DE1905906A1 - Induktive Hebevorrichtung - Google Patents

Description

DIPL..ING. H. LEINWEBER dipl-ing. H. ZIMMERMANN

I MUndMR 2, Rosantal 7, 2.Aufg.

T.i.-Adr. uinpatMOnchm T.i.fon (MII)MfIIf

^den 6. Februar 1969

Unser Zeichen

Wy/ho F°3775

GOMPAGNIE GMERALiI D¹ELECTRICITe, Paris, Frankreich Induktive Hebevorrichtung

Die Erfindung betrifft eine induktiv arbeitende Hebevorrichtung, und zwar die Montage eines Induktors für Hebezwecke und insbesondere einen Induktor, der so aufgebaut ist, daß er das Anheben von flüssigen Massen auch dann ermöglicht, wenn diese keine Oberflächenspannung aufweisen.

Es ist bekannt, daß man durch Einwirkenlassen eines eine geeignete Form aufweisenden und von einem genügend starken Strom durchflossenen Induktors auf einen elektrisch leitfähigen Körper in diesen Foucault¹sehe Ströme induzieren kann, auf die das Magnetfeld einwirkt und so eine Kraft erzeugt, die bei geeigneter Wahl der Parameter der Schwerkraft entgegenwirkt . und den elektrisch leitfähigen Körper ohne materielle Unterstützung in der Schwebe halten kann. Diese "Levitation" genannte Technik ist insbesondere zusammen mit induktiver Heizung vorteilhaft verwendbar. Sie ermöglicht es beispielsweise, das Verschmelzen zweier gleichzeitig angehobener Metallmassen zu erzielen und anschließend beim Abkühlen eine Legierung der beiden Metalle

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zu erhalten, ohne daß diese mit einem Schmelztiegel in Berührung kommen müssen, der von einem sehr reaktionsaktiven Material, beispielsweise von Titan, angegriffen und als Verunreinigung gelöst werden könnte.

Derartige induktiv arbeitende Hebevorrichtungen sind bereits bekannt.

Einige Vorteile der Levitations-Technik sind also wesent4 lieh mit der Möglichkeit verbunden, auch flüssige Massen in angehobenem Zustand zu halten. Das Angehobenhalten von flüssigen Massen ist aber erheblich schwieriger als das Anheben von Festkörpern.

Tatsächlich genügt es bei Festkörpern wegen der ihnen eigenen Kohäsion, eine für das Anheben ausreichende Kraft in einem kleinen Bereich des Festkörpers angmfen zu lassen. Dabei wird dann der gesamte Festkörper angehoben gehalten.

Für eine flüssige Masse ist das schwieriger. Es ist bekannt, daß die durch die Oberflächenspannung gegebenen Kräfte die Oberfläche einer Flüssigkeit wie eine Membran ausbilden, die eine gewisse Festigkeit hat. Die Festigkeit dieser Membran unterstützt den Zusammenhalt der mit Hilfe des Levitations-Effekts angehobenen flüssigen Masse wirkungsvoll.

Bei den bekannten Levitations-Vorrichtungen spielt die Oberflächenspannung keine wesentliche Rolle. Ist aber die Oberflächenspannung gering und liefert so keinen wesentlichen Beitrag zum Zusammenhalt der flüssigen Masse, so wird die Sicherheitsspanne sehr klein.

Ziel der Erfindung ist es, für die Levitation einer flüssigen Masse eine gute Sicherheitsspanne auch dann sicherzustellen, wenn die Flüssigkeit eine vernachlässigbar kleine

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Oberflächenspannung hat.

Die Wirkung des Magnetfeldes auf die Flüssigkeit soll die einer Membran sein, die die angehobene Flüssigkeit von allen Seiten einschließt und eine nach innen gerichtete Normalkraft auf die Flüssigkeitsteilchen ausübt.

Die torische oder doch annäherungsweise torische Form der anzuhebenden Masse ergibt sich aus der Tatsache, daß der Torus die einfachste geometrische Oberfläche ist, auf die man einen Strom induzieren kann, der keine zwei Nullpunkte aufweist. Diese Eigenschaft kann von der Tatsache abgeleitet werden, daß man den Torus mit sich selbst zusammenfallend verschieben kann, beispielsweise indem man ihn um seine Achse drehen läßt, ohne daß er auch nur einen Festpunkt hat. Das würde für eine sphärische oder zylindrische Oberfläche nicht gelten, die unter den gleichen Bedingungen zwei Festpunkte aufweisen. Aus der Anwendun der Gesetze des Elektromagnetismus im Zusammenhang mit topologischen Betrachtungen ergibt sich, daß die in die Oberflächen dieses zweiten Typs induzierten Ströme zwei Nullpunkte aufweisen während es auf der Oberfläche des Torus gar keinen Nullpunkt für den Strom gibt. Es ist aber klar, daß sich beim Nullwerden des Stromes in einem Punkt auch die durch das Magnetfeld bewirkte Kohäsionskraft an diesem Punkt auf Null vermindert. Auf einer torischen Oberfläche, die in ihrem Mittelbereich von einem den Induktionsstrom führenden Leiter durchsetzt ist, wird im Gegensatz dazu der Induktionsstrom in keinem Punkt ftull, und man erhält überall einwirkende Kräfte, die nicht nur der Schwerkraft, sondern auch fehlenden Kohäsionskraften von in flüssiger Phase befindlichen Massen entgegenwirken.

Anhebevorgange sind häufig mit Erhitzungs- und Verschmel-

»zungsvorgängen kombiniert, die vom gleichen Induktor ausgehen.

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Man geht also von einem Festkörper aus, der in torische Form gebracht ist und im Zustand der Levitation und der Schmelzflüssigkeit seine Kohäsion als flüssige Masse in torischer Form ohne direkte Unterstützung beibehält.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigen

Fig. 1 eine graphische Darstellung zum Erläutern der in

der Erfindung ausgenützten Prinzipien, Fig. 2 schematisch einen Schnitt durch eine·erste Ausfüh- · rungsform der Erfindung, und

Fig. 3 schematisch eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Oberflächenelement S, das ein isolierendes Material 1, den Sitz des magnetischen Induktionsfeldes und ein elektrisch leitfähiges Material 2 voneinander trennt. Der Vektor H gibt das Magnetfeld an, wie es in einem Punkt P des Oberflächenelements S bei Abwesenheit des elektrisch leitfähigen Materials 2 herrschen würde.

H und H₊ sind die Komponenten des Vektors H, die zu η w

dem Oberflächenelement S im Punkt P normal bzw.. tangential sind.

Nimmt man an, daß das elektrisch leitfähige Material und die Frequenz des induzierenden Magnetfeldes H so gewählt sind, daß die Durchdringungstiefe der.Ströme im elektrisch leitfähigen Material 2 sehr gering ist, so kann man den induzierten Strom als Oberfläehenstromdichte i betrachten. Dieser Vektor steht in der Tangentialebene an das Oberflächenelement S

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auf dem Vektor H senkrecht und hat einen zu H, proportionalen Wert.

Die elektromagnetische Kraft F, die durch die Wirkung des induzierendes Feldes H auf den induzierten Strom ι entsteht, ist senkrecht zu H und i: sie hat also eine Tangentialkomponente F,, die zu H · H, proportional ist, und eine Normalkomponente F , die zu Hf proportional ist.

Wird eine flüssige Masse angehoben gehalten durch eine elektromagnetische Kraft F, die auf jedes Element ihrer äußeren Oberfläche einwirkt, so muß diese Kraft F in jedem Punkt auf der äußeren Oberfläche der Masse normal stehen: eine tangentiale Kraft würde nämlich eine Verschiebung der Massen zur Folge haben, was zum Zufriedenstellen dieser Bedingung wieder zu einer Veränderung der dem flüssigen Körper eigenen Form führen würde und schließlich zu einer Unterteilung der Masse in mehrere Einzelteile. Daraus folgt, daß man eine flüssige Masse bei Abwesenheit einer bemerkbaren Oberflächenspannung nur dann angehoben halten kann, wenn ihre äußere Oberfläche überall tangential zum .induzierenden magnetischen Feld liegt.

Es ist insbesondere unmöglich, ein in sich geschlossenes Flüssigkeitsvolumen elektromagnetisch angehoben zu halten, das weder einen elektrischen Strom umgibt, noch im Inneren eine quelle enthält.

Es ist andererseits möglich, ein derartiges Anheben einer flüssigen Masse auch ohne nennenswerte Oberflächenspannung zu erhalten, wenn man ihr die Form eines Torus oder eine analoge Form gibt, die ein Umfassen des induktiven Stromes möglich macht,

Fig. 2 zeigt einen Wechselstromgenerator 10, der durch eine Leitung 11, 11^r mit einem Induktor verbunden ist. Dieser

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weist einen ersten geradlinigen Leiter 12 und einen zweiten Leiter auf, der eine um die Achse des Leiters 12 liegende konkave Drehfläche 13 bildet. Der zweite Leiter ist mit dem Leiter 12 im Punkt A verbinden und endet beispielsweise in einer Umbiegung 14. Über der Drehfläche 13 und diese abdeckend liegt eine Drehfläche 15, die den Bückleiter zur Leitung 11* über ein geradliniges Element 16 übernimmt, das im Punkt B angeschlossen ist. Diese zweite Drehfläche 15 enfet vorzugsweise in einer kreisförmigen Umbiegung 17. Zwischen den beiden Drehflächen ist der galvanische Schluß durch einen Bügel 18 hergestellt, der die beiden Umbiegungen 14 und 17 aufeinander verklemmt. Zusammengebaut hat das Ganze das Aussehen einer Kasserolle.

Die anzuhebende Masse 20 in der Form eines Torus wird in der Torusachse vom Leiter 12 durchsetzt.

Durch Pfeile sind die Stromrichtungen in den verschiedenen Leitern angedeutet.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Für übereinstimmende Teile sind die Bezugszeichen der Fig. 2 verwendet. Bei dieser Ausführungsform ist die Drehfläche 13 der Ausführungsform nach Fig. 2 durch entlang von Kurvenlinien geführte Leiter 13a, 13b, usw. ersetzt, die mit dem Leiter 12 im Punkt A verbunden sind. Die Drehfläche 15 ist durch Leiter 15a, 15b, usw. ersetzt, die mit dem Leiterelement 16 im Punkt B verbunden sind. Jeder Leiter Ϊ5. (i » a, b, ...) von Fig. 3 ist mit einem Leiter gleicher Ordnung 15. beispielsweise über eine Hülse 19- verbunden. Das Ganze hat die Form eines doppelten Eegenschirms. Wie aus der Levitations- und Xnduktionsheizungs-Technik bekannt, verwendet man Hohlleiter, die zwecks

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Kühlung von Wasserströmen durchflossen werden. Anschlüsse 31 und 32 für den Wasserkreislauf können in den Punkten G und D angebracht werden.

Statt der beispielsweise beschriebenen können auch andere den geforderten Gesetzmäßigkeiten genügende Induktorformen Verwendung finden.

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Claims (6)

Patentansprüche :

1. Induktive Hebevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leiter (12) den Innenraum einer elektrisch leitfähigen Masse (20) durchsetzt, die zu einem Torus geformt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Torus (20) von einem Behälter umgeben ist, der mit dem den Torus durchsetzenden Leiter (12) an einem seiner Punkte (A),verbunden ist und eine elektrisch leitfähige Drehfläche (13) als Oberfläche hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Rückleiter aufweist, der Teil einer elektrisch leitfähigen Oberfläche (15) ist, die mit dem Rand (14) der den Torus umgebenden Drehfläche (13) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3_t dadurch gekennzeichnet, daß beide Flächen t13_f 15) Uabiegungen aufweisen, an denen sie mit Hilfe mindestens eines Bügtle (18) zusammengeklemmt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3* daduroh gektnnzeichnet, daß die beiden Flächen (13, 15) in Leiterbündel (13a, 13b, .., 15a, 15b, ..) aufgelöst sind, die Jeweils über Hülsen (19a, 19b, ..) miteinander verbunden eind.

6. Vorrichtung aach Anspruch 5, daduroh gekenaiβlohnet, dafl die Leiter (12*13a, 13b, ..j 15a, 15b, ..| 16) sind, durch die ein Kühliitteliiram flleJH·

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