DE9117122U1

DE9117122U1 - Selektive Lasersintereinrichtung mit Strahlungsheizung

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Publication number: DE9117122U1
Application number: DE9117122U
Authority: DE
Original assignee: DTM Corp
Current assignee: DTM Corp
Priority date: 1990-11-09
Filing date: 1991-11-07
Publication date: 1996-03-07
Anticipated expiration: 2001-11-08
Also published as: ATE168301T1; SG47793A1; EP0556291B1; EP0703036B2; JP3630678B2; DE69129814D1; DE69120544D1; EP0703036A2; ATE139720T1; EP0703036A3; WO1992008566A1; AU9027591A; EP0703036B1; EP0556291A1; DE69129814T2; EP0556291A4; DE69120544T2; DE69129814T3; JPH11508322A; SG85648A1

Description

Dipl.-Chem. Dr. Steffen ANDRAE
Dipl.-Phys. Dieter FLACH
Dipl.-Ing. Dietmar HAUG

Dipl.-Chem. Dr. Balanstraße 55 81541 München

Richard KNEISSL

Unsere Akte-Nr.: 222 0

Anmelder: DTM Corporation

1611 Headway Circle, Bldg. 2, Austin, TX 78754, USA

Selektive Lasersintereinrichtung mit Strahlungsheizung

Diese Erfindung betrifft die Strahlungsheizung und insbesondere die Strahlungsheizung beim selektiven Lasersintern.

Das selektive Lasersintern ist ein relativ neues Verfahren für die Herstellung von Teilen und anderen festen Artikeln von unbegrenzter Form in schichtartiger Weise. Dieses Verfahren stellt derartige Artikel nach dem Vorgang des Sinterns her, was jeden Prozeß betrifft, bei dem einzelne Teilchen veranlaßt werden, eine feste Masse durch die Anwendung einer äußeren Energie zu bilden. Entsprechend dem selektiven Lasersintern wird die externe Energie gebündelt 0 und durch das Steuern eines Lasers gesteuert, um ausgewählte Stellen eines wärmeschmelzbaren Pulvers zu sintern. Indem dieses Verfahren schichtweise durchgeführt wird, können komplizierte Teile und feste Artikel von unbegrenzter Form, die nicht ohne weiteres {wenn überhaupt) mittels der subtraktiven Verfahren, wie beispielsweise der maschinellen Bearbeitung, hergestellt werden können, schnell und genau gefertigt werden. Dementsprechend ist dieses Verfahren

besonders für die Herstellung von Prototypteilen vorteilhaft, und es ist insbesondere für die kundenspezifische Herstellung derartiger Teile und Artikel direkt aus den CAD-Datenbanken nützlich.
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Das selektive Lasersintern wird durch Auftragen einer Schicht eines wärmeschmelzbaren Pulvers auf eine Zielfläche durchgeführt; Beispiele für Pulver umfassen Metallpulver, Polymerpulver, wie beispielsweise Wachs, das anschließend beim Präzisionsgießen mit verlorener Gießform eingesetzt werden kann, keramische Pulver und Kunststoffe, wie beispielsweise ABS-Kunststoff, Polyvinylchlorid (PVC), PoIykarbonat und andere Polymere. Die Abschnitte der Schicht des Pulvers, die einer Querschnittsschicht des herzustellenden Teils entsprechen, werden einem gebündelten und richtungsgesteuerten Energiestrahl ausgesetzt, wie er beispielsweise durch einen Laser erzeugt wird, dessen Richtung durch Spiegel bei Überwachung durch einen Computer gesteuert wird. Die Teile des Pulvers, die der Laserenergie ausgesetzt 0 werden, werden zu einer festen Masse in der hierin vorangehend beschriebenen Weise gesintert. Nachdem die ausgewählten Abschnitte der Schicht so gesintert oder gebunden wurden, wird eine weitere Schicht des Pulvers über der vorangehend selektiv gesinterten Schicht angeordnet, und der Energiestrahl wird so ausgerichtet, daß die Abschnitte der neuen Schicht entsprechend der nächsten Querschnittsschicht des herzustellenden Teils gesintert werden. Das Sintern einer jeden Schicht erzeugt nicht nur eine feste Masse innerhalb der Schicht, sondern sintert ebenfalls jede 0 Schicht mit dem vorher gesinterten Pulver, das unterhalb des neu gesinterten Abschnittes liegt. Auf diese Weise baut das Verfahren des selektiven Lasersinterns ein Teil schichtweise mit einer Anpassungsfähigkeit, Genauigkeit und Geschwindigkeit der Herstellung auf, die den konventionellen Verfahren 5 der maschinellen Bearbeitung überlegen sind.

Das Verfahren des selektiven Lasersinterns und die Vor-

richtung für die Durchführung des Verfahrens werden ausführlicher im U.S.Patent Nr. 4863538, am 5. September 1989 ausgestellt; im U.S.Patent Nr. 4938816, am 3. Juli 1990 ausgestellt; im U.S.Patent Nr. 4944817, am 31. Juli 1990 5- ausgestellt; und in der PCT-Veröffentlichung WO 88/02677, am 21. April 1988 veröffentlicht, beschrieben, auf die man sich hierin bezieht.

Ein Problem, dem man auf dem Gebiet des selektiven Lasersinterns begegnet, ist das Verziehen und Schrumpfen des Teils infolge der Wärmewirkungen. Ein derartiges Verziehen kann als Kräuseln einer gesinterten Schicht so in Erscheinung treten, da/3 sie nicht an die vorher gesinterte Schicht, die direkt darunterliegt, gebunden wird; ein weiteres Auftreten dieses Verziehens ist selbst dann zu verzeichnen, wenn die Schichten des Teils miteinander verbunden sind, aber wo sich das Teil selbst verzieht, beispielsweise wo sich eine flache Bodenfläche an den Rändern so kräuselt, daß sie zu einer gewölbten Fläche wird, die konkav nach oben gerichtet ist. Man glaubt, da/3 eine bedeutende Ursache dieses Verziehens die Wärmeschrumpfung der gesinterten Schicht ist, ausgehend von der Temperatur während des Sinterns bis zur Temperatur nach dem Sintern; wobei ein diesbezüglicher extremer Fall bewirkt, daß die 5 Schichten nicht aneinander gebunden werden. Außerdem wurde beobachtet, daß ein ungleichmäßiges Abkühlen des Teils während seiner schichtweisen Herstellung, beispielsweise wo die oberen Schichten des Teils schneller abgekühlt werden als die unteren Schichten, ein Verziehen und Kräuseln her-0 vorruft.

Es wurde beobachtet, daß die Steuerung der Temperatur des herzustellenden Artikels ein wichtiger Faktor bei der Reduzierung eines derartigen Verziehens ist. Eine Vorrichtung für das Steuern der Temperatur des Teils wird in der vorangehend erwähnten PCT-Veröffentlichung WO 88/02677 beschrieben, wobei diese einen Zug der temperaturgesteuerten

Luft durch die Zielfläche (d.h., durch das Pulver und das zu fertigende Teil) bewirkt. Eine derartige Steuerung durch diesen Luftzug soll die Temperaturdifferenz reduzieren, der das Teil während und nach dem Sintervorgang ausgesetzt ist, wodurch die Schrumpfung durch das Abkühlen reduziert wird, und die Temperatur der vorangehend gesinterten Schichten auf einer Temperatur halten, die hoch genug ist, um die Relaxation zu gestatten.

Ein weiteres wichtiges Problem, dem man auf dem Gebiet des selektiven Lasersinterns begegnet, ist das unerwünschte Wachstum des herzustellenden Teils über das Volumen hinaus, das durch den Energiestrahl abgegrenzt wird. Wie gut bekannt ist, kann die Größe des Punktes eines Laserstrahles ziemlich klein sein, so daß entsprechend dem Verfahren des selektiven Lasersinterns, bei dem das Volumen des Teils durch die Laserabtastung abgegrenzt wird, die Auflösung des herzustellenden Teils theoretisch ziemlich hoch sein kann. Die Wärmeleitung, die sich durch das Sintern ergibt, kann jedoch bewirken, da/3 die Teilchen des Pulvers außerhalb der Laserabtastung am direkt gesinterten Abschnitt sintern. Das bewirkt, da/3 die Querschnittsschicht größer ist als die, die durch die Laserabtastung abgegrenzt wird. Außerdem kann ein Wachstum von Schicht zu Schicht auftreten, beispielsweise wo eine ausreichende Wärme vom Sintern im gesinterten Abschnitt der Schicht zu dem Zeitpunkt verbleibt, zu dem die nächste Schicht des Pulvers darauf angeordnet wird, so daß die nächste Schicht des Pulvers auf die vorherige Schicht sintert, ohne daß eine Einwirkung des Laserstrahles erfolgt.

Es wurde ermittelt, daß die hierin vorangehend beschriebene Vorrichtung mit dem Saugzug eine Übertragung der Hauptwärme aus der Schicht, die gesintert wird, bewirkt, wodurch das Ausmaß eines derartigen Zwischenschichtwachstums reduziert wird.

Die Anwendung der Konvektionstemperatursteuerung ist in ihrer Genauigkeit jedoch auf eine gleichmäßige Steuerung der

Temperatur der herzustellenden Schicht begrenzt. Das ist auf den nicht begrenzten und ungleichmäßigen Weg zurückzuführen, dem der Luftzug unvermeidlich folgen muß, während er durch das herzustellende Teil hindurchgeht {Definition des Teils, das den Weg des Luftzuges steuert). Dementsprechend weist ein weiteres Verfahren, das bei den Versuchen zur Steuerung der Temperatur des herzustellenden Teils angewandt wurde, Strahlungsheizkörper auf, die nahe der Zielfläche angeordnet wurden. Derartige Strahlungsheizkörper umfaßten Flutlampen, Quarzstäbe und konventionelle flache Flächenheizer.

Unter Hinweis auf Fig. 2 wird jetzt eine Vorrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik beschrieben, die flache Flächenheizer für die Bereitstellung der Strahlungswärme für die Zielfläche des selektiven Lasersinterns umfaßt. Die Vorrichtung, die in Fig. 2 gezeigt wird, ist eine schematische Darstellung des SLS Model 125 DeskTop Manufacturing-Systems, das von der DTM Corporation hergestellt und verkauft wird. Die Vorrichtung in Fig. 2 umfaßt eine Kammer 2 (die vorderen Türen und die Oberseite der Kammer 2 werden der Deutlichkeit halber in Fig. 2 nicht gezeigt), innerhalb der der Vorgang des selektiven Sinterns stattfindet. Die Zielfläche 4 betrifft für Beschreibungszwecke die obere Fläche des wärmeschmelzbaren Pulvers (einschließlich der vorher gesinterten Abschnitte, wenn vorhanden) , das auf dem Teilekolben 6 angeordnet ist. Die vertikale Bewegung des Teilekolbens 6 wird durch den Motor gesteuert. Der Laser 10 stellt einen Strahl bereit, der durch die durch Galvanometer gesteuerten Spiegel 12 (von denen nur einer der Deutlichkeit halber gezeigt wird) in der Weise reflektiert wird, die in den U.S.Patenten beschrieben wird, auf die man sich hierin vorangehend bezogen hat. Der Pulverkolben 14 ist ebenfalls in dieser Vorrichtung vorhanden, und er wird durch den Motor 16 gesteuert. Wie in der vorangehend erwähnten PCT-Veröffentlichung 88/02677 beschrieben wird, ist eine gegenläufige Walze 18 vorhanden, um das Pulver auf die Zielfläche 4 in einer gleichmäßigen und

ebenen Weise zu übertragen.

Beim Betrieb liefert die Vorrichtung aus Fig. 2 das Pulver zur Kammer 2 über den Pulverzylinder 14; das Pulver wird in der Kammer 2 durch die nach oben gerichtete Teilbewegung des Pulverzylinders 14, die durch den Motor 16 bewirkt wird, angeordnet. Die Walze 18 {vorzugsweise mit einem Abstreifer versehen, um einen Aufbau zu verhindern, wobei der Abstreifer der Deutlichkeit halber nicht in Fig. 2 gezeigt wird) verteilt das Pulver innerhalb der Kammer durch eine Translationsbewegung vom Pulverzylinder 14 zur Zielfläche 4 und über diese hinweg auf die Oberfläche des Pulvers auf der Oberseite des Teilekolbens 6 in der Weise, die in der PCT-Veröffentlichung 88/02677 beschrieben wird. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Walze 18 das Pulver vom Pulverkolben 14 liefert, befindet sich die Zielfläche 4 (ob eine vorherige Schicht darauf angeordnet ist oder nicht) vorzugsweise ein wenig, beispielsweise 0,1 mm, unterhalb des Bodens der Kammer 2, um die Dicke der zu verarbeitenden Pulver-0 schicht abzugrenzen. Für eine gleichmäßige und gründliche Verteilung des Pulvers bevorzugt man, daß die Menge des Pulvers, die vom Pulverzylinder 14 geliefert wird, größer ist als die, die vom Teilezylinder 6 aufgenommen werden kann, so daß sich ein gewisses überschüssiges Pulver aus der Bewegung der Walze 18 über die Zielfläche 4 ergeben wird; das kann durch die Aufwärtsbewegung des Pulverkolbens 14 über eine größere Strecke als den Abstand unterhalb des Bodens der Kammer 2, auf den die Zielfläche 4 eingestellt wird (beispielsweise 0,2 mm gegenüber 0,1 mm), bewirkt wer-0 den. Es wird ebenfalls bevorzugt, die Gegendrehung der Walze 18 mit der Translationsbewegung der Walze 18 innerhalb der Kammer 2 zu koppeln, so daß das Verhältnis der Drehzahl zur Translationsgeschwindigkeit konstant ist.

Nach der Übertragung des Pulvers auf die Zielfläche 4 und die Rückkehr der Walze 18 in ihre Ausgangsposition nahe dem Pulverkolben 14 sintert der Laser 10 beim weiteren Betrieb

selektiv die Teile des Pulvers in der Zielfläche 4, die dem Querschnitt der Schicht des herzustellenden Teils entsprechen, so wie in den vorangehend erwähnten U.S.Patenten und der PCT-Veröffentlichung beschrieben wird. Nach Abschluß des selektiven Sinterns für die betreffende Schicht des Pulvers bewegt sich der Teilekolben 6 um einen Weg nach unten, der der Dicke der nächsten Schicht entspricht, wobei das Auftragen der nächsten Schicht des Pulvers auf dieser durch die Walze 18 erwartet wird.

Flächenheizer 20 werden bei dieser Vorrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik aus Fig. 2 bereitgestellt, die vom Dach der Kammer 2 (in einer nicht gezeigten Weise) herabhängen. Die Flächenheizer 20 sind bei dieser Anordnung nach dem bisherigen Stand der Technik konventionelle flache, rechteckige Flächenheizer, von denen jeder die Energie pro Flächeneinheit im wesentlichen gleichmäßig über seine Oberfläche abstrahlt. Bei dieser Anordnung sind die Flächenheizer 20 voneinander getrennt, um zu gestatten, da/3 der Strahl vom Laser 10 zwischen diesen hindurchgeht, und sie sind unter einem Winkel relativ zur Zielflache 4 angeordnet, um die Zielfläche 4 so zu erwärmen, daß die Oberflächentemperatur gesteuert werden kann, um das Wachstum und das Kräuseln zu reduzieren, wie hierin vorangehend beschrieben wird.

Bei der Anwendung der Anordnung aus Fig. 2 wurde eine Ungleichmäßigkeit der Temperatur auf der Zielfläche 4 beobachtet. Eine derartige Ungleichmäßigkeit der Temperatur der Zielfläche kann das Wachstum in einem Abschnitt des herzustellenden Teils (d.h., an der heißesten Stelle) gleichzeitig mit einem Kräuseln oder einem weiteren Verziehen in einem anderen Abschnitt des Teils (d.h., an der kühlsten Seile) gestatten. Dementsprechend bewirkt diese Ungleichmäßigkeit bei der Vorrichtung aus Fig. 2, daß es schwierig ist, die Temperatur auf der Zielfläche 4 zu optimieren, um ein Auftreten dieser beiden schädlichen

Effekte zu vermeiden.

Es muß ebenfalls bemerkt werden, da/3 eine gleichmäßige Strahlungsheizung einer Oberfläche theoretisch bewirkt werden kann, indem ein flaches Strahlungsheizelement bereitgestellt wird, das parallel zu der Fläche angeordnet wird, die erwärmt werden soll, und das eine effektiv unbegrenzte Größe relativ zur Zielfläche aufweist. Beim Einsatz eines derartign Heizkörpers in einer geschlossenen Kammer ist es jedoch nicht durchführbar, einen derartigen großen Heizkörper bereitzustellen, da übermäßig große Kammern die Fähigkeit verringern, die darin auftretende Umgebungstemperatur zu steuern, und sie werden für großtechnische Zwecke infolge der damit verbundenen Kosten des Erfordernisses eines großen Platzbedarfes nicht bevorzugt. Es muß ebenfalls bemerkt werden, daß ein derartiger flacher Heizkörper nicht zwangsläufig mit dem selektiven Lasersintern kompatibel ist, da keine Öffnung für den Laser durch diesen hindurch zur Verfügung gestellt wird.

Es ist daher ein Ziel dieser Erfindung, einen Strahlungsheizkörper bereitzustellen, der eine Energie zu einer im wesentlichen ebenen Fläche, die von diesem einen Abstand aufweist, so liefert, daß die gesamte Energie pro Flächeneinheit, die auf die ebene Fläche auftrifft, im wesentlichen gleichmäßig ist.

Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, einen derartigen Heizkörper bereitzustellen, der zu einer gleichmäßigen 0 Temperatur auf einer ebenen Fläche führt, die einen Abstand zu diesem aufweist.

Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, einen derartigen Strahlungsheizkörper bereitzustellen, der in seiner Mitte eine Öffnung aufweist.

Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, einen derartigen

Strahlungsheizkörper bereitzustellen, der besonders für einen Einsatz in einer Vorrichtung für das selektive Lasersintern ausgelegt ist.

Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine Vorrichtung für das selektive Lasersintern bereitzustellen, die einen derartigen Strahlungsheizkörper besitzt.

Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, einen derartigen 1CJ Strahlungsheizkörper bereitzustellen, der darin vorhandene steuerbare Segmente aufweist, um die Regulierung der Oberflächentemperatur zu gestatten.

Weitere Ziele dieser Erfindung werden die Fachleute unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen verstehen.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die Erfindung kann in ein ringförmiges Element für die Übertragung der Strahlungsenergie zu oder von einer ebenen Fläche parallel dazu eingebaut werden. Die mittige Öffnung des Ringes gestattet, daß ein Laserstrahl hindurchgehen kann, wie es beispielsweise beim selektiven Lasersintern nützlich ist. Die Abmessungen des Elementes, wie beispielsweise des Innen- und Außenradiusses, werden relativ zu dem Abstand ausgewählt, in dem die beheizte oder abgekühlte Fläche vom Element angeordnet werden soll. Ein kegelstumpfartiger, ringförmiger Heizkörper oder ein Kühlelement gestattet eine dichtere Anordnung des Elementes an die Zielflache, während dennoch eine Gleichmäßigkeit beibehalten wird, wodurch der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung zur oder von der Zielfläche verbessert wird. Im Falle eines Strahlungsheizkörpers kann darin eine Zoneneinteilung vorgenommen werden, entweder mit separat gesteuerten Zonen oder alternativ mit einer dauerhaft installierten Ungleichmäßigkeit hinsichtlich der Energieabstrahlung pro Flächeneinheit, um die ungleichmäßigen äußeren thermischen Störungen auszugleichen.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläuert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht eines Strahlungsheizkörpers entsprechend einer ersten bevorzugten Ausführung der Erfindung,

Fig. 2 eine isometrische und schematische Darstellung einer Vorrichtung für das selektive Lasersintern entsprechend dem bisherigen Stand der Technik,

Fig. 3 eine Ansicht des Strahlungsheizkörpers aus Fig. 1, der in einer Beziehung zu der Oberfläche gezeigt wird, die erwärmt werden soll,

Fig. 4 und 5 grafische Darstellungen der Größe der übertragenen Energie pro Flächeneinheit für einen konventionellen Strahlungsheizkörper und den Heizkörper entsprechend der Fig. 1 bzw. Fig. 3,

Fig. 6, 7 und 8 grafische Darstellungen, die die Abhängigkeit der Größe der übertragenen Energie pro Flächeneinheit bei den speziellen Abmessungen des Strahlungsheizkörpers entsprechend der ersten Ausführung zeigen,

Fig. 9 eine isometrische Darstellung einer Vorrichtung für das selektive Lasersintern, die den Strahlungsheizkörper entsprechend der Ausführung der Fig. 1 und 3 enthält,

0 Fig. 10 eine isometrische Darstellung eines Strahlungsheizkörpers entsprechend einer zweiten bevorzugten Ausführung der Erfindung, und

Fig. 11 eine schematische Darstellung eines Strahlungsheizkörpers entsprechend einer dritten bevorzugten Ausführung der Erfindung.

Mit Bezugnahme auf Fig. 1 und 3 wird jetzt eine erste bevorzugte Ausführung der Erfindung ausführlich beschrieben. Der Strahlungsheizkörper 3 0 bei dieser ersten bevorzugten Ausführung der Erfindung ist ein Heizkörper mit,einem elektrischen Widerstand, der die Anschlüsse 32 aufweist, wie beispielsweise die Lötflächen, auf deren Fläche die Drähte angelötet werden können. Der Heizkörper 30 erzeugt eine Wärme, die aus dem Strom resultiert, der zwischen den Lötflächen 32 hindurchgeht. Das widerstandsbehaftete Material innerhalb des Heizkörpers 3 0 können Widerstandsheizfäden sein, die konventionell in Strahlungsheizkörpern eingesetzt werden, wie beispielsweise eine geätzte Folie oder ein Nickel-Chrom-Draht.

Alternativ kann das Material des Ringes selbst als widerstandsbehaftetes und wärmeerzeugendes Material dienen; in diesem Fall wird bevorzugt, daß der Heizkörper 30 einen Spalt oder eine dielektrische Isolation zwischen den Lötflächen 32 {d.h., die kurze Bewegungsrichtung) umfaßt, so 0 daß der Strom gezwungen wird, sich um den Heizkörper 3 0 herum zu bewegen, wodurch sein Wirkungsgrad verbessert wird. Alternativ können die Lötflächen 32 im Abstand diametral einander gegenüberliegend auf der Oberfläche des Heizkörpers 30 vorhanden sein, so daß sich der Strom in gleichen Anteilen längs der Seiten des Heizkörpers 3 0 bewegen wird. Das ist jedoch sehr wahrscheinlich weniger wirksam, da der Heizkörper 3 0 in jenem Fall effektiv zu zwei parallelen Widerständen würde, so daß sich ein niedriger Widerstand ergibt, der wiederum die I²R-Energiezerstreuung und die Wärmeerzeugung des Heizkörpers 30 reduziert.

Es wird in Betracht gezogen, daß andere Ausführungen und Stellen der Lötflächen 32 auf dem Heizkörper 30 den Fachleuten unter Bezugnahme auf diese Beschreibung verständlich werden.

Es muß bemerkt werden, daß Versuche bei Benutzung eines

Strahlungsheizkörpers 3 0 entsprechend dieser Ausführung der Erfindung durchgeführt wurden, wie hierin nachfolgend beschrieben wird, indem ein konventioneller ringförmiger Leitungsheizkörper als Strahlungsheizkörper 3 0 eingesetzt wurde. Dieses konventionelle Element, das als Heizkörper 3 eingesetzt wird, ist ein ringförmiger Bandheizkörper mit 1800 Watt, der als Chromalux Modell A-903/240 verkauft wird. Der Chromalux-Bandheizkörper wird als Leitungsheizkörper für das Beheizen von Bottichen und anderen Behältern für Flüssigkeiten und dergleichen hergestellt und verkauft.

Es wird die Meinung vertreten, daß die Abmessungen eines ringförmigen Strahlungsheizkorpers 30 entsprechend dieser Ausführung der Erfindung relativ zum Abstand zwischen dem Heizkörper 3 0 und der Fläche, die beheizt werden soll, für das Erreichen eines hohen Grades an Gleichmäßigkeit der Temperatur auf der zu beheizenden Fläche ziemlich wichtig sind. Die Modellierung der Wärmeübertragung eines derartigen Strahlungsheizkorpers kann angewandt werden, um diese Abmessungen zu ermitteln, wie jetzt ausführlicher beschrieben wird.

Gemäß der grundlegenden Theorie der Wärmeübertragung kann die Größe q der Energieübertragung zwischen einem Quellenkörper (Körper 1) und einem Zielkörper (Körper 2) mittels der Strahlung wie folgt ausgedrückt werden:

q = F_E F_G &sgr; A₁ (T₁ ⁴ - T₂ ⁴)

0 worin sind: F₃₃ der Faktor des Emissionsvermögens in Abhängigkeit vom Emissionsvermögen der zwei Körper, F_G der geometrische "Betrachtungsfaktor", wie er hierin nachfolgend beschrieben wird, &sgr; die Stefan-Boltzmann-Konstante, A₁ die Fläche des Quellenkörpers und T₁ und T₂ die Temperaturen des Quellen- und bzw. des Zielkörpers. Siehe beispielsweise Holman, Heat Transfer, 2.Ausgabe (McGraw-Hill, 1963).

Wo der Quellenkörper eine diffuse Fläche ist, wie bei dem Beispiel, das beim Strahlungsheizkörper 30 anwendbar ist, wird die Strahlungsenergie in isotroper Weise abgestrahlt. Dementsprechend erreicht tatsächlich nur ein Anteil der abgestrahlten Energie, die vom Quellenkörper abgestrahlt wird, den Zielkörper, was natürlich von den Geometrien des Quellen- und des Zielkörpers abhängig ist. Der geometrische Betrachtungsfaktor F_G wird daher bei der vorangegangenen Beziehung verwendet, um den Anteil der vom Quellenkörper abgestrahlten Energie zu liefern, der den Zielkörper erreicht. Wenn alle anderen Faktoren gleich gehalten werden, kann die Abhängigkeit der Größe q der Energieübertragung als eine Funktion der Geometrie des Quellenkörpers und als eine Funktion der Stelle des Zielkörpers, die von Interesse ist, ermittelt werden. Vorzugsweise kann ein Modellierungsprogramm mittels Computer verwendet werden, um die Berechnungen durchzuführen, die für diese Ermittlung erforderlich sind.

Es muß bemerkt werden, daß die Berechnung des Betrachtungsfaktors F_G ziemlich kompliziert sein kann, selbst für einfache Geometrien. Gut bekannte Literaturhinweise auf dem Gebiet der Wärmeübertragung veröffentlichten Betrachtungsfaktoren und algebraische Prinzipien, nach denen die Betrachtungsfaktoren für spezielle, nicht tabellarisch erfaßte Geometrien ermittelt werden können. Siehe beispielsweise Howell, Radiation Configuration Factors (McGraw-Hill). Beispielsweise ist gut bekannt, daß die Betrachtungsfaktoren zwischen parallelen koaxialen Scheiben wie folgt ausgedrückt 0 werden können:

F₁^₂ = 1/2 {X - [X² - 4(R₂ZR₁) ²]^1/2}

worin sind: F₁^₂ der Betrachtungsfaktor für die Quellenscheibe zur Zielscheibe, R₁ und R₂ die Radien der Quellen-5 und bzw. Zielscheibe, jeweils dividiert durch den Abstand zwischen den Scheiben (in Fig. 3 als Abstand a gezeigt), und worin

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X = 1 + (1 + R₂ ²) /R₁ ²

Für eine ringförmige Quellenscheibe, wie beispielsweise einen Strahlungsheizkörper 30, und für eine kreisförmige Zielfläche wurden die Prinzipien der algebraischen Betrachtungsfaktoren angewandt, um den Betrachtungsfaktor F_1R_&ldquor;₂ mittels einer ersten Berechnung der zwei Betrachtungsfaktoren F₁^,_2a und F₁^₂₁₃ entsprechend der vorangegangenen Beziehung abzuleiten; diese Betrachtungsfaktoren entsprechen jenen von einer Scheibenquelle 1 zu zwei konzentrischen Scheibenzielen 2a und 2b, wobei der Radius der Scheibe 2a größer ist als der der Scheibe 2b. Der Betrachtungsfaktor ^fir-»2 ^{von e}i^ner Ringquelle, die einen Außenradius R_a aufweist, der der gleiche ist wie das Scheibenziel 2a, und die einen Innenradius R_b aufweist, der der gleiche ist wie das Scheibenziel 2b, kann danach aus den Betrachtungsfaktoren F-L^._2a und F₁^₂₁₃ wie folgt berechnet werden:

^FlR-»2 = <^Fl-2a - ^F1^2b) V^a " ^A2b>

In Fig. 1 wird der Strahlungsheizkörper 3 0 mit einem Außenradius R_a und einem Innenradius R_b entsprechend der üblichen Verfahrensweise gezeigt, die bei der vorangehenden Formel zur Anwendung kommt.

Um die Gleichmäßigkeit der Energieverteilung über der Zielflache zu ermitteln, ist es erforderlich ist, den vorangehend abgeleiteten Betrachtungsfaktor nicht nur für die Zielfläche (d.h., Körper 2) als Ganze zu betrachten, sondern 0 für kleine Abschnitte dieser,- die Gleichmäßigkeit kann danach natürlich durch einen Vergleich der Größe q der Energieübertragung für die verschiedenen Abschnitte der Zielfläche gemessen werden. Da der Quellenkörper bei dieser Analyse ringförmig ist, und da er parallel und koaxial zur 5 Zielfläche verläuft, kann angenommen werden, daß der Betrachtungsfaktor (und dementsprechend die Größe der Energieübertragung) für alle Abschnitte der Zielfläche gleich sein

wird, die den gleichen radialen Abstand von der Mitte des Ziels aufweisen. Dementsprechend kann der Betrachtungsfaktor vom ringförmigen Quellenkörper zu einem unterschiedlichen ringförmigen Element des Zielkörpers leicht aus den Prinzipien des algebraischen Betrachtungsfaktors wie folgt abgeleitet werden:

^F1R-»2R ^{= F}lR-»2 1 r+&Dgr;&Ggr; ~ ^FlR-»2 I r

Das berechnet den Betrachtungsfaktor für einen unterschiedlichen ringförmigen Abschnitt des Zielkörpers oder der Fläche, die einen Innenradius von r und einen Aujßenradius von r+&Lgr;&Ggr; aufweist. Ein Vergleich der Größe q der Energieübertragung für jeden der ringförmigen Abschnitte der Zielfläche kann daher durch Berechnen des Betrachtungsfaktors ^fir-»2R f^^r ^-^e verschiedenen Elemente der Zielfläche und Dividieren eines jeden der berechneten Betrachtungsfaktoren durch die Fläche des unterschiedlichen Zielelementes vorgenommen werden, um die Dichte der Größe der Energieüber-0 tragung (d.h., die Größe q pro Flächeneinheit) zu erhalten.

In Fig. 4 und 5 wird jetzt ein Vergleich der Gleichmäßigkeit der Energieübertragung von einem scheibenartigen, flachen Strahlungsheizkörper, wie er konventionell eingesetzt werden kann, mit der eines ringförmigen Strahlungsheizkörpers 3 0 entsprechend der ersten Ausführung der Erfindung beschrieben. Die grafischen Darstellungen der Fig. 4 und 5 wurden bei Verwendung des Modells der Wärmeübertragung erhalten, das hierin vorangehend beschrieben wird.

In Fig. 1 und 3, die der Veranschaulichung der Abmessungen des modellierten Systems dienen, beträgt der Radius des scheibenartigen Heizkörpers, der relativ zu Fig. 4 modelliert wurde, 21,8 cm, was dem Außenradius R_a des ringförmigen Heizkörpers entspricht, der betreffs Fig. 5 modelliert wurde. Der Innenradius R_b des modellierten Strahlungsheizkörpers 30 beträgt 15,25 cm. Für sowohl Fig. 4 als

auch Fig. 5 beträgt der Abstand a zwischen den modellierten Heizkörpern und der Zielfläche 4 {siehe Fig. 3) im Modell cm, der Radius R₂ der Zielfläche 4 beträgt 15 cm und der schrittweise Abstand Ar 0,25 cm.
5

Fig. 4 zeigt die Ergebnisse der Modellierung für einen konventionellen scheibenartigen Heizkörper, der betreffs der mittleren Dichte der Energieübertragung {d.h., q/Flächeneinheit) über der Zielfläche 4 genormt ist. Es kann aus den Ergebnissen der Fig. 4 gefolgert werden, da/3 der Einsatz eines derartigen konventionellen scheibenartigen Heizkörpers zu einer Temperatur in der Mitte der Zielfläche 4 führen würde, die höher ist als die am Umfang. Fig. 5, die die Ergebnisse der Modellierung eines ringförmigen Strahlungsheizkörpers entsprechend dieser Ausführung der Erfindung veranschaulicht, zeigt eine bedeutend verbesserte Gleichmäßigkeit gegenüber der des modellierten scheibenartigen Heizkörpers, wie sie aus Fig. 4 resultiert.

In gleicher Weise wurden die Modellierung eines Ringheizkörpers, der auf die Abmessungen des hierin vorangehend angeführten Chromalux-Leitungsheizkörpers abgestimmt ist, und die experimentellen Messungen für den Chromalux-Heizkörper selbst durchgeführt, um das Modell zu prüfen. Die Abmessungen des modellierten und des tatsächlichen Chromalux-Heizkörpers umfassen einen Außenradius R_a von 13,93 cm und einen Innenradius R_b von 10,79 cm. Die zahlenmäßigen Ergebnisse dieser Modellierung sagten vorher, daß die maximale Abweichung {d.h., die Differenz zwischen Minimum und Maximum) in Prozent der pro Flächeneinheit übertragenen Energie für den Strahlungsheizkörper 3 0 entsprechend den Abmessungen des Chromalux-Heizkörpers etwa 24,5 % betragen würde.

Es wurden Messungen für einen Chromalux-Leitungsheizkörper mit 1800 Watt durchgeführt, der in einer Vorrichtung angeordnet wurde, wie in Fig. 2 gezeigt wird, wobei er so

gesteuert wurde, daß die Temperatur der Zielfläche 4 von einer Umgebungstemperatur von 23 ⁰C auf etwa 70 ⁰C angehoben wurde. Die gesamte gemessene Abweichung der Temperatur der Zielfläche 4 (gemessen mit Hilfe von Thermoelementen), berechnet in einer prozentualen Abweichung von der Umgebungstemperatur, betrug etwa 19,4 %, was dicht bei dem Ergebnis der Abweichung der modellierten Energieübertragung liegt, das hierin vorangehend diskutiert wurde. Man glaubt daher, daß das hierin vorangehend beschriebene Modell ziemlich genau die Gleichmäßigkeit der Energieübertragung von einem Strahlungsheizkörper, wie beispielsweise dem Strahlungsheizkörper 30, zu einer parallelen Fläche, die einen Abstand zu diesem aufweist, voraussagt.

Es muß bemerkt werden, daß, wenn auch das Beispiel des Chromalux-Leitungsheizkörpers verbesserte Ergebnisse gegenüber einem gleichermaßen bemessenen Scheibenheizkörper vorlegt, die Abmessungen des Beispiels des Strahlungsheizkörpers 30, der relativ zu Fig. 5 modelliert wurde, gegen-0 über denen des Chromalux-Leitungsheizkörpers bevorzugt werden.

Dementsprechend, wie in Fig. 5 gezeigt wird, bringt der Strahlungsheizkörper 3 0 entsprechend dieser Ausführung der Erfindung bedeutende Verbesserungen hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Temperatur einer parallelen Zielfläche, verglichen mit den Ausführungen des Strahlungsheizkörpers nach dem bisherigen Stand der Technik.

0 Aus der Modellierung und Versuchsdurchführung wurde ebenfalls beobachtet, daß die Abweichung bestimmter Abmessungen des Strahlungsheizkörpers 30, wie beispielsweise des Abstandes a zwischen dem Strahlungsheizkörper 3 0 und der Zielfläche 4 für eine bestimmte Größe des Strahlungsheizkörpers 30, und wie beispielsweise der Breite des Ringes (d.h., der Differenz zwischen dem Außenradius R_a und dem Innenradius R_b) in bedeutendem Maße die Gleichmäßigkeit

beeinflussen kann, mit der die Energie der Zielfläche 4 zugeführt wird.

In Fig. 6 und 7 werden die Einflüsse des sich verändernden Abstandes a zwischen einem Strahlungsheizkörper 3 0 und einer Zielfläche 4 im Ergebnis einer Modellierung der Wärmeübertragung gezeigt, wie sie in der hierin vorangehend beschriebenen Weise durchgeführt wurde. Die Abmessungen des Strahlungsheizkörpers 30, die für die Zwecke der Fig. 6 und 7 modelliert werden, sind die gleichen wie die für das Modell in Fig. 5.

Fig. 6 zeigt die modellierte genormte Verteilung der Strahlungsenergie eines ringförmigen Strahlungsheizkörpers 30 als Funktion des Abstandes a von der Zielfläche 4. Wie in Fig. 6 gezeigt wird, wenn der Strahlungsheizkörper 3 0 in der Nähe der Zielfläche 4 ist, nimmt der Umfang der Zielfläche relativ zur Mitte unverhältnismäßig mehr Energie auf, während sich beim Strahlungsheizkörper 30, der einen ausreichenden Abstand zur Zielfläche 4 aufweist, die Bilanz so verändert, daß die Mitte der Zielflache 4 mehr Energie pro Flächeneinheit als der Umfang aufnimmt. In Fig. 7 wird die prozentuale Abweichung (aus den Ergebnissen berechnet, die benutzt wurden, um die Fig. 6 zu erstellen) grafisch über dem Abstand a zwischen dem Strahlungsheizkörper 30 und der Zielfläche 4 zusammen mit dem Prozentwert der gesamten Energie, die vom Strahlungsheizkörper 3 0 abgestrahlt wird, und die der Zielfläche 4 zugeführt wird, dargestellt. Man sieht, da/3 die Abweichung bei einem Abstand a von 22 cm ein 0 Minimum aufweist; man sieht ebenfalls, da/3 der Wirkungsgrad der Zuführung der Energie zur Zielfläche 4 mit größer werdendem Abstand a abnimmt, wie zu erwarten ist. Dementsprechend ist der Abstand a zwischen dem Strahlungsheizkörper 3 0 und der Zielfläche 4 ein bedeutender Faktor nicht nur hinsichtlich der Menge der Strahlungsenergie, die der Zielfläche 4 zugeführt wird, sondern ebenfalls hinsichtlich der Gleichmäßigkeit einer derartigen Zuführung.

In Fig. 8 werden jetzt die Einflüsse der Veränderung der Breite des Ringes (d.h. der Veränderung des Innenradiusses R_b aus Fig. 1) auf die Gleichmäßigkeit der Zuführung von Energie zur Zielfläche beschrieben. Die modellierten Bedingungen, unter denen die Ergebnisse der Fig. 8 erreicht wurden, umfassen einen konstanten Außenradius R_a des Strahlungsheizkorpers 30 und einen konstanten Abstand a zwischen dem Strahlungsheizkörper 30 und der Zielfläche Man sieht, da/?, wenn der Innenradius R_b größer wird (was zu einem schmaleren Ring führt), der Umfang der Zielfläche 4 mehr Energie pro Flächeneinheit als die Mitte aufnimmt; umgekehrt, wenn der Innenradius R_b abnimmt {was zu einem breiteren Ring führt, der sich mehr einem scheibenartigen Heizkörper nähert, wie er hierin vorangehend beschrieben wird), empfängt die Mitte der Zielfläche 4 mehr Energie pro Flächeneinheit als deren Umfang.

Es wird in Betracht gezogen, daß die hierin vorangehend für die Modellierung der Abmessungen des ringförmigen Strahlungsheizkorpers 30, relativ zum Abstand zwischen dem Strahlungsheizkörper und der Zielfläche 4, beschriebenen Beziehungen jetzt durch einen Fachmann benutzt werden können, um einen Strahlungsheizkörper 30 für eine spezielle Verwendung so zu konstruieren, da/3 die Vorteile einer gleichmäßigen Größe der Energieübertragung pro Flächeneinheit, wie sie hierin vorangehend beschrieben werden, erreicht werden.

Es muß bemerkt werden, daß die hierin vorangehend für den 0 Strahlungsheizkörper 3 0 beschriebene Theorie, Form und geometrischen Eigenschaften gleichermaßen anwendbar sind, wo anstelle eines Heizkörpers das ringförmige Element dazu dient, die dazu parallele ebene Fläche abzukühlen. Ein derartiges Abkühlelement kann als ein gleichermaßen gestalteter Körper wie der Strahlungsheizkörper 3 0 und mit darin vorhandenen Rohrleitungen gebaut werden, durch die ein Kühlmittel in Umlauf gebracht werden kann. Beispielsweise

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kann ein Aluminiumkörper mit Rohrleitungen aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums bereitgestellt werden, durch die eine abgekühlte Flüssigkeit in Umlauf gebracht wird, wie beispielsweise flüssiger Stickstoff, ein Fluorkohlenwasserstoff oder Wasser. Es wird daher in Betracht gezogen, daß die Anordnung des ringförmigen Kühlelementes nahe einer abzukühlenden Fläche entsprechend der Theorie und der Beziehung, die hierin vorangehend für den Strahlungsheizkörper beschrieben werden, zu einer im wesentlichen gleichmäßigen Übertragung der Strahlungswärme von der abzukühlenden Fläche zum ringförmigen Kühlelement führt.

Für die spezielle Anwendung des selektiven Lasersinterns ist der Strahlungsheizkörper 3 0 entsprechend dieser Ausführung der Erfindung besonders vorteilhaft. Das ist nicht nur auf die verbesserte Gleichmäßigkeit zurückzuführen, mit der er die Energie pro Flächeneinheit zuführt, sondern ebenfalls auf seine Konstruktion, die seine Anordnung koaxial mit der Zielfläche gestattet, während der Energiestrahl dazwischen hindurch zur Zielfläche 4 gelangen kann. In Fig. 9 wird jetzt eine bevorzugte Ausführung einer Vorrichtung für das selektive Lasersintern beschrieben, die den Strahlungsheizkörper 3 0 entsprechend dieser Ausführung der Erfindung umfaßt. Es muß bemerkt werden, daß die gleichen Elemente dieser Vorrichtung, wie sie in der Vorrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik in Fig. 2 eingeschlossen sind, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet werden.

0 Der ringförmige Strahlungsheizkörper 30, wie er hierin vorangehend beschrieben wird, wird in der Ausführung der Fig. 9 verwendet, um die Zielfläche 4 in der hierin vorangehend beschriebenen Weise gleichmäßig zu erwärmen. Die Anbringung des Strahlungsheizkorpers 3 0 kann durch Aufhängen über der Zielfläche von der Oberseite der Kammer 2 aus (die Oberseite wird nicht gezeigt) entweder mittels Ketten, eines Drahtes, einer festen Halterung oder einer anderen ge-

eigneten Montagevorrichtung bewirkt werden. Wie in Fig. 9 gezeigt wird, gestattet die Öffnung durch den Strahlungsheizkörper 30, daß der Strahl vom Laser 10 durch die Spiegel 12 gesteuert dazwischen hindurchgelangen kann und auf die Zielfläche 4 auftrifft, während dennoch gestattet wird, da/3 der Strahlungsheizkörper 3 0 koaxial zur kreisförmigen Zielflache 4 angeordnet ist. Das berücksichtigt die Gleichmäßigkeit der Temperatur der Zielfläche über dem Bereich, der vom Strahl des Lasers 10 erreicht werden kann. Eine derartige gleichmäßige Temperatursteuerung gestattet eine Optimierung der Temperatur der Zielfläche 4, so daß das Wachstum und das Kräuseln des Teils minimiert werden, das nach dem selektiven Lasersintern hergestellt wird, wie es hierin vorangehend angeführt wird.

Es muß bemerkt werden, daß der Strahlungsheizkörper 30 in eine Vorrichtung für das selektive Lasersintern so eingebaut werden kann, daß die Temperatur auf der Zielfläche 4 vor der Einleitung des selektiven Lasersinterns (beispielsweise mit Hilfe von Thermoelementen oder Thermometern gemessen, die auf der Zielfläche 4 angeordnet sind) bei keinerlei weiterer Steuerung der Temperatur, die während des Vorganges durchgeführt wird, eingestellt werden kann. Infolge der Erzeugung von Wärme während des selektiven Lasersinterns wird sich jedoch die Temperatur der Zielfläche 4 gegenüber ihrem Anfangszustand vor dem Prozeß wahrscheinlich verändern. Für spezielle Materialien, wie beispielsweise Wachs, wurde beobachtet, daß eine genaue Steuerung der Temperatur über den Vorgang hinweg erforderlich ist, um die Probleme des Wachstums, des Kräuseins und eines anderweitigen Verziehens und Verformens des herzustellenden Teils zu vermeiden. Dementsprechend bevorzugt man die Einbeziehung einer gewissen Art der Messung, Rückmeldung und Steuerung in der Vorrichtung für das selektive Lasersintern.

Die bisherigen Verfahren für die Steuerung der Temperatur der Zielfläche 4, wo Strahlungsheizkörper, wie beispiels-

weise die Flächenheizkörper 20 in Fig. 2, eingesetzt wurden, umfaßten Thermoelemente in oder nahe der Zielfläche 4, beispielsweise in der Nähe der Oberseite des Teilekolbens Bei dieser Ausführung wird jedoch bevorzugt, daß die Temperaturmessung der Zielfläche 4, auf der das Pulver mittels der Walze 18 angeordnet wird, und auf der das Teil im Pulver durch das Verfahren des selektiven Lasersinterns hergestellt wird, nach einer berührungsfreien Verfahrensweise vorgenommen wird. Dementsprechend umfaßt die bevorzugte Ausführung der Vorrichtung aus Fig. 9 einen Infrarotmeßfühler 34 für die Temperatur, der auf den entsprechenden Abschnitt der Zielfläche 4 ausgerichtet ist, die das Pulver und das darauf herzustellende Teil umfaßt. Der Ausgang des Meßfühlers 34 kann mittels einer konventionellen Anlage (nicht gezeigt) für die Steuerung des Stromes oder einer anderen Energie, die beim Strahlungsheizkörper 3 0 zur Anwendung kommt, überwacht werden.

Bestimmte Materialien, die beim selektiven Lasersintern 0 eingesetzt werden, müssen auf relativ niedrigen Temperaturen gehalten werden, um in Pulverform zu bleiben. Beispielsweise wurde ermittelt, daß das selektive Lasersintern besonders vorteilhaft bei der Herstellung von Teilen aus Wachspulver ist, wobei die Wachsteile anschließend bei der Herstellung von Formen für das Präzisionsgießen mit verlorener Gießform entsprechend dem "Wachsausschmelzgießverfahren" verwendet werden. Das selektive Lasersintern des Wachspulvers ist den Problemen des Wachstums und des Kräuseins unterworfen, wie sie hierin vorangehend beschrieben werden, wodurch eine 0 Steuerung der Temperatur der Zielfläche 4 erforderlich ist.

Die Umgebungstemperatur der Kammer 2 muß jedoch relativ niedrig gehalten werden, beispielsweise in der Größenordnung von weniger als 50 ⁰C, so daß die Abschnitte des Wachspulvers, die nicht die Energie vom Laser aufnehmen, nicht schmelzen oder zusammenkleben. Dementsprechend kann die Temperatur, die vom Meßfühler 34 gemessen wird, relativ niedrig sein.

Beim Messen einer derartigen niedrigen Temperatur kann jedoch die Menge der Energie mit Infrarotwellenlänge vom Strahlungsheizkörper 30, die vom Pulver auf der Zielfläche weg reflektiert wird, und die den Meßfühler erreicht, relativ bedeutend zu der Infrarotenergie sein, die vom Pulver selbst bei derartigen niedrigen Temperaturen abgestrahlt wird. Dementsprechend wurde beobachtet, daß die Temperatur, die durch den Infrarotmeßfühler 34 gemessen wird, von der Temperatur abweicht, die von einem Thermoelement gemessen wird, das sich in der Zielfläche 4 befindet .

Bei der Vorrichtung in Fig. 9 wird die Genauigkeit der Messung der Temperatur durch die Bereitstellung eines zweiten Infrarotmeßfühlers 36, der auf den Strahlungsheizkörper 30 gerichtet ist, um seine Strahlung zu messen, verbessert. Der Ausgang des Meßfühlers 3 6 wird gleichermaßen überwacht wie der Ausgang des Meßfühlers 34. Der Infrarotmeßfühler 36 liefert daher eine direkte Messung der 0 Strahlung, die vom Strahlungsheizkörper 30 abgestrahlt wird.

Das gestattet den Ausgleich der gemessenen Strahlung von der Zielfläche 4 durch den Meßfühler 3 4 für die vom Heizkörper 3 0 reflektierte Strahlung, so daß die richtige Temperatur des Pulvers und des Teils auf der Zielfläche 4 abgeleitet werden kann. Das Ausmaß des erforderlichen Ausgleichs hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie beispielsweise der geometrischen Beziehung zwischen dem Heizkörper, dem Pulverbett und den Meßfühlern, dem Reflexionsvermögen des Pulvers und der Temperatur des Pulvers. Es wird in Betracht gezogen, daß 0 die Zeit-Nullpunkt-Charakterisierung der Kammer 2 und des Strahlungsheizkörpers 3 0 bei Verwendung von Thermoelementen oder Anwendung einer anderen Kontaktmessung für eine derartige Charakterisierung für die betreffenden Pulver über der Temperatur erfolgen kann, um eine Ausgleichskurve oder eine Gleichung für die Korrektur des Ausgangssignals vom Meßfühler 34 zu liefern, um zu der richtigen Temperatur zu gelangen.

Alternativ zur Verwendung des ringförmigen Strahlungsheizkörpers 3 0 in der Vorrichtung für das selektive Lasersintern in Fig. 9 kann ein gleichermaßen geformtes Element als Kühlelement verwendet werden. Wie hierin vorangehend bemerkt wird, sind die Theorie und die Kenndaten des Strahlungsheizkörpers 3 0 gleichermaßen für den Fall anwendbar, wo das ringförmige Element kühler ist als die Zielfläche. Beispielsweise kann eine abgekühlte Flüssigkeit, wie zum Beispiel flüssiger Stickstoff, ein Fluorkohlenwasserstoff oder Wasser, durch die Rohrleitungen im ringförmigen Aluminiumkörper in Umlauf gebracht werden. Die Bereitstellung einer derartigen Strahlungskühlvorrichtung kann für die Materialien bevorzugt werden, die für das selektive Lasersintern nützlich sind, aber wo das Material zum Zeitpunkt des Sinterns auf unterhalb der Raumtemperatur gehalten werden muß, um in Pulverform zu bleiben. Da das Abkühlen der Zielfläche 4 beim selektiven Lasersintern ebenfalls als vorteilhaft für die Steuerung des Wachstums und des Kräuseins bekannt ist, selbst wo die Temperatur der Zielfläche 4 durch die Strahlungsheizung erwärmt wird, kann außerdem eine alternative Ausführung der Vorrichtung für das selektive Lasersintern aus Fig. 8 sowohl einen Strahlungsheizkörper 30 als auch ein gleichermaßen ringförmiges Kühlelement umfassen, wobei der Heizkörper und das Kühlelement koaxial zueinander angeordnet sind. Es wird in Betracht gezogen, daß den Fachleuten andere Alternativen und Modifizierungen, die ein Strahlungskühlelement einschließen, jetzt verständlich sein werden.

0 In Fig. 10 wird eine isometrische Ansicht einer alternativen Ausführung des Strahlungsheizkörpers entsprechend der Erfindung veranschaulicht. Wie hierin vorangehend mit Bezugnahme auf Fig. 9 bemerkt wird, ist der Anteil der gesamten vom Strahlungsheizkörper 3 0 abgestrahlten Energie, der die 5 Zielfläche 4 erreicht, weniger als 50 %, insbesondere beim Abstand a, bei dem die Gleichmäßigkeit optimiert wird. Der Strahlungsheizkörper 40 in Fig. 10 ist ein ringförmiger

Strahlungsheizkörper, der so konstruiert ist, da/3 er eine kegelstumpfartige Form anstelle der flachen Form des Heizkörpers 20 aufweist. Der Strahlungsheizkörper 40 ist vorzugsweise so montiert, daß sein innerer Rand von der zu erwärmenden Fläche weiter weg ist als sein äußerer Rand.

Diese Konstruktion gestattet, daß der Abstand a, bei dem die Gleichmäßigkeit für den Strahlungsheizkörper 40 maximiert wird, kleiner ist als der für den flachen Strahlungsheizker

30. Das kann man in Fig. 6 sehen, die zeigt, daß für einen flachen Strahlungsheizkörper 3 0 die Anordnung des Heizkörpers näher an der Zielfläche 4 als der optimale Abstand dazu führt, daß die Mitte der Zielfläche 4 weniger Energie aufnimmt als der Umfang. Der Strahlungsheizkörper 40 aus Fig.

10 lenkt infolge seiner Form mehr seiner Energie zur Mitte der Zielfläche 4 als zu deren Umfang und nach außerhalb der Grenzen der Zielfläche 4. Indem mehr Energie zur Mitte gebracht wird, gleicht der Strahlungsheizkörper die Effekte aus, die in Fig. 6 veranschaulicht werden, wo die Mitte 0 weniger Energie aufnimmt, wenn der Heizkörper näher an die Fläche heranbewegt wird. Dementsprechend wird der Abstand a, bei dem die Gleichmäßigkeit für den Strahlungsheizkörper maximiert wird, dichter an der Zielfläche 4 sein als im Fall des Strahlungsheizkörpers 30. Wie in Fig. 7 gezeigt wird, wird diese dichtere Nähe des Heizkörpers 40 an der Zielfläche 4 den Anteil der gesamten abgestrahlten Energie erhöhen, der die Zielfläche 4 erreicht, wodurch der Wirkungsgrad des Strahlungsheizkörpers 40 verbessert wird.

0 Es muß bemerkt werden, daß, während die Form des Strahlungsheizkörpers 40 eine kegelstumpfartige ist, die gerade Seiten zwischen dem Außen- und dem Innenradius aufweist, alternative Geometrien für den Strahlungsheizkörper 40 genutzt werden können. Beispielsweise können die Seiten des Strahlungsheizkörpers eher parabolisch als linear sein, wenn es für eine alternative Verteilung der Energie vom Strahlungsheizkörper 40 zur Zielfläche 4 gewünscht wird. Es

wird in Betracht gezogen, daß jetzt den Fachleuten unter Bezugnahme auf diese Beschreibung und die Zeichnungen weitere nützliche Formen des Strahlungsheizkörpers 40 verständlich sein werden.
5

Außerdem muß bemerkt werden, daß die Form des Strahlungsheizkörpers 40 ebenfalls für ein gleichermaßen geformtes Kühlelement anwendbar ist, um eine verbesserte Übertragung der Strahlungswärme von der Zielfläche zum Element zu erreichen, wie hierin vorangehend diskutiert wird.

Betreffs der Vorrichtung für das selektive Lasersintern aus Fig. 9 wird infolge der Anordnung der Öffnung in der Mitte des Strahlungsheizkörpers 40 der Strahl vom Laser 10 immer noch auf das Pulver in der Zielfläche 4 auftreffen. Der Strahlungsheizkörper 40 bringt daher die weiteren Vorteile bei seiner Anwendung für das selektive Lasersintern mit sich, wie sie hierin vorangehend beschrieben werden.

0 In Fig. 11 wird der Strahlungsheizkörper 50 entsprechend einer weiteren Ausführung der Erfindung jezt ausführlicher beschrieben. Bei bestimmten Anwendungen, bei denen eine gleichmäßige Strahlungsheizung wünschenswert ist, wie sie hierin vorangehend beschrieben wird, kann die Leitung und Konvektion der Wärme für Stellen auf der zu erwärmenden Oberfläche ungleichmäßig sein. Beispielsweise umfaßt bei der Anwendung des selektiven Lasersinterns die Kammer 2 eine Tür mit einem Fenster an deren Vorderseite, um die Betrachtung des Vorganges von außerhalb der Kammer zu ermöglichen.

Außerdem wurde ermittelt, daß die Konvektionskühlung der Zielfläche zusammen mit der Strahlungswärme nützlich ist, wie hierin vorangehend beschrieben wird, um das Wachstum innerhalb der Schicht, die selektiv gesintert wird, zu minimieren {d.h., das Wachstum des Teils von dem Abschnitt aus, der die Laserenergie aufnimmt, über die Leitung der durch den Laser erzeugten Wärme zu den Pulverteilchen, die nicht dem Strahl ausgesetzt wurden). Eine derartige Kühlung

wird vorzugsweise dadurch bewirkt, da/3 ein Luftstrom in einer Richtung parallel zur Zielfläche 4 über die Oberfläche des Pulvers und das herzustellende Teil gelenkt wird. Wie in der PCT-Veröffentlichung WO 8 8/02677 beschrieben wird, die hierin vorangehend angeführt wird, kann es außerdem nützlich sein, ein Saugzuggas oder einen Luftstrom durch das Pulver in einer Richtung bereitzustellen, die senkrecht zur Zielfläche 4 verläuft.

Ein derartiger Luft- oder Gasstrom kann jedoch eine un-

_t gleichmäßige Verteilung der Temperatur auf der Zielfläche 4 bewirken, selbst wenn der Strahlungsheizkörper 3 0 oder 40 die Strahlungsenergie auf die Zielfläche 4 mit einem Wert pro Flächeneinheit überträgt, der über die Zielfläche 4 hinweg sehr gleichmäßig ist. Während die Strahlungsheizkörper 3 0 und 40 dazu gedacht sind, eine derartige gleichmäßige Übertragung der Strahlungsenergie zu bewirken, wird außerdem noch eine gewisse Abweichung wahrscheinlich vorhanden sein. Wie hierin vorangehend beschrieben wird, nimmt außerdem der Wirkungsgrad der Übertragung der Strahlungsenergie mit der Nähe des Strahlungsheizkörpers zur Zielflache 4 zu, insbesondere wenn der Strahlungsheizkörper näher an der Zielfläche 4 ist als der Abstand a, bei dem seine Gleichmäßigkeit maximiert wird. Außerdem ist die Ungleichmäßigkeit bei der Übertragung der Strahlungsenergie ein bedeutendes Problem bei der konventionellen Strahlungsheizung beim selektiven Lasersintern, beispielsweise in der Vorrichtung der Fig. 2.

0 In Fig. 11 wird jetzt ausführlich ein in Zonen eingeteilter Strahlungsheizkörper 50 in Verbindung mit einem derartigen Heizkörper 50 in einer ringförmigen Anordnung beschrieben. Es wird in Betracht gezogen, daß die hierin nachfolgend beschriebene Zoneneinteilung ebenfalls bei den konventionellen Strahlungsheizkörpern, wie beispielsweise den Flächenheizkörpern 20 in Fig. 2, nützlich sein wird, und in solchen Fällen kann das dazu dienen, daß die Ungleich-

mäßigkeit der Übertragung der Strahlungsenergie zur Zielflache 4 verringert wird.

Der Strahlungsheizkorper 50 entsprechend dieser Ausführung erzeugt die Strahlungsenergie durch die Widerstandselemente 52, 54 und 56, die auf dessen Oberfläche angeordnet sind. Die Widerstandselemente 52, 54 und 56 sind konventionelle Widerstandselemente, wie sie in konventionellen Heizkörpern eingesetzt werden, beispielsweise Heizfäden aus Nickel/Chrom oder dergleichen, die eine Lötfläche 32 an jedem Ende aufweisen, an dem die elektrische Verbindung durch Anlöten eines Drahtes an dieses oder dergleichen bewirkt werden kann. Bei dieser Ausführung variiert die Dichte der Länge der Widerstandselemente 52, 54 und 56 pro Flächeneinheit des Heizkörpers 50 radial. Fig. 11 zeigt die Widerstandselemente 52, 54 und 56 der Deutlichkeit halber mit sehr großem Abstand. In der Praxis werden die Elemente 52, 54 und 56 vorzugsweise so ausgeführt, daß sie eine höhere Dichte zeigen. Außerdem werden die Lotflächen 32 in der Praxis vorzugsweise so bemessen und in einer Art und Weise angeordnet, daß sie die gewüschte Verteilung der Temperatur über der Oberfläche des Heizkörpers 50 nicht nachteilig beeinflussen. Die Widerstandselemente 52a, 52b und 52c werden in der Nähe des äußeren Umfangs des Heizkörpers 50 angeordnet, sind elektrisch voneinander isoliert und zeigen etwa die gleiche Dichte des Widerstandes pro Flächeneinheit zueinander. Die Widerstandselemente 54a und 54b werden näher an der Mitte des Heizkörpers 50 aus den Elementen 52 angeordnet, und jedes zeigt eine höhere Dichte der Widerstands-0 länge pro Flächeneinheit als die Elemente 52 (obgleich die Dichte der Widerstandslänge pro Flächeneinheit der Elemente 54a und 54b annähernd gleich ist). Das Widerstandselement ist näher an der Mitte des Heizkörpers 50 angeordnet als die Elemente 54 und zeigt bei dieser Ausführung eine niedrigere 5 Dichte der Widerstandslänge pro Flächeneinheit als die Elemente 52 und 54. Bei dieser bevorzugten Ausführung des Strahlungsheizkörpers 50 ist in dessen Mitte ein Loch vor-

handen, beispielsweise so, da/3 ein Strahl vom Laser 10 dort hindurchgelangen kann, wenn der Heizkörper 50 in einer Vorrichtung für das selektive Sintern installiert wird, wie beispielsweise beim Beispiel in Fig. 9. 5

Der in Zonen eingeteilte Strahlungsheizkörper zeigt eine bedeutende Anpassungsfähigkeit in Verbindung mit der Bereitstellung von Strahlungswärme für die Zielfläche 4, insbesondere wenn er in der Vorrichtung für das selektive Sintern eingesetzt wird. Beispielsweise würde die Anwendung von gleichen Strömen bei jedem der Elemente 52, 54 und 56 zur Abstrahlung einer Strahlungsenergie pro Flächeneinheit führen, die radial von der Mitte des Heizkörpers 50 aus variiert, wobei die niedrigste Abstrahlung in der Nähe der Mitte, die nächsthöchste Abstrahlung in der Nähe des äußeren Umfangs und die höchste Abstrahlung dazwischen zu verzeichnen sind. Außerdem können die Ströme durch die Elemente 52, 54 und 56 relativ zueinander verändert werden, um unterschiedlche Abstrahlungsdichten von der, die im Heizkörper 50 0 eingeschlossen ist, nur infolge der sich verändernden Dichten der Länge des Widerstandselementes pro Flächeneinheit zu liefern; das Verändern der Ströme relativ zueinander könnte beispielsweise genau die sich verändernden Dichten der Widerstands länge ausgleichen, so da/3 die Strahlungsenergie mit einem gleichmäßigen Wert pro Flächeneinheit über den gesamten Heizkörper 50 abgestrahlt werden könnte. Natürlich könnten andere Verteilungen der Dichte der radialen Abstrahlung durch ein anderweitiges Verändern des Stromes durch die Elemente 52, 54 und 56 relativ zueinander 0 vorgenommen werden.

Außerdem bringt die Bereitstellung der separaten Elemente 52a, 52b und 52c ebenso wie der separaten Elemente 54a und 54b die Möglichkeit mit sich, den Abstrahlungswert der 5 Strahlungsenergie pro Flächeneinheit winkelig zu verändern. Wenn beispielsweise ein Abschnitt der Zielfläche 4, der unter dem Widerstandselement 52a liegt, kühler wäre als die

Abschnitte, die unter den Widerstandselementen 52b und 52c liegen, könnte der an das Element 52a angelegte Strom relativ zu dem durch die Elemente 52b und 52c erhöht werden, was dazu führt, da/3 eine größere Strahlungsenergie von dem Abschnitt des Heizkörpers 50 abgestrahlt wird, der das Element 52a enthält. Eine derartige Steuerung der einzelnen Elemente 52 und 54 kann daher den Ausgleich der ungleichmäßigen Temperaturen über der Zielfläche 4 gestatten, wie sie sich beispielsweise aus der Leitung oder Konvektion innerhalb der Kammer 2 in der Vorrichtung für das selektive Lasersintern in Fig. 9 ergeben könnten. Außerdem könnten sich die ungleichmäßigen Temperaturen auf der Zielfläche 4 ebenfalls aus dem Vorgang des selektiven Lasersinterns selbst ergeben. Wenn beispielsweise der Teil des Pulvers auf der Zielfläche 4, der unter den Elementen 52b und 52c liegt, in stärkerem Ausmaß gesintert würde als die Teile, die unter dem Element 52 liegen, würde eine Erhöhung des Stromes durch das Element 52a den niedrigeren Grad der darunter zu verzeichnenden Sinterwärme ausgleichen, wodurch die Gleichmäßigkeit der Zielfläche 4 und des darauf angeordneten Pulvers und des Teils verbessert wurden.

Es muß bemerkt werden, daß, während der in Zonen eingeteilte Heizkörper 50 bei dieser Ausführung ringförmig ist, alternativ konventionelle rechteckige oder kreisförmige Flächenstrahlungsheizkörper gleichermaßen in Zonen eingeteilt werden können, um eine gleichmäßige Temperatur auf der Zielfläche 4 und im darauf angeordneten Pulver und dem Teil bei einer Vorrichtung für das selektive Lasersintern zu 0 bewirken. Außerdem ist bei der Alternative, während der in Zonen eingeteilte Heizkörper 50 bei dieser Ausführung ein flacher Ring ist, ähnlich dem nicht in Zonen eingeteilten Heizkörper 30, der hierin vorangehend beschrieben wird, die Methode der Zoneneinteilung, die bei dem in Zonen eingeteilten Heizkörper 50 zur Anwendung kommt, gleichermaßen anwendbar und kann beim kegelstumpfartigen Heizkörper 40 angewendet werden, der hierin ebenfalls vorangehend be-

schrieben wird.

Es muß bemerkt werden, daß der Strahlungsheizkörper 50, der zahlreiche Lötflächen 32 für jedes Element 52, 54 und 56 aufweist, sowohl in der radialen als auch winkeligen Richtung, besonders für die Echtzeitsteuerung der Temperatur während des Vorganges des selektiven Lasersinterns und während der Charakterisierung einer speziellen Kammer vor der Einleitung des Vorganges des selektiven Lasersinterns für ein spezielles Pulver und spezielle Verfahrensbedingungen (wie beispielsweise Umgebungstemperatur, Luftstrom, Laserleistung und dergleichen) ausgelegt ist. Dementsprechend wird in Betracht gezogen, daß die Überwachungsvorrichtung, wie beispielsweise die Thermoelemente oder berührungsfreien Meßfühler, wie z.B. der hierin vorangehend beschriebene Infrarotmeßfühler 34, zusammen mit der konventionellen Überwachungs-, Rückmelde- und Steuervorrichtung gemeinsam mit dem in Zonen eingeteilten Heizkörper 50 dieser Ausführung der Erfindung durch einen Fachmann unter Bezugnähme auf diese Beschreibung realisiert werden kann.

Außerdem kann als Alternative zum steuerbaren, in Zonen eingeteilten Heizkörper 50, ein Heizkörper mit einer unveränderlichen Zoneneinteilung ebenfalls in einer Weise eingesetzt werden, bei der ein Nutzen aus der Erfindung gezogen werden kann. Es wird in Betracht gezogen, daß für eine spezielle Konstruktion der Kammer 2 in der Vorrichtung für das selektive Lasersintern die Form der Abstrahlungsdichte der Strahlungsenergie, sowohl in der radialen als auch in der winkeligen Richtung, durch Verwendung eines steuerbaren, in Zonen eingeteilten Heizkörpers 50, wie er hierin vorangehend beschrieben wird, abgeleitet werden kann, und daß sich die Form der Abstrahlungsdichte nicht bedeutend für die spezielle Konstruktion der Kammer verändern kann, ungeachtet der Veränderungen hinsichtlich des Pulvermaterials, der Umgebungstemperatur, der Laserleistung und der anderen Parameter. Dementsprechend kann in einem derartigen Fall ein

Strahlungsheizkörper 50 eingesetzt werden, der ein einzelnes Widerstandselement von sich verändernder Dichte umfaßt, um so die Strahlungsenergie in einer ungleichmäßigen Form vom Heizkörper abzustrahlen, was aber zu einer gleichmäßigen Temperatur auf der Zielfläche zum Ausgleich für die Konvektion oder andere Faktoren führt. Ein derartiger Heizkörper würde beispielsweise nur zwei Lötflächen 32 aufweisen, eines an jedem Ende des Widerstandselementes, wodurch die Realisierung des Heizkörpers und seine Steuerung vereinfacht werden.

Wenn die Erfindung hierin auch mit Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungen beschrieben wurde, wird natürlich in Betracht gezogen, daß Modifizierungen dieser Ausführungen und Alternativen zu diesen, wie beispielsweise Modifizierungen und Alternativen, die die Vorteile und Vorzüge dieser Erfindung erreichen, den Fachleuten verständlich werden, die einen Bezug zu dieser Beschreibung und den Zeichnungen haben. Es wird in Betracht gezogen, daß derartige Modifizierungen und Alternativen innerhalb des Bereiches dieser Erfindung liegen, der anschließend hierin beansprucht wird.

Claims

SCHUTZANSPRUCHE

1. Vorrichtung zum Sintern eines Pulvers mit einer Energiequelle (10) für die Zuführung eines gebündelten Energiestrahles zu einer ebenen Zielfläche (4) ;

eine Vorrichtung (14, 18) zum Anordnen des Pulvers auf der ebenen Zielfläche (4); und

eine Vorrichtung (30, 40, 50) zur Zuführung von , Strahlungsenergie zu der ebenen Zielfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (30, 40, 50) ein ringförmiges Heizstrahlelement (30, 40, 50) zur Übertragung von Strahlungsenergie auf die ebene Zielfläche (4) bei einer im wesentlichen gleichförmigen Rate pro Flächeneinheit aufweist, wobei das ringförmige Element (30, 40, 50) einen kreisförmigen äußeren Rand hat, der im wesentlichen parallel zu der ebenen Zielflache (4) liegt, und einen kreisförmigen inneren Rand aufweist, der im wesentlichen konzentrisch zu dem äußeren Rand verläuft, wobei der innere Rand eine Öffnung durch das ringförmige Element (30, 40, 50) bestimmt, wobei das ringförmige Element (30, 40, 50) auf eine solche Weise angeordnet ist, daß der Energiestrahl durch die durch den inneren Rand bestimmte Öffnung tritt.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Rand im wesentlichen koplanar zu dem äußeren Rand verläuft.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der innere Rand nicht koplanar zum äußeren Rand verläuft, so daß das Element so angeordnet werden kann, daß der innere Rand

5 weiter von der Zielfläche weg ist als der äußere Rand.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß das ringförmige Element (40) eine kegelstumpfartige Form aufweist.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Element (30, 40, 50) aufweist:

ein elektrisches Widerstandselement (52a, 52b, 52c) zur Erzeugung von Strahlungswärme; und Anschlußflächen (32) für das Zustandebringen der elektrischen Verbindung mit dem Widerstandselement (52a, 52b, 52c).

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dichte des Widerstandselementes (52a, 52b, 52c) pro Flächeneinheit des ringförmigen Elements radial zwischen dem inneren und dem äußeren Rand verändert .

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dichte des Widerstandselements (52a, 52b, 52c) pro Flächeneinheit des ringförmigen Elements winklig verändert.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Element (3 0, 40, 50) aufweist:

ein erstes und zweites elektrisches Widerstandselement (52, 54) zur Erzeugung von Strahlungswärme; und eine Vielzahl von Anschlüssen (32) zur voneinander unabhängigen Zuführung von Strom zu dem ersten und zweiten Widerstandselement.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei das erste und zweite Widerstandselement (52, 54) die gleiche Dichte an Widerstandselement pro Flächeneinheit aufweisen.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei das erste und zweite Widerstandselement (52, 54) unterschiedliche Dichten an Widerstandselement pro Flächeneinheit

36
aufweisen.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei das erste und zweite Widerstandselement {52, 54) in dem ringförmigen Element mit annähernd dem gleichen Abstand angeordnet sind.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Widerstandselement in dem ringförmigen Element zwischen dem Widerstandselement und dem Rand angeordnet ist.