Effekt auf den zusammengesetzten
Sekundärkreis ist dann eine Anziehungskraft von 3 kN/M2, welche nach oben
wirkt, wogegen gleichzeitig eine Anziehungskraft von 1 kN/M2 nach unten
wirksam ist. Wenn im Gegensatz dazu der obere Primärkernblock mit einem
größeren Luftspalt als der untere Primär-Kernblock eingesetzt wird, ergeben
sich Normalkräfte auf den zusammengesetzten Sekundärkreis, die sich gegenseitig aufheben oder gar gegeneinander wirken. Die Wahl des Luftspaltes kann
konstruktiv festgelegt werden, jedoch ist es möglich, den Schlupf durch Änderung
der Frequenz der Versorgungsquelle 52 gemäß Fig. 4 zu variieren.
Um eine konstante radialgerichtete Kraft über einen breiten Bereich von
Schlupfwerten zu erhalten, ist es notwendig, ein statisches Kompensationsblech 50 gemäß Fig. 3 in dem Luftspalt zum oberen Primär-Kernblock vorzusehen.
Die Verwendung eines solchen Kompensationsbleches ist darauf gerichtet, eine effektive Oberflächenimpedanz zu erzeugen, die etwa gleich der
Impedanz ist, welche sich durch die bewegte Kühlförderbahn und den erstarrenden Metallstreifen ergibt. Da die maximale Temperatur der Kühlförderbahn
etwa bei 400° K liegt und das Kompensationsblech kaum 250° K übersteigt, sollte die Dicke des Kompensationsbleches etwa der halben Dicke der Kühlförderbahn,
d.h. etwa 1 mm (40 mils) betragen. Das Kompensationsblech wirkt ausgleichend für die von jedem Primär-Kernblock abgegebene elektromagnetische
Leistung.
Die in Fig. 4 dargestellte Verdrahtung für eine doppelseitige elektromagnetische
Pumpe ist besonders für den Fall geeignet, daß ein verhältnismäßig dicker Metallstreifen
eine große Polteilung erfordert. Bei dünnen Metallstreifen würde eine kurze Polteilung mit einer Nut pro Pol und Phasenwindung möglich sein.
Bei Materialien mit z.B. 1,3 mm (50 mils) Dicke erhält man eine große Polteilung
am besten durch einen Übergang auf zwei oder drei Nuten pro Pol und Phasenwindung und nicht durch eine Vergrößerung der Schlitze im Luftspalt,
da nämlich mehr magnetisches Material erhalten bleibt. Die in Fig. 4 dargestellte
Wicklungsanordnung führt zu einem sehr niedrigen harmonischen Strom-
WS414P-2856 faktor
faktor aufgrund eines Phasenweckseis von 15° pro Nute gegenüber 60° pro
Nute, wie er bei bei herkömmlichen Wechselstrom maschinen üblich ist. Bei der beschriebenen doppelseitigen elektromagnetischen Pumpe hat der obere
Primär-Kernblock 36, 24 oder 12 Nuten, je nach Anzahl der Nuten pro Pol
und Phasenwindung für vier komplette Pole. Der untere Primär-Kernblock, der sich über die Düse 40 hinaus erstreckt, sollte ein Vielfaches von 14 Windungen,
z.B. 42 Windungen, umfassen. Daraus ergeben sich 4 2/3 Pole für den unteren Primär-Kernblock. Es gibt einen fundamentalen Vorteil für die Verwendung von
nicht-ganzzahligen Vielfachen von Polen in einer nicht-kontinuierlichen Auslegung.
Der Effekt der nicht-ganzzahligen Pole η verursacht, daß der Wirkungsgrad
bei einem kleineren Schlupf s seinen Spitzenwert erreicht aufgrund der Tatsache, daß die Beziehung ns/(l-s) konstant ist. Der kleinere Schlupf führt
direkt zu einer höheren Umwandlungseffizienz.
Zusätzlich zur vorausstehend beschriebenen Steuerung der Normalkräfte zeigt
ein Bandgießsystem gemäß der Erfindung auch eine Art Steuereinfluß für die auf den sich verfestigenden Metallstreifen wirkenden Querkräfte. Obwohl
die Steuerung der Breite des Metallstreifens von den mechanischen Abmessungen der Düse abhängig ist, ist es wünschenswert, die Breite des Metallstreifens
möglichst gleichförmig zu halten. Die elektromagnetischen Kräfte sind nicht speziell für die Entstehung der Streifenbreite, jedoch für deren Absicherung
bei der Verfestigung des Metallstreifens nützlich, da der Streifen dadurch auf der Kühlförderbahn zentriert gehalten wird. Aufgrund der Wechselwirkung der
abgeschirmten Pole zwischen den Primär-Kernblöcken und dem sich verfestigenden Streifen, wodurch die Querkräfte erzeugt werden, ist es wichtig, daß
die Düsenbreite und der sich ergebende Metallstreifen bezüglich seiner Breite exakt genauso breit wie der Primär-Kernblock ist, um sicherzustellen, daß
genügend seitliche Rückstellkräfte wirksam sind. Die Gleichheit der Breite ist in den Fig. 1 und 2 bildlich dargestellt. Bei der Ausführungsform gemäß
Fig. 2 ist der Einfluß der abgeschirmten Pole durch die Verwendung eines Dickensprungs in der Kühlförderbahn vergrößert, wobei dieser Sprung entlang
der seitlichen Kante des Primär-Kernblockes verläuft.
Durch diese Maßnahme wird ein nach innen wanderndes Feld erzeugt an der
Grenzfläche der beiden Seiten, wodurch das erstarrende Metallband stabilisiert
WS414P-2856 und auf
und auf dem Kühlförderband zentriert wird. Wenn Querkräfte aufgrund äußerer
Einflüsse versuchen, den Metallstreifen seitlich zu verschieben, steigen die Rückstellkräfte etwa linear mit der seitlichen Versetzung an. Da die Kühlförderbahn
auch dazu benutzt wird, um eine elektromagnetische Antriebskraft in Längsrichtung zu erzeugen, ist es erforderlich, daß eine Förderbahn verwendet
wird, die einen signifikanten seitlichen Überstand über die Wicklungsbreite der Primär-Kernwicklung hinaus hat, wobei dieser Überstand zumindest gleich
einem Viertel einer Polteilung sein sollte. Umgekehrt ist es nicht möglieh,
einen Überhang zu verwenden, wenn der erstarrende Metallstreifen eine gleichförmige
Dicke haben muß.
Claims (12)
1) Elektromagnetische Pumpe für ein Bandgieß system, mit einem oberen und
einem unteren Primär-Kernbloek, in welchen Nuten in einander gegenüberliegenden
Seiten angebracht sind und zwischen welchen ein Spalt ausgebildet ist, und ferner mit einer in dem Spalt verschiebbaren Kühlförderbahn, auf welcher
aufgebrachtes flüssiges Metall erstarrt,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine erste Mehrphasenwicklung (14) in den Nuten (12) des oberen Primär-Kernblockes
(10) und ferner eine zweite Mehrphasenwicklung (20) in den Nuten (18) des unteren Primär-Kernbloekes (16) derart angeordnet sind, daß auf die
Kühiförderbahn (24, 24') und den darauf befindlichen Metallstreifen (30) eine
eine Kompression bewirkende, elektromagnetische Kraft infolge des durch die ersten und zweiten Mehrphasenwicklungen (14, 20) fließenden Stromes einwirkt.
2) Elektromagnetische Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die ersten und zweiten Mehrphasenwicklungen (14, 20) derart vom Strom
durchflossen sind, daß eine nach oben gerichtete Kraft auf die Kühlförderbahn (24) und gleichzeitig eine nach unten gerichtete Kraft auf den Metallstreifen
wirksam sind.
VVS414P-2856 FS/fr
3) Elektromagnetische Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Breite in Querrichtung der Kühlförderbahn sowohl des oberen als auch des unteren Primär-Kernblockes (10, 16) identisch gleich und einer vorgegebenen
Breite des erstarrenden Metallstreifens zugeordnet ist, wodurch im Metallstreifen quergerichtete Wirbelströme induziert werden, die durch die
elektromagnetische Krafteinwirkung eine Querstabilisierung bewirken.
4) Elektromagnetische Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kühlförderband eine Breite hat, die größer als die Breite der Primär-Kernblöcke
(10, 16) ist, wobei die Kühlförderbahn (24) in symetrischer Zuordnung
zu den Primär-Kernblöcken verläuft und beiderseits gleich weit übersteht, und daß die dadurch zusätzlich induzierten quergerichteten Wirbelströme in der
Kühlförderbahn im Zusammenwirken mit den Primär-Kernblöcken durch die einwirkenden elektromagnetischen Kräfte den Metallstreifen zentrieren.
5) Elektromagnetische Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß beiderseits der Primär-Kernblöcke ein die Dicke des Überstands reduzierender
Dickensprung in der Kühlförderbahn vorgesehen ist.
6) Elektromagnetische Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Kompensationsblech (50) im Spalt (26), benachbart zum oberen Primär-Kernblock
(10), vorgesehen ist.
7) Elektromagnetische Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste und die zweite Mehrphasenwicklung in einer doppellagigen Konfiguration
und in Serienschaltung aufgebracht ist.
8) Elektromagnetische Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der untere Primär-Kernblock (16) eine größere Anzahl von Nuten (18) als der obere Primär-Kernblock (10) aufweist,
WS414P-2856
3U1090
und daß die zweite Mehrphasenwicklung (20) eine größere Anzahl von Windungen
als die erste Mehrphasenwicklung (13) hat.
9) Elektromagnetische Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Mehrphasenwicklung in einer nicht-ganzzahligen Anzahl von
Polen gewickelt ist.
10) Elektromagnetische Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich der das flüssige Metall zuführenden Düse (40) im unteren Primär-Kernblock (16) Abschirmringe (48) durch benachbarte Nuten verlaufen.
11) Elektromagnetische Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Kühlförderbahn (24) und den Metallstreifen (30) einwirkenden
Kräfte durch Änderung der Erregerfrequenz in der ersten und zweiten Mehrphasenwicklung
gesteuert sind.
12) Verfahren zur elektromagnetischen Zuführung einer flüssigen Metallschicht
auf eine Kühlförderbahn, wobei die Kühlförderbahn durch den Luftspalt zweier einander gegenüberliegender Primär-Kernblöcke verläuft, die mit Mehrphasenwicklungen
versehen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die in Kombination als Sekundärkreis wirksame Kühlförderbahn und der
Metallstreifen durch die Erregung der Mehrphasenwicklung der Primär-Kernblöcke verschoben wird,
und daß zur Erzeugung einer auf die Kühlmittelbahn und den Metallstreifen
wirksamen Druckkraft die Frequenz des Erregerstroms für die Mehrphasenwicklungen
verändert wird.
WS414P-2856
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