DE4140723A1

DE4140723A1 - Fuer einen schmelztiegel mit keramikfreiem auslass zum ableiten eines schmelzstrahles bestimmte spule

Info

Publication number: DE4140723A1
Application number: DE4140723A
Authority: DE
Inventors: Felix Mueller
Original assignee: Leybold Durferrit GmbH
Current assignee: Leybold Durferrit GmbH
Priority date: 1991-12-10
Filing date: 1991-12-10
Publication date: 1993-06-17
Also published as: EP0546241A1; US5294096A; JPH0658673A

Description

Die Erfindung betrifft eine für einen Schmelztiegel mit keramikfreiem Auslaß zum Ableiten eines Schmelzstrahles bestimmte Spule, welche über einen Zuleiter und einen Rückleiter bestromte Windungen aufweist.

Bei der keramikfreien Ableitung eines Schmelzstrahles, bei der der von ihm durchströmte Auslaß aus einzelnen von der Spule umgebenen Palisaden aus Metall gebildet ist, entstehen durch die erforderliche hohe Leistungseinbrin gung in den Schmelzstrahl Probleme, da bei den bekannten Spulen durch die geometrische Form der Spule und ihre Stromzuführung die Leistungseinbringung immer unsymme trisch und damit inhomogen ist. Daher erfolgt eine Ab lenkung des flüssigen Metallstrahles durch die Magnet felder der Spule. Eine solche Ablenkung ist bei einer anschließenden Weiterverarbeitung des Metallstrahles zu Pulver oder zu einem Formengußteil unerwünscht oder ver hindert sogar die nachfolgenden Verfahren.

Bisher wurde versucht, den Effekt eines abgelenkten Me tallstrahles durch eine zusätzliche Ausgleichswindung, durch Veränderungen im Höhenabstand zwischen den Spulen windungen oder durch lokale Veränderungen des Spulen durchmessers zu minimieren. Weiterhin hat man versucht, Körper aus speziellen Magnetlegierungen im Bereich des Auslasses anzuordnen, um solche Magnetfeldinhomogenitäten auszugleichen. Die bekannten Verfahren sind jedoch immer mit einer Verminderung des Wirkungsgrades des Systems verbunden und lösen das Problem nicht grundsätzlich.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Spule der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit der eine hohe Leistungseinbringung bei möglichst großer Homogenität des Magnetfeldes möglich ist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zuleiter und Rückleiter zu einer einzigen Stromzufüh rung in Höhe einer Stirnseite der Spule zusammengefaßt bis unmittelbar vor die Windungen führt und daß die Win dungen von der der Stromzuführung axial gegenüberliegen den Seite der Spule symmetrisch zu den zu dieser Stirn seite führenden Windungen zurück zum Rückleiter ver laufen.

Eine solche Spule erlaubt eine koaxiale Stromzuführung. In den Spulenwindungen herrscht aufgrund der Geometrie der halbkreisförmigen Windungsabschnitte eine symmetri sche Stromverteilung. Dadurch entsteht in der Spule ein zu ihrer Mittelachse symmetrisches Magnetfeld, wodurch eine seitliche Metallstrahlablenkung verhindert wird.

Die erfindungsgemäße Spule kann unterschiedlich gestaltet sein. Wenn es darauf ankommt, in den flüssigen Metall strahl hohe Leistungen einzubringen und keine resultie renden, die Ausfließgeschwindigkeit des Metallstrahles beeinflussenden Magnetkräfte erzeugt werden müssen, dann läßt sich die Spule besonders kostengünstig herstellen, wenn die Windungen vom Zuleiter zunächst einen, fast einen Halbkreis bilden Windungsabschnitt, dann einen kurzen, in Axialrichtung verlaufenden Verbindungsab schnitt aufweist, dem sich wiederum jeweils fast einen Halbkreis bildender, mit entgegengesetztem Drehsinn ver laufender Windungsabschnitt anschließt und wenn nach einer gewünschten Anzahl von durch die in Axialrichtung verlaufenden Verbindungsabschnitte verbundenen Windungs abschnitten eine die zwei axialen Verbindungsabschnitte auf der von der Stromzuführung entfernten Seite durch einen nahezu vollen Windungskreis verbunden sind und wenn die Windung anschließend symmetrisch zu den übrigen Win dungen zum Rückleiter verläuft.

Wenn man zur Regelung des Prozeßablaufes eines Umschmelz verfahrens durch auf den Metallstrahl wirkende Magnet kräfte das Abfließen des Metalles regeln will, dann ist eine Spule vorteilhaft, die sich dadurch auszeichnet, daß vom Zuleiter zunächst ein fast einen Halbkreis bildender Windungsabschnitt vorgesehen ist, dem sich durch einen schräg verlaufenden Verbindungsabschnitt höhenversetzt ein zweiter fast einen Halbkreis bildender Windungsab schnitt mit gleichem Drehsinn anschließt und wenn nach einer gewünschten Anzahl von Windungsabschnitten von der der Stromführung entfernten Stirnseite die Windungen sym metrisch zu den zu der entfernten Stirnseite führenden Windungen zum Rückleiter verlaufen.

Eine mögliche elliptische Verformung des Metallstrahles durch die um 180° versetzt gegenüberliegenden Sprünge der Windungsabschnitte der erfindungsgemäßen Spule kann da durch minimmiert werden, daß gemäß einer anderen Ausge staltung der Erfindung an den zwischen den Verbindungsab schnitten liegenden Bereichen an der 90° und 270° Posi tion jeweils eine Feldabschwächung vorgesehen ist. Die verbleibende Inhomogenität einer solchen Spule liegt im Endbereich der Spule und stört dort nicht.

Eine andere Möglichkeit der Kompensation von Inhomogeni täten des Magnetfeldes besteht darin, daß die Stellung und/oder Anzahl der Palisaden unterschiedlich ist.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zu ihrer weiteren Verdeutlichung sind zwei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. In ihr zeigen die

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Strahlführungssys tems, hälftig als Schnitt dargestellt,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäß gestal teten Spule,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Spule.

Die Fig. 1 zeigt einen Teilbereich eines Tiegelbodens 1 mit einem trichterförmigen Auslaß 2, welcher aus mehre ren, jeweils mit geringem Abstand zueinander angeordneten Palisaden 3, 4 aus Metall gebildet ist. Der Auslaß 2 ist von einer Spule 5 umgeben, welche eine als Koaxialkabel ausgebildete Stromzuführung 6 hat. Die Spule 5 ist symme trisch aufgebaut, so daß ein aus dem Auslaß 2 ausfließen der Metallstrahl nicht seitlich abgelenkt wird. Ihre ge naue Gestaltung ergibt sich aus den Fig. 2 und 3.

Die in Fig. 2 perspektivisch dargestellte Spule 5 hat unmittelbar nebeneinander einen Zuleiter 7 und einen Rückleiter 8. Vom Zuleiter 7 verläuft ein Windungsab schnitt 9, der nahezu einen Halbkreis bildet. Ihm schließt sich ein axialer, senkrecht nach oben führender, kurzer Verbindungsabschnitt 10 an, der in einen weiteren, mit entgegengesetztem Drehsinn wie der Windungsabschnitt 9 verlaufenden, ebenfalls nahezu halbkreisförmigen Win dungsabschnitt 11 übergeht. Am Ende des Windungsabschnit tes 11 ist wiederum ein kurzer, axial verlaufender Ver bindungsabschnitt 12 vorgesehen. Von diesem Verbindungs abschnitt 12 führt ein nahezu einen vollen Kreis bilden der Windungsabschnitt 13 zu einem parallel zum Verbin dungsabschnitt 12 nach unten gerichteten Verbindungsab schnitt 14, dem sich symmetrisch zum Windungsabschnitt 11 ein halbkreisförmiger Windungsabschnitt 15, nochmals ein nach unten gerichteter Verbindungsabschnitt 16 und am Schluß wiederum ein fast einen Halbkreis bildender, zum Rückleiter 8 führender Windungsabschnitt 17 anschließt.

Bei der Spule 5 gemäß Fig. 2 wechselt die Stromrichtung von Windungsabschnitt 9, 11 bzw. 15, 17 jeder Seite. Das kann durch die Ausführungsform nach Fig. 3 vermieden werden. Genau wie bei der zuvor beschriebenen Spule 5 verläuft vom Zuleiter 7 zunächst ein Windungsabschnitt 18 nahezu halbkreisförmig. Dann führt ein Verbindungsab schnitt 19 schräg nach oben zur radial gegenüberliegenden Seite, wo sich mit gleichem Drehsinn ein ebenfalls nahezu einen Halbkreis bildender Windungsabschnitt 20 an schließt. Ihm folgt ein weiterer, schräg nach oben füh render Verbindungsabschnitt 21 und ein nahezu eine Voll kreis bildender Abschnitt 22. Von dort verläuft die Spule 5 symmetrisch zu den bisher beschriebenen Bereichen mit Verbindungsabschnitten 23, 24 und Windungsabschnitten 25, 26 zum Rückleiter 8.

Es ist anzumerken, daß die Spule 5 auch genau umgekehrt angeordnet werden kann, wie in den Figuren dargestellt, also mit dem Zuleiter 7 und Rückleiter 8 nach oben.

Bezugszeichenliste

1 Tiegelboden
2 Auslaß
3 Palisade
4 Palisade
5 Spule
6 Stromzuführung
7 Zuleiter
8 Rückleiter
9 Windungsabschnitt
10 Verbindungsabschnitt
11 Windungsabschnitt
12 Verbindungsabschnitt
13 Windungsabschnitt
14 Verbindungsabschnitt
15 Windungsabschnitt
16 Verbindungsabschnitt
17 Windungsabschnitt
18 Windungsabschnitt
19 Verbindungsabschnitt
20 Windungsabschnitt
21 Verbindungsabschnitt
22 Abschnitt
23 Verbindungsabschnitt
24 Verbindungsabschnitt
25 Windungsabschnitt
26 Windungsabschnitt

Claims

1. Für einen Schmelztiegel mit keramikfreiem Auslaß (2) zum Ableiten eines Schmelzstrahles bestimmte Spule (5), welche über einen Zuleiter (7) und einen Rückleiter (8) bestromte Windungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuleiter (7) und Rückleiter (8) zu einer einzigen Stromzuführung (6) in Höhe einer Stirnseite der Spule (5) zusammengefaßt bis unmittelbar vor die Windungen führt und daß die Windungen von der der Stromzuführung (6) axial gegenüberliegenden Seite der Spule (5) symmetrisch zu den zu dieser Stirnseite führenden Windungen zurück zum Rückleiter (8) verlaufen.

2. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen vom Zuleiter (7) zunächst einen, fast einen Halbkreis bilden Windungsabschnitt (9), dann einen kur zen, in Axialrichtung verlaufenden Verbindungsabschnitt (10) aufweist, dem sich wiederum ein jeweils fast einen Halbkreis bildender, mit entgegengesetztem Drehsinn ver laufender Windungsabschnitt (11) anschließt und daß nach einer gewünschten Anzahl von durch die in Axialrichtung verlaufenden Verbindungsabschnitte (10, 12) verbundenen Windungsabschnitten (9, 11) eine die zwei axialen Verbin dungsabschnitte (12, 14) auf der von der Stromzuführung (7 + 8) entfernten Seite durch einen nahezu vollkreis förmigen Windungsbereich (13) verbunden sind und daß die Windung anschließend symmetrisch zu den übrigen Windungen zur Rückleitung (8) verläuft.

3. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Zuleiter (7) zunächst ein fast einen Halbkreis bildender Windungsabschnitt (18) vorgesehen ist, dem sich durch einen schräg verlaufenden Verbindungsabschnitt (19) hö henversetzt ein zweiter fast einen Halbkreis bildender Windungsabschnitt (20) mit gleichem Drehsinn anschließt und daß nach einer gewünschten Anzahl von Windungsab schnitten (18, 25) von der dem Zuleiter (7) entfernten Stirnseite die Windungen symmetrisch zu den zu der ent fernten Stirnseite führenden Windungen zurück zum Rück leiter (8) verlaufen.

4. Spule nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß an den zwischen den Verbindungsabschnitten (10, 12, 14, 16; 19, 21, 23, 24) liegenden Bereichen an der 90° und 270° Position jeweils eine Feldabschwächung vor gesehen ist.

5. Spule nach zumindest einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation von In homogenitäten des Magnetfeldes der Spule (5) die Stellung und/oder Anzahl der Palisaden (3, 4) unterschiedlich ist.