TEMPUS



Anlage zum berührungslosen und störungsfreien Positionieren und Prozessieren von Metallschmelzen unter Schwerelosigkeit
Tiegelfreies Elektromagnetisches Prozessieren Unter Schwerelosigkeit

Vorteile dieses Verfahrens

  • Einfaches, ungeregeltes Levitationsverfahren (im Gegensatz zur ESL)
  • Schwache elektromagnetische Felder unter Schwerelosigkeit
    • geringe Wechselwirkung der Levitationsfelder mit der Probe
    • störungsfreies Prozessieren von Metallschmelzen
  • Prozessieren von hoch- und niedrigschmelzenden Metallen


Prinzip

Die zu untersuchende Probe wird in ein hochfrequentes (150 kHz) elektromagnetisches Quadrupolfeld gebracht. Der in das Metall induzierte Strom erzeugt zusammen mit dem äußeren Feld eine Lorentzkraft, die die Probe unter Schwerelosigkeit im Zentrum der symmetrischen Spule positioniert. Ein weiteres hochfrequentes (350 kHz) elektromagnetisches Dipolfeld ermöglicht ein sehr effizientes und genaues induktives Heizen und Schmelzen. Außerdem erlaubt dieses Feld ein Messen von elektrischen Materialgrößen und das Anregen von Oberflächenschwingungen der flüssigen Probe zur Messung von Oberflächenspannung und Viskosität.

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Verhalten einer Metallprobe bei einem Aufschmelz- und Abkühlzyklus, das während einer Spacelabmission von TEMPUS aufgenommen wurde.
Video: DLR (MUSC).

Konventionelles Verfahren

Beim herkömmlichen Verfahren wird jedes der beiden Felder durch eine eigene stromdurchflossene Spule erzeugt, die, zusammen mit einem Kondensator, Teil eines die Energie speichernden Schwingkreises ist, der wiederum von einem Wechselstromgenerator gespeist wird. Dabei wird das Quadrupolfeld durch die entgegengesetzte Stromrichtung in der oberen und unteren Hälfte der Positionierspule (blau) und das Dipolfeld durch die gleiche Stromrichtung in der oberen und unteren Hälfte der Heizspule (rot) erzeugt. Dieses Verfahren ist in der für den Einsatz unter Schwerelosigkeit gebauten Levitationsanlage TEMPUS realisiert.

SuPos Verfahren

Zur Erzeugung des hochfrequenten magnetischen Quadrupolfeldes (blau) zum Positionieren und des Dipolfeldes (rot) zum Heizen der Probe reicht im Prinzip ein Windungspaar aus. Der Typ des Feldes wird lediglich durch die Stromrichtungen in den beiden Spulenhälften bestimmt.

Beim Superpositionsverfahren werden die beiden felderzeugenden Ströme in einer Spule überlagert. Die Vorteile sind zum Einen ein erheblich höherer Wirkungsgrad des Dipolfeldes auf Grund der näher um die Probe fließenden Ströme und zum Anderen eine Reduzierung der Probenrotationen auf Grund der höheren Feldsymmetrie. Wie beim konventionellen Verfahren gibt es wieder zwei unabhängige Schwingkreise mit eigenen Kondensatoren, die sich jedoch eine gemeinsame Spule teilen.

Literatur

G. Lohöfer, J. Piller,
The new ISS Electromagnetic Levitation Facility: 'MSL-EML'
Proc. 40th AIAA Aerospace Sciences Meeting & Exhibit,
14.-17. January 2002, Reno, U.S.A,
paper no.: AIAA 2002-0764.



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http://www.dlr.de/mp/desktopdefault.aspx/tabid-3106/4785_read-6942/