DE69202728T2

DE69202728T2 - Metallische spritzung mittels mehrerer düsen.

Info

Publication number: DE69202728T2
Application number: DE69202728T
Authority: DE
Inventors: Harvey Cheskis; Peter Chesney; Jeffrey Stuart Coombs; W Watson
Original assignee: Osprey Metals Ltd
Current assignee: Sandvik Osprey Ltd
Priority date: 1991-01-02
Filing date: 1992-01-02
Publication date: 1995-11-09
Anticipated expiration: 2012-01-03
Also published as: DE69202728D1; US5343926A; EP0517882B1; ATE123317T1; EP0517882A1; WO1992012272A1

Description

Die Erfindung betrifft die Bildung von Metall- oder Metallegierungsprodukten durch Spritztechniken. Die erfindungsgemäß hergestellten Metall- oder Metallegierungsprodukte besitzen minimale Porösität.
Es ist bekannt, daß ein Metall- oder eine Metallegierung durch Gießen, Spritzguß in eine Form oder Spritzablagerung auf einem Substrat unter Bildung einer bestimmten Form hergestellt werden kann. Es kann auf verschiedene Weisen ein Metall in eine gewünschte Form gebracht werden, beispielsweise durch Sandguß, Formguß, Zentrifugalguß, Formmaskenverfahren, Investmentguß. Auf diese Weise hergestellte Artikel können jedoch schlechte mechanische Eigenschaften besitzen, im wesentlichen als Ergebnis relativ großer Korngrößen, struktureller Schwächen und Defekte, die durch Schrumpfen, durch das Formverfahren, und/oder durch Entmischung auftreten.
Die Bildung einer bestimmten Form umfaßt das Gießen des Metalls oder der Metallegierung zu einem Rohblock, gefolgt von einer Bearbeitungszufuhr unter Hitze, beispielsweise Heißwalzen, Schmieden, Pressen oder Extrudieren. Die Bildung der endgültigen Form wird normalerweise vervollständigt durch Kaltbearbeitung, beispielsweise Kaltwalzen, Pressen, Nachpressen oder Wirbelverfahren.
In jedem Fall müssen häufig die halbfertigen Produkte (Platten oder Barren) hergestellt werden, bevor sie nachfolgend zu den fertigen Artikeln nachbearbeitet werden.
Bei der Bildung von bestimmten Formen durch Sprühoder Spritzablagerungsformung können komplex geformte Artikel mit im allgemeinen besseren Eigenschaften als denen jener Artikel hergestellt werden, die durch Formung nach der ersten beschriebenen Formmethode hergestellt wurden. Dennoch ist die Porösität bei der Ausbildung von Formen durch Sprühoder Spritzablagerungstechniken ein Hauptproblem.
Das Sprüh- oder Spritzgießen geschmolzenen Metalls in eine bestimmte Form wird erreicht durch Zerstäuben des geschmolzenen Metalls in einen Spray, der auf einem geeigneten Substrat oder einer Form gesammelt wird. In der Vergangenheit mußten praktisch alle Produkte, die nach diesem Verfahren hergestellt wurden, heiß bearbeitet werden, weil der Porösitätsgrad des Endproduktes hoch war. Das Problem der Porösität ist in diesem Verfahren ein wesentlicher Gesichtspunkt. Das Verfahren kann zu Produkten eines geregelten Porösitätsgrades führen, wie in US 3826301 Brooks, Spalte 2, Zeilen 55 bis 60 beschrieben wird.
Der Einsatz der Pulvermetallurgie bei der Herstellung von Metall- oder Metallegierungsformen ist ebenfalls bekannt. Metallpulver kann unter Verwendung von Formen verdichtet werden, und so zu einer Anzahl von erwünschten Formen führen. Die hergestellten Formen können weiterbearbeitet werden, um, soweit wie möglich, die erwünschten physikalischen Eigenschaften aufzuweisen. Eine der Beschränkungen dieses Verfahrens besteht jedoch darin, daß das Endprodukt einen unerwünscht hohen Porösitätsgrad aufweist. Um die Porösität zu beseitigen, wurde vorgeschlagen, die fertige Form kalt und/oder heiß zu bearbeiten.
Ein anderes Verfahren wurde zur direkten Herstellung von Metallformen großer Länge und relativ dünnen Querschnitts durch Spritz- bzw. Sprühbeschichten oder -gießen vorgeschlagen. Hierbei wird eine Vielzahl von kohärenten Metallschichten auf ein Substrat durch Ausrichten von Sprays zerstäubter Partikel geschmolzenen Metalls auf das Substrat abgelagert.
Dann wird eine einzelne Schicht gebildet, während das Metall eine Temperatur oberhalb seiner Rekristallisationstemperatur aufweist. Die Metallschicht wird normalerweise heiß bearbeitet, um verbesserte physikalische Eigenschaften zu erzielen. Dieses Verfahren wird in den US 3670400 und 4579168, Singer, beschrieben, und ist insbesondere geeignet zur Herstellung von Streifen. Die Singer-Patente beschreiben, daß zerstäubtes Aluminium auf ein sich bewegendes Ziel, wie ein Stahlband spritzgeformt werden kann, und der durch den Spray gebildete Streifen, während er noch heiß wird, entfernt und auf das gewünschte Maß heiß gewalzt werden kann. Bei diesem Verfahren beträgt die Metallstreifendicke bis zu etwa 0,5", wobei die Dicke im allgemeinen im Bereicht von 0,01 bis 0,375" beträgt.
Das Singer-Patent beschreibt ebenfalls, daß die Porösität der abgelagerten Schichten hierbei jeweils im Bereich von etwa 15 % bis etwa 20 % liegt. Ist die Porösität größer als 15 %, müßte das fertige Produkt zunächst heiß bearbeitet werden, bevor weitere Kaltbearbeitungsstufen durchführbar sind.
Ein anderes vorbekanntes Verfahren beschäftigt sich mit dem Problem der Porösität und ist in US 3826301, Brooks, beschrieben. Das Brooks-Patent beschreibt die Herstellung von metallischen geformten Präzisionsartikeln aus geschmolzenen Metallen und Legierungen durch Sprühablagerung auf einer Form, die in der Form des gewünschten Artikels konturiert ist. Beim Verfahren nach Brooks wird ein Strom zerstäubten geschmolzenen Metalls oder geschmolzener Metallegierung auf eine Sammelvorrichtung gerichtet, um eine Ablagerung zu bilden, worauf dann das abgelagerte Material auf der Sammelvorrichtung mittels einer Form zur Bildung der gewünschten Form direkt bearbeitet wird. Das Ziel der Bearbeitung ist die Verdichtung der Metallablagerung, die porös ist. Dieses wird in Spalte 2, Zeilen 50 bis 61 des Brooks- Patent beschrieben. Brooks führt an, daß die Formstufe normalerweise sobald ausgeübt wird, als die benötigte Metallmenge auf der Form oder der Sammelvorrichtung abgelagert ist. Das Patent erwähnt ebenfalls, daß die aufgesprühte Ablagerung nach Kühlung kaltverformt werden kann. Ein anderes Verfahren zur Herstellung länglicher Metallartikel wird in US 4114251, Southern, beschrieben.
Das Southern-Patent beschreibt ein Verfahren zur Herstellung länglicher Metallartikel durch Zerstäuben geschmolzenen Metalls und Sammeln der zerstäubten Partikel auf einem sich bewegenden Träger. Die gesammelten Partikel werden dann beispielsweise durch Walzen unter Bildung eines länglichen Metallstreifens verfestigt.
Ein anderes bekanntes Verfahren zur Herstellung eines fortlaufenden Metallstreifens wird in US 3576207, Grenfell, beschrieben. Im Grenfell-Patent wird ein Verfahren zum kontinuierlichen Formen eines Metallstreifens beschrieben, wobei eine elektrische Ladung von mindestens 80.000 Volt auf einen Strom geschmolzenen Metalls einwirkt. Der Metallstrom wird dann durch eine Düse in einen inerten Gasstrom geleitet und zu einem feinen Spray zerstäubt. Die Spraytröpfchen werden dann auf der empfangenen Oberfläche gesammelt und bilden eine Metallschicht auf der Sammelvorrichtung. Dann wird kontinuierlich die Metallschicht von der Sammelvorrichtung abgezogen.
Bei nahezu allen der beschriebenen Vorveröffentlichungen werden die Metallartikel als Streifen, Barren, Platten oder in anderen Formen hergestellt; bei den geformten Produkten ist jedoch ein Problem deren Porösität.
Zu anderen Veröffentlichungen, die Spritz- bzw. Sprühformen betreffen, zählen GB 2172827 A und 2172900 A, EP 0225732 und 0225080 und PCT W087/03012.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sprühablagern eines Metalls oder einer Metallegierung, wobei das Endprodukt minimale Porösität aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren soll der an sich notwendige Arbeitsaufwand der Heißbearbeitung vermindert werden. Die Porösität der erfindungsgemäß hergestellten Produkte sollte kleiner als 15 % und vorzugsweise kleiner als 10 Vol.% betragen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Verfahrensweisen gemäß US 3826301 und 3909921, Brooks, zum Zerstäuben geschmolzenen Metalls und zur Ablagerung des zerstäubten Metalls auf einer Sammelvorrichtung verwendet. Bei dem vorliegenden Verfahren wird besondere Sorgfalt der Regelung der Volumenfraktion Festkörper der zerstäubten Metall- oder Metallegierungspartikel bei der Ablagerung auf dem Sammelvorrichtung zugewandt.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sprühformen eines Metalls oder einer Metallegierung zur Verfügung gestellt, wobei die Porösität des produzierten Metalls oder der produzierten Metallegierung wesentlich verringert ist. Mindestens ein Metall- oder Metallegierungsvorrat wird in geschmolzenem Zustand zur Verfügung gehalten. Dann treten mindestens erste und zweite Ströme des geschmolzenen Metalls oder der Metallegierung aus dem Vorrat aus. Jeder der ersten und zweiten Sprays enthält teilweise feste Partikel. Jeder der ersten und zweiten Sprays wird auf einer Sammelvorrichtung abgelagert. Die auf der Sammelvorrichtung abgelagerten Partikel verfestigen sich in die gewünschte Form. Die Sammelvorrichtung bewegt sich in mindestens eine Richtung. Der zweite Spray wird so ausgerichtet, daß er auf der Sammelvorrichtung stromabwärts vom ersten Spray in gewünschter Richtung ablagert. Der erste Spray lagert auf der Sammelvorrichtung mit einer ersten Volumenfraktion Festkörper ab. Der zweite Spray lagert auf der Sammelvorrichtung mit einer zweiten Volumenfraktion Festkörper ab. Die zweite Volumenfraktion Festkörper ist größer als die erste Festkörpervolumenfraktion.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Metall oder eine Metallegierung zum Sprühformen von Barren, zur Beschichtung von Artikeln und zur Ausfüllung jeder gewünschten Form, insbesondere Streifen, Barren, Rohre, Compoundrohre oder -barren verwendet werden. Bevorzugt wird das Metall oder die Metallegierung durch Zerstäuben der Ströme von Metall oder Metallegierung gebildet, indem jeweilige Gasströme auf diese Ströme gerichtet werden. Die Temperaturen der Gasströme sind niedriger als die Temperaturen der Metall- oder Metallegierungsströme.
Zum Zerstäuben des Stroms geschmolzenen Metalls kann jedes geeignete Gas verwendet werden; bevorzugt sind jedoch nicht oxydierende und inerte Gase. Beispielsweise sind Stickstoff oder Argon geeignet. Wenn jedoch die Oxydation der Partikel nicht unerwünscht ist, kann als Zerstäubungsmedium auch komprimierte Luft verwendet werden. Die Zerstäubungsstufe gemäß vorliegendem Verfahren entspricht der gemäß US 3826301, Brooks, so daß dessen Offenbarung in die vorliegende Beschreibung einbezogen ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sprühformen eines Metalls oder einer Metallegierung zur Verfügung zu stellen, um ein Endprodukt mit minimaler Porösität zu erhalten.
Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung von Metall oder Metallegierung zur Verfügung zu stellen, wobei die Notwendigkeit zur Heißbearbeitung der erfindungsgemäß hergestellten Produkte vermindert wird.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung und Zeichnungen näher erläutert.
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den Zeichnungen wiedergegeben, wobei gleiche oder mit Strichindex versehene gleiche Nummern gleiche Teile bezeichnen.
Figur 1 gibt schematisch eine Vorrichtung zum Sprühoder Spritzablagern gemäß Erfindung wieder;
Figur 2 zeigt eine andere erfindungsgemäße Vorrichtung; und
Figur 3 zeigt wiederum eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform.
Unter Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere Figur 1 betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung (10) zur Spritzablagerung bzw. Spritzformung eines Metalls oder einer Metallegierung, die eine minimale Porösität aufweist und nach der Herstellung keiner Heißbearbeitung bedarf. Bei dem Verfahren wird mindestens ein Vorrat (11) an Metall oder Metallegierung in geschmolzenem Zustand gehalten. Dann können mindestens erste (12) und zweite (13) Ströme des Metalls oder der Metallegierung aus dem Vorrat (11) austreten. Die ersten (12) und zweiten (13) Ströme des Metalls oder der Metallegierung werden jeweils durch Zerstäuber (14) und (15) in erste (16) und zweite (17) Sprays teilweise fester Partikel zerstäubt. Jeder der ersten und zweiten Sprays (16) und (17) werden auf eine Sammelvorrichtung (18) abgelagert, wobei die Partikel sich in der gewünschten Form verfestigen. Die Sammlungsvorrichtung (18) bewegt sich in einer gewünschten Richtung gemäß Pfeil (19) während der Ablagerung. Der zweite Spray (17) ist derart ausgerichtet, daß er auf die Sammelvorrichtung (18) stromabwärts des ersten Sprays (16) in der vorgegebenen erwünschten Richtung (19) ablagert.
Der erste Spray (16), der auf der Sammlungsvorrichtung (18) abgelagert wird, besitzt beim Ablagern eine erste Volumenfraktion Festkörper. Der zweite Spray (17), der auf die Sammelvorrichtung (18) abgelagert wird, hat bei seiner Ablagerung eine zweite Volumenfraktion Festkörper. Die zweite Volumenfraktion Festkörper ist größer als die erste Volumenfraktion Festkörper. Durch diese Anordnung hat die erste Ablagerung auf dem Substrat eine ausreichende Fraktion Flüssigkeit, um die inhärenten Zwischenräume zwischen den zerplatzten Tröpfchen auf dem Substrat zu füllen und eine geeignete Grenzschicht für die nachfolgenden Ablagerungen zu bilden. Die Ablagerung des zweiten Sprays besitzt ausreichenden Festkörpergehalt, so daß die Form erhalten bleibt. Auf diese Weise kann das Metall- oder Metallegierungsprodukt (20), das gemäß diesem Verfahren hergestellt wird, minimale Porösität aufweisen. Das Produkt (20) besitzt sehr hohe Dichte. Die Porösität des Produkts (20) beträgt vorzugsweise weniger als etwa 10 %.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Metall und die Metallegierung gemäß US 3826301, 3909921 und RE 31767, Brooks, und gemäß US 3670400 und 4579168, Singer, oder in irgendeiner anderen geeigneten Sprüh- oder Spritztechnik zerstäubt werden. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere das Spritz- oder Sprühformen oder -gießen eines Metalls oder einer Metallegierung in Streifenform; sie kann jedoch auch angewendet werden, um Produkte (20) irgendeiner Form zu formen oder zu beschichten. So ist das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise besonders geeignet zur Herstellung von Metall- oder Metallegierungsstreifen, die von einer Sammelvorrichtung (18) abgelöst werden, während sich die Sammelvorrichtung mit kontinuierlicher Geschwindigkeit bewegt.
Die vorliegende Erfindung umfaßt das Spritzformen sowohl eines Metalls oder einer Metallegierung wie auch die Regelung der Volumenfraktion Festkörper der Partikel, die auf einer Sammelvorrichtung (18) abgelagert werden, um die Porösität im Endprodukt (20) zu minimieren.
Die Sprays (16) und (17) von Metall- oder Metallegierungspartikeln, die auf die Sammelvorrichtung (18) abgelagert werden, sollten verschiedene Volumenfraktionen Festkörper aufweisen. Erfindungsgemäß wird ein erster Partikelspray (16) auf die Sammelvorrichtung (18) abgelagert. Während seiner Ablagerung besitzt er eine erste Volumenfraktion Festkörper. Ein zweiter Spray (17) wird nachfolgend auf die Sammelvorrichtung (18) stromabwärts vom ersten Spray (16) abgelagert. Die Volumenfraktion Festkörper des zweiten Sprays teilweise fester Partikel (17) ist größer als die des ersten Sprays (16).
Das Verfahren zur Herstellung von Metall- oder Metallegierungsprodukten (20) gemäß Erfindung besitzt verschiedene Vorteile gegenüber den vorbekannten Verfahren. Zum einen führt die erfindungsgemäße Ablagerungstechnik zu einer wesentlichen Verminderung oder Verhinderung der Porösität des Produkts (20); zum anderen bedarf das Produkt (20), das erfindungsgemäß hergestellt wird, keiner weiteren Heißbearbeitung.
In Figur 1 wird eine Vorrichtung (10) zum Sprühablagern des Metalls oder der Metallegierung wiedergegeben. Das geschmolzene Metall oder die Metallegierung (21) wird in einem Ofen (22) hergestellt oder geschmolzen. Es wird dann in gewünschter Geschwindigkeit in die Wanne (23) eingelassen. Das geschmolzene Metall oder die Legierung (21) tritt aus der Wanne (23) in die Schmelzwanne (24) über den Auslauf (25). Die Fließgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls (21) in die Schmelzwanne (24) wird geregelt durch ein konventionelles Stiftventil (26), das sich auf- oder abwärts über dem Ablaß (25) bewegt, um nach Bedarf den Strom an geschmolzenem Metall (21) zu erhöhen oder zu erniedrigen.
Die Schmelzwanne (24) ist ein Vorratsgefäß, das geeignet ist, das Metall oder die Metallegierung mit einer Tiefe bis 20" oder mehr aufzunehmen. Eine bevorzugte Tiefe des Metalls oder der Metallegierung in der Schmelzwanne (24) liegt im Bereich von etwa 6 bis 12", abhängig von der eingesetzten Ablagerungsgeschwindigkeit. Die Schmelzwanne (24) wird bevorzugt extern (27) beheizt, um das Metall oder die Metallegierung bei einer gewünschten Temperatur zu halten. Vorteilhafterweise liegt die Temperatur 200º C über der Schmelztemperatur des Metalls oder der Metallegierung. Der Heizmechanismus (27) kann jeder sein, der zum Erhitzen der Schmelzwanne (24) geeignet ist, beispielsweise eine Induktionsheizspule, die an den äußeren Wänden der Schmelzwanne (24) angeordnet ist.
Es ist darauf hinzuweisen, daß die Temperatur des Metalls oder der Metallegierung in der Schmelzwanne (24) wichtig ist. Die Temperatur sollte ausreichend hoch sein, um zu verhindern, daß die Düsen (28) und (28') an der Schmelzwanne (24) verstopfen. Die Temperatur sollte niedrig genug sein, damit die zerstäubten Partikel feinkörnig und ohne große Aufnahme von Sauerstoff schnell verfestigen. Es ist wichtig, daß die Schmelzwanne (24) vor Eingabe des Metalls oder der Metallegierung (21) vorerwärmt wird. Die Temperatur des Metalls oder der Metallegierung (21) in der Schmelzwanne (24) wird in üblicher, nicht abgebildeter Weise zur Regelung der externen Heizquelle (27) kontrolliert. Der Ofen (22) und der Abfluß (23) können kontinuierlich oder halbkontinuierlich Metall oder Metallegierung bedarfsweise in die Schmelz wanne (24) abgeben.
Die Ströme (12) und (13) treten aus der Schmelzwanne (24) durch Öffnungen aus, die als Plenums (29) bezeichnet werden. Plenum (29) ist eine Öffnung im Boden der Schmelzwanne (24). Die Plenums (29) bilden eine Passage für die Ströme (12) oder (13) des Metalls oder der Metallegierung (21) auf dem Weg zu den Düsen (28) und (28'). Am Ausgang der Plenums (29) sind Düsen (28) und (28') angeordnet, um die Ströme (12) oder (13) aufzunehmen. Die Düsen (28) und (28') werden von der Schmelzwanne (24) gehalten. Die Ströme (12) oder (13) treten aus der Schmelzwanne (24) durch die Plenums (29) aus und fließen in die Düsen (28) und (28'). Die Ströme (12) oder (13) werden in üblicher Weise beispielsweise nach US 3826301 und 3909921, Brooks, 3670400 und 4579168, Singer, oder 4066117, Clark, zerstäubt. Alle erwähnten Patente werden in die vorliegende Beschreibung einbezogen. Die Düsentypen (28) und (28'), die zum Zerstäuben verwendet werden, können den Patenten von Clark, Singer oder Brooks entnommen werden.
Die Fließgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls oder der geschmolzenen Metallegierungen (21) aus der Schmelzwanne (24) wird beeinflußt durch den Durchmesser der Düsen (28) und (28') und durch den Stand des Metalls oder der Metallegierung in der Schmelzwanne (24). Die Fließgeschwindigkeit ist im wesentlichen proportional zur Quadratwurzel der Standhöhe in der Schmelzwanne (24). Die Fließgeschwindigkeit ist ebenso etwa proportional dem Quadrat des Durchmessers der Düsen (28) und (28'). Niedere Fließgeschwindigkeiten führen zu kleinen zerstäubten Partikeln bei vorgegebener Fließgeschwindigkeit des Zerstäubergases.
Die Düsen (28) arbeiten in einer Kammer (30), die bevorzugt eine Atmosphäre eines inerten oder eines nicht oxydierenden Gases besitzt. Unter der Schmelzwanne (24) ist ausreichend Raum vorgesehen, um die Sammelvorrichtung (18) anordnen zu können.
Wenn die Zerstäubung der Ströme (12) und (13) des Metalls oder der Metallegierung (21) vollständig ist, werden sie zu Sprays (16) und (17) teilweise fester Partikel. Die Sprays (16) und (17) teilweise fester Partikel treten aus den Düsen (28) und (28') in konischer Form aus und werden auf der Sammelvorrichtung (18) abgelagert. Durch Verwendung konisch konfigurierter zerstäubter Sprays (16) und (17) wird die Masse der Sprays teilweise fester Partikel von der Sammelvorrichtung (18) aufgefangen.
Erfindungsgemäß wird das Metall oder die Metallegierung im allgemeinen unter nicht oxydierenden Bedingungen zerstäubt. Die Kammer wird durch Verwendung eines oxydierenden Gases und/oder durch Vakuum von Sauerstoff gereinigt. Das Metall oder die Metallegierung wird in die Schmelzwanne (24) eingegeben, während die Temperatur von etwa 50 bis 2000 C oberhalb des Schmelzpunkts liegt. Das Metall oder die Metallegierung fließt dann durch die Plenums (29) im Boden der Schmelzwanne (24) unter Ausbildung der Ströme (12) und (13). Aus den Quellen S und S' wird inertes oder nicht oxydierendes Gas unter Druck über die Leitungen (31) und (31') zu den Zerstäubern (14) und (15) geleitet, wodurch die Zerstäubung der Ströme (12) und (13) von Metall oder Metallegierungen erfolgt. Aus den Zerstäubern (14) und (15) wird das Gas unter Druck abgegeben. Das Gas wird gegen die Ströme (12) und (13) gerichtet, um konisch konfigurierte nach außen expandierende zerstäubte Sprays (16) und (17) teilweise fester Partikel zu bilden, die auf die Sammelvorrichtung (18) gerichtet werden, welche im Sprühweg angeordnet ist.
Die Sammelvorrichtung (18) kann in üblicher Weise ausgebildet sein. Vorzugsweise ist sie ein Endlosband (18) für kontinuierlichen Betrieb. Beispielsweise ist das Fließbanddesign (32) gemäß Abbildung geeignet. Das Band (33) kann aus beliebigem Material bestehen. Das Band wird durch Walzen (34) angetrieben. Während der Ablagerung wird das Band durch die Walzen (35) unterstützt.
Übersprühung und Abgas werden in geeigneter Weise gesammelt und über geeignete Leitungen wie Leitung (37) zur Beseitigung abgeleitet.
Um erfindungsgemäß die Porösität zu vermindern, weisen die teilweise festen Partikel, die auf der Sammelvorrichtung (18) durch den ersten Spray (16) abgelagert sind, vorzugsweise eine Volumenfraktion Festkörper von etwa 20 % bis etwa % und insbesondere von etwa 30 bis etwa 60 % auf. Bevorzugt besitzen die teilweise festen Partikel, die durch den zweiten Spray (17) auf die Ablagerung des ersten Sprays abgelagert sind, eine höhere Volumenfraktion Festkörper von etwa 50 % bis etwa 90 % und insbesondere von etwa 60 bis etwa 90 %.
Es gibt viele Parameter zur Regelung der Volumenfraktion Festkörper in den Sprays (16) und (17) während deren Ablagerung. Hierzu zählen die Parameter Gastemperatur und/oder Fließgeschwindigkeit während des Zerstäubens und/oder der Abstand Düse/Sammelvorrichtung und/oder die Metalltemperatur in der Schmelzwanne und/oder die Fließgeschwindigkeit des Metalls oder der Metallegierung.
Es gibt verschiedene Wege, wie die jeweiligen Volumenfraktionen Festkörper in den ersten und zweiten Sprays (16) sind (17) eingestellt werden können. Einige diesbezügliche Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden beschrieben, während auch andere vergleichbare Lösungen oder Kombination der beschriebenen Lösungen möglich sind.
Die Ausführungsbeispiele werden anhand der Figur 1 beschrieben.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine hochvolumigere Fraktion Festkörper im Spray (17) als im Spray (16) durch Verwendung gleicher Zerstäubungsbedingungen, nämlich Gasfließgeschwindigkeiten und Temperaturen, zur Verfügung gestellt, während eine höhere volumetrische Fließgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls oder der geschmolzenen Legierung (21) vorliegt, während es/sie durch die Düse (28) im Vergleich zur Düse (28') durchtritt. Der erste Spray (16) mit einem größeren Volumen Metall benötigt größere Wärmemengen, die abgeleitet werden müssen, als Spray (16), um die gleiche Volumenfraktion Festkörper wie im Spray (17) zu erzielen. Da die Geschwindigkeit der Wärmeextraktion aus beiden Sprays (16) und (17) wegen der Anwendung gleicher Zerstäubungsbedingungen gleich ist, besitzt Spray (16) eine kleinere Volumenfraktion Festkörper als Spray (17).
Auf verschiedene Weisen kann ein Unterschied in der volumetrischen Fließgeschwindigkeit durch Düse (28) im Vergleich zu Düse (28') erzielt werden. Die Düse (28) kann einen größeren Durchmesser des Düsenkopfes als Düse (28') aufweisen. Alternativ hierzu können in den Plenums (29) Ventile (nicht abgebildet) verwendet werden, um die jeweiligen volumetrischen Fließgeschwindigkeiten einzustellen. Es kann auch ein Stiftventil gleich dem Ventil (26) im Auslaß (23) bei den Strömen (12) und (13) verwendet werden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung werden die volumetrischen Fließgeschwindigkeiten des geschmolzenen Metalls (21) durch die Düsen (28) und (28') auf im wesentlichen gleichen Level gehalten. Die Zerstäuber (14) und (15) sind über separate Leitungen (31') und (31x) mit verschiedenen Quellen (S') und (Sx) Zerstäubergas verbunden. Die volumetrische Fließgeschwindigkeit des Gases durch Leitung (31) wird durch Ventil (38) so eingestellt, daß sie größer als die volumetrische Fließgeschwindigkeit des Gases durch Leitung (31') ist. Die niedrigere Fließgeschwindigkeit durch Leitung (31) wird durch entsprechende Einstellung des Ventils (38) eingestellt. Die Verwendung größeren Volumens Zerstäubergases zum Zerstäuben und Kühlung des Metalls, das aus der Düse (28') tritt, führt zu einer höheren Volumenfraktion Festkörper im Vergleich zu Spray (16), der aus Düse (28) tritt.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform besitzt das Zerstäubergas, das aus Leitung (31') tritt, höhere Temperatur als das Zerstäubergas aus Leitung (31x). Dieses kann erreicht werden durch Verwendung entsprechender Heiz- oder Kühlsysteme (39') und (39x), die um die jeweiligen Leitungen (31') und (31x) angeordnet sind. Wenn das Gas, das durch Leitung (31') fließt, höhere Temperatur aufweist als das Gas, das durch Leitung (31x) fließt, besitzt der Spray (16), der aus Düse (28) austritt, eine niedrigere Volumenfraktion Festkörper als Spray (17), der aus Düse (28') austritt. Dieses geschieht deshalb, weil das höher temperierte Gas verminderte Kühlwirkung ausübt.
Anhand Figur 1 wurden drei verschiedene Wege gezeigt, um die Volumenfraktion Festkörper der jeweiligen Sprays (16) und (17) unter Verwendung der Vorrichtung (10) zu variieren. Diese Wege können einzeln oder in Kombination gegangen werden, um die erwünschte Volumenfraktionen Festkörper in den jeweiligen Sprays (16) und (17) zu erzielen.
Anhand der Figur 2 werden zusätzliche alternative Ausführungsformen zur Variierung der Volumenfraktionen Festkörper bezüglich der jeweiligen Sprays (16) und (17) beschrieben. Die Vorrichtung (10') in Figur 2 ist gleich Vorrichtung (10) gemäß Figur 1 mit dem Unterschied, daß die Richtung der Bewegung der Sammelvorrichtung (18) entgegengesetzt ist. Der wesentlichste Unterschied der Vorrichtung (10') im Vergleich zu Vorrichtung (10) ist die Verwendung von zwei separaten Schmelzwannen (24) und (24'), je eine für die jeweiligen Düse (28) und (28') in der Vorrichtung (10'). Die Verwendung von Schmelzwannen (24) und (24') erlaubt, die Temperatur des Vorrats an geschmolzenem Metall (11) in der ersten Schmelzwanne (24) bei Bedarf gegenüber der Temperatur des Vorrats geschmolzenen Metalls (11') in Schmelzwanne (24') zu verändern. Darüber hinaus gestattet die Verwendung von zwei Schmelzwannen (24) und (24'), daß die jeweilige Sprühdistanz des Sprays (17) verschieden von der des Sprays (16) ist.
Da zwei Schmelzwannen (24) und (24') verwendet werden, ist es nötig, zwei Stiftventile (26) und (26') vorzusehen, die durch Schwimmsensoren (40) zur Regelung der Höhe des geschmolzenen Metallvorrats (11) in jeder Schmelzwanne (24) und (24') zu regeln. Darüber hinaus werden zwei Ausläufe (25) und (25') vorgesehen. Wenn Schmelzwanne (24') in ihrer niedrigsten Stellung, wie angedeutet, ist, die eingenommen wird, wenn nur erwünscht ist, die Temperatur der jeweiligen Schmelzen (11) und (11') zu variieren, ist der Auslauf (25') im wesentlichen der gleiche als bei (25) gezeigt. Wird jedoch die Schmelzwanne (24') durch den Hebebock (41) über Kurbel (42) angehoben, wie in den durchgezogenen Linien gezeigt, ist der Auslauf (25') kürzer als der Auslauf (25). Sinn der Ausläufe ist es, Oxydation des geschmolzenen Metalls nach Austritt aus dem Auslaß (23') in die jeweiligen Schmelzwannen (24) und (24') zu verhindern. Ein Balg (44) oder andere geeignete Mittel können um die Düsen (28') und Spray (17) vorgesehen sein, die sich vom Boden der Schmelzwanne (24') bis zur Oberkante der Kammer (30) erstrecken, um Oxydation des Sprays (17) während Durchtritt durch die Atmosphäre zu vermeiden.
Wenn Vorrichtung (10') unter konstanten Bedingungen der Zerstäubung bezüglich der jeweiligen Düsen (28) und (28') betrieben wird, wird gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform der erste Spray (16) veranlaßt, eine kürzere Distanz von der Düse (28) zur Sammelvorrichtung (18) zurückzulegen als die durch den zweiten Spray zurückzulegende Distanz von Düse (28') zum Ablagerungsprodukt (20). Diese Erhöhung der vom zweiten Spray (17) zurückzulegenden Distanz führt zu einer größeren Volumenfraktion Festkörper als im ersten Spray, weil er über einen längeren Zeitraum der Kühlung ausgesetzt ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Schmelzwannen (24) und (24') auf gleichem Level (wie zeichnerisch angedeutet) und die Zerstäubungsbedingungen im wesentlichen gleich mit dem Unterschied, daß die Temperatur des geschmolzenen Metallvorrats (11) höher als die Temperatur des geschmolzenen Metallvorrats (11') ist. Dies kann in beliebiger Weise und insbesondere dadurch erreicht werden, daß die Spannung/Stromstärke für die Heizspule (27) im Vergleich zu Heizspule (27') in einer Weise verändert wird, die zum gewünschten Temperaturunterschied führt. Da der Spray (16) aus Düse (28) dann eine höhere Ausgangstemperatur als Spray (17) aus Düse (28) aufweist, ist zu erwarten, daß der Spray (17) eine höhere Volumenfraktion Festkörper bei seiner Ablagerung auf dem Sammelbauteil (18) besitzt.
Wie bei den Ausführungsformen gemäß Figur 1 können die mit Figur 2 beschriebenen Maßnahmen einzeln oder in Kombination durchgeführt werden. Darüber hinaus können sie in Kombination mit einzelnen oder allen Maßnahmen eingesetzt werden, die anhand von Figur 1 beschrieben wurden.
Die Bereiche der Volumenfraktion Festkörper der Sprays (16) und (17) sind wichtig. Wenn die Volumenfraktion Festkörper unter den jeweiligen unteren Grenzen der Sprays (16) oder (17) liegt, ist das abgelagerte Produkt zu flüssig, wodurch es schwierig ist, die Form zu bewahren. Es ist ebenfalls gegenüber Gas porös. Wird die obere Grenze der jeweiligen Volumenfraktionen Festkörper der Sprays (16) und (17) überschritten, bildet sich eine durchgängige Porösität, die der Festigkeit des Produkts (20) höchst abträglich ist. Während der Mechanismus der vorliegenden Erfindung nicht vollständig erklärlich ist, wird angenommen, daß die verschiedenen Volumenfraktionen Festkörper, die die ersten und zweiten Ströme (16) und (17) aufweisen müssen, assoziiert mit dem Umstand ist, daß der erste Spray (16) auf der Sammelvorrichtung (18) ablagert, während der zweite Spray auf der heißen Ablagerung des ersten Sprays ablagert.
Erfindungsgemäß bevorzugt wird die Oberfläche der Sammelvorrichtung (18) vor Aufnahme der Ablagerung (20) in geeigneter Weise, beispielsweise durch einen Brenner (43) vorerwärmt. Es wird angenommen, daß das Vorwärmen der Sammelvorrichtung (18) dazu beiträgt, ebenfalls die Porösität der Ablagerung (20) zu vermindern.
Um Schmelzoxydation zu vermindern, sollen konventionelle Schmelzabdeckungen oder Schutzatmosphären über der Schmelze (21), im Ofen (22), Auslaß (23) oder (23') und Schmelzwanne (24) oder (24') ausgebildet werden. Streifenförmige Produkte, die erfindungsgemäß hergestellt werden können, sollten minimale Porösität innerhalb ihrer Materialmasse aufweisen. Es ist jedoch möglich, daß der Oberflächenbereich in Nachbarschaft zur Sammelvorrichtung (18) unerwünschten Porösitätsgrad im Vergleich zur restlichen Masse aufweist. Ein solcher unerwünschter Oberflächenbereich kann durch konventionelle Bearbeitung, wie durch Walztechniken und ähnliches leicht entfernt werden, wobei die Masse mit einer Struktur minimaler oder keiner Porösität verbleibt.
Während die Erfindung für alle Metalle oder Metallegierungen anwendbar ist, ist sie bevorzugt anwendbar für Kupfer oder Kupferlegierungen.
Die Ausführungsform gemäß Figur 3 ist sehr ähnlich der gemäß Figur 2 mit dem Unterschied, daß anstelle der Bildung eines Streifens, ein rohrförmiges Produkt auf einem rotierenden Dorn (50) gebildet wird, der in Pfeilrichtung (19) herausgezogen wird. Bei dieser Ausführungsform wird, um die Grundporösität benachbart zum Dorn (50) zu minimieren, der erste Spray (16) derart abgelagert, daß die Temperatur der Oberfläche des Dorns sich so schnell wie möglich auf eine Temperatur erhöht, wobei ausreichende Wärme in der neu gebildeten Ablagerung (51) verbleibt, daß die Ablagerung des zweiten Sprays (17) minimalen Wärmeverlust an die neu gebildete Ablagerungsoberfläche hat. So zieht das Gas des ersten Sprays (16) nicht alle Überwärme und latente Wärme vom Metall im ersten Spray (16) ab, wodurch sich die Temperatur der Ablagerung schnell erhöht, wobei eine dünne halbf lüssig/halbfeste Oberflächenschicht gebildet wird. Um diese Schicht aufrecht zu halten und zu verhindern, daß sie instabil wird, wird dann der zweite Spray (17) abgelagert, wobei praktisch alle Überwärme und latente Wärme abgezogen ist. Erfindungsgemäß wird demnach der erste Spray (16) den thermischen Charakteristika des Dorns (50) angepaßt.
Obgleich die vorliegende Erfindung die Porösität vermindert, kann es erwünscht sein, das gebildete rohrförmige Produkt heiß zu bearbeiten.
Die vorliegende Erfindung ist auch anwendbar auf die Herstellung von Barren und Compoundbarren oder rohrförmigen Produkten, wobei der Dorn (50) verbleibt, um Teil des Endproduktes zu bilden. In diesem Fall ist die Verdichtung vorhandener Porösität durch Heißbearbeitung wesentlich, wobei das erfindungsgemäße Verfahren den Umfang der Ausgangsporösität minimiert. Der Dorn kann rohrförmig oder fest sein und aus dem gleichen Material wie die Ablagerungen oder von diesen verschieden sein.
Erfindungsgemäß werden erste und zweite Sprays auf eine Sammelvorrichtung abgelagert, die sich in einer bestimmten Richtung während der Ablagerung bewegt, wobei der zweite Spray ausgerichtet ist, um auf der Sammelvorrichtung stromabwärts vom ersten Spray abzulagern. Der erste Spray wird mit einer latenten oder Überwärme größer als der Kapazität der Sammelvorrichtung zur Absorption der Wärme von dem ablagernden Metall oder der ablagernden Metallegierung versehen, wobei eine Oberflächenschicht von halbfestem/halbflüssigem Metall oder Metallegierung auf der Sammelvorrichtung gebildet wird, und wobei praktisch alle latente Wärme des zweiten Sprays zum Zeitpunkt abgezogen ist, wenn sich der zweite Spray auf der Sammelvorrichtung ablagert. Hierdurch wird Instabilität der Oberflächenschicht verhindert, wobei dann teilweise feste Tröpfchen in die Schicht abgelagert werden. Die größere latente Wärme des ersten Sprays minimiert die Grundporösität des Metalls oder der Metallegierung an der Grenzfläche zur Sammelvorrichtung, wobei die Grenzfläche praktisch vollständig durch maschinelle Bearbeitung entfernt werden, oder, wenn die Sammelvorrichtung Bestandteil des Produkts bleibt, durch Heißbearbeitung.
Die verschiedenen latenten Wärmen der ersten und zweiten Sprays können eingestellt werden durch Regelung mindestens einer der folgenden Bedingungen: Zerstäubergastemperaturen der ersten und zweiten Ströme; Sprühhöhe zwischen Vorrat und Sammelvorrichtung des jeweiligen Stroms; Metallfließgeschwindigkeit der ersten und zweiten Ströme; und Fließgeschwindigkeit des Zerstäubergases.

Claims

1. Verfahren zur Spritzablagerung eines Metalls oder einer Metallegierung mit den Stufen:

Bereithalten mindestens eines Metallvorrats oder Legierungsvorrats in geschmolzenem Zustand;

Austretenlassen mindestens erster und zweiter Ströme des geschmolzenen Metalls oder der Metallegierung aus dem Vorrat;

Zerstäuben des ersten und zweiten Stroms in einen ersten bzw. zweiten Spray teilweise fester Partikel;

Ablagerung des oder der ersten und des oder der zweiten Sprays auf eine Sammelvorrichtung, auf der die Partikel sich zu der gewünschten Form verfestigen;

Bewegung der Sammelvorrichtung in zumindest einer gewünschten Richtung während der Ablagerung;

wobei der zweite Spray derart angeordnet ist, daß er auf der Sammelvorrichtung stromabwärts vom ersten Spray in der gewünschten Richtung ablagert;

Ausbildung des ersten Sprays bei dessen Ablagerung auf die Sammelvorrichtung mit einer ersten Volumenfraktion Festkörper; und

Ausbildung des zweiten Sprays bei dessen Ablagerung auf die Sammelvorrichtung mit einer zweiten Volumenfraktion Festkörper, wobei die zweite Volumenfraktion Festkörper größer als die erste Volumenfraktion Festkörper ist;

wobei die Porösität des Metalls oder der Metallegierung wesentlich verringert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ausbildung der ersten und zweiten Volumenfraktionen Festkörper umfaßt: Einstellen mindestens einer der jeweiligen Temperaturen der ersten bzw. zweiten Ströme derart, daß der erste Strom heißer als der zweite Strom ist; der Entfernung, die die jeweiligen Sprays bis zur Sammelvorrichtung zurücklegen, so daß der zweite Strom eine größere Entfernung von der Vorratsvorrichtung zur Sammelvorrichtung als der erste Strom zurücklegt; der jeweiligen Fließgeschwindigkeit der partikel der ersten bzw. zweiten Ströme derart, daß die Fließgeschwindigkeit des ersten Stroms größer als die des zweiten Stroms ist; der Fließrate des zerstäubenden Gases, so daß die Fließgeschwindigkeit des Gases, das auf den zweiten Strom gerichtet ist, größer ist als die Fließgeschwindigkeit des Gases, das auf den ersten Strom gerichtet ist; und der Temperatur des zerstäubenden Gases, so daß die Temperatur des zweiten Sprays geringer als die des ersten Sprays ist, wenn sie auf der Sammelvorrichtung ablagern.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Volumenfraktion Festkörper etwa 20 bis etwa 60 % beträgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Volumenfraktion Festkörper von etwa 50 bis etwa 90 % beträgt.

5. Verfahren zur Spritzablagerung eines Metalls oder einer Metallegierung mit den Stufen:

Zerstäuben des ersten und zweiten Stroms in einen ersten bzw. zweiten Spray von Metall- oder Legierungströpfchen;

Abziehen einer geregelten Menge Wärme aus den Spratröpfchen im Flug;

Ablagerung des oder der ersten und des oder der zweiten Sprays auf eine Sammelvorrichtung, wobei die Partikel sich zu der gewünschten Form verfestigen;

wobei der zweite Spray derart ausgerichtet ist, daß er auf der Sammelvorrichtung stromabwärts vom ersten Spray in der gewünschten Richtung ablagert;

Ausbilden des ersten Sprays mit einer latenten Wärme größer als der Kapazität der Sammelvorrichtung, um Wärme aus dem ablagernden Metall oder der Metallegierung zu absorbieren, wobei eine Oberflächenschicht halbfesten/halbflüssigen Metalls oder Metallegierung auf der Sammelvorrichtung gebildet wird;

Abziehen praktisch aller latenter Wärme des zweiten Sprays zum Zeitpunkt, in dem der Spray auf der Sammelvorrichtung ablagert, wobei die genannten Oberflächenschicht aufrechterhalten wird, in die nachfolgend teilweise feste Tröpfchen eingelagert werden, wobei die größere latente Wärme des ersten Sprays die Grundporösität des Metalls oder der Metallegierung an der Grenzschicht zur Sammelvorrichtung minimiert.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die verschiedenen latenten Wärmen des ersten und des zweiten Sprays eingestellt werden, in dem mindestens eine der Bedingungen geregelt wird: die Temperaturen des Zerstäubergases des ersten und zweiten Stroms; die Sprayhöhe zwischen Vorratsbehälter und Sammelvorrichtung des jeweiligen Stroms;

die Metallfließgeschwindigkeit der ersten und zweiten Ströme; die Fließgeschwindigkeit des Zerstäubergases des ersten und zweiten Stromes.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sammelvorrichtung um eine Achse drehbar ist, die sich in der gewünschten Richtung erstreckt, wobei eine ringförmige Ablagerung auf der Sammelvorrichtung erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die gebildete Ablagerung heiß bearbeitet wird, um im wesentlichen jede verbliebene Porösität zu eliminieren, und wobei die Sammelvorrichtung entweder verspant oder entfernt wird, um eine röhrenförmige Ablagerung (Gußteil) zu erhalten oder als Teil eines Komposits erhalten bleibt.

9. Vorrichtung zum Spritzgießen eines Metalls oder einer Metallegierung mit:

Mittel zum Halten mindestens eines Metall- oder Metallegierungsvorrats in geschmolzenem Zustand;

Mittel zum Austritt mindestens eines ersten und eines zweiten Stroms geschmolzenen Metalls oder einer Metallegierung aus dem Vorrat;

Mittel zum Zerstäuben des jeweiligen ersten und zweiten Stroms in jeweilige erste und zweite Sprays teilweise fester Partikel;

Mittel zum Sammeln der Ablagerungen der jeweiligen ersten und zweiten Sprays, wobei die Mittel eine Sammelvorrichtung aufweisen, auf der die Partikel sich in die gewünschte Form verfestigen;

wobei die Sammelmittel zusätzlich Mittel zur Bewegung der Sammelvorrichtung in mindestens einer gewünschten Richtung während der Ablagerung aufweisen;

wobei der zweite Spray derart grichtet bzw. ausgebildet ist, daß er auf der Sammelvorrichtung stromabwärts von dem ersten Spray in der gewünschten Richtung ablagert;

Mittel zur Ausbildung des ersten Sprays, während er auf die Sammelvorrichtung ablagert, mit einer ersten Volumenfraktion Festkörper; und

Mittel zur Ausbildung des zweiten Sprays, während er auf der Sammelvorrichtung ablagert, mit einer zweiten Volumenfraktion Festkörper, die größer als die erste Volumenfraktion Festkörper ist;

wobei die Porösität des Metalles oder der Metallegierung wesentlich verringert wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Mittel zur Ausbildung der ersten und zweiten Volumenfraktionen von Festkörpern mindestens umfassen: ein Mittel zur Einstellung der jeweiligen Temperaturen der ersten und zweiten Ströme derart, daß der erste Strom heißer als der zweite Strom ist; Mittel, um zu erzielen, daß der zweite Strom eine weitere Entfernung von den Haltemitteln zur Sammelvorrichtung als der erste Strom zurücklegen muß; Mittel zur Einstellung der jeweiligen Fließgeschwindigkeiten der ersten und zweiten Ströme, derart, daß die Fließgeschwindigkeit des ersten Stroms größer als die des zweiten Stroms ist; Mittel zur Regelung der jeweiligen Temperaturen des Gases zum Zerstäuben der ersten und zweiten Ströme derart, daß die Temperatur des Gases, das auf den ersten Strom gerichtet ist, größer als die Temperatur des Gases ist, das auf den zweiten Strom gerichtet ist; Mittel zur Einstellung der Fließgeschwindigkeit der jeweiligen Zerstäubergase für die ersten und zweiten Ströme derart, daß die Fließgeschwindigkeit des Gases, das auf den zweiten Strom gerichtet ist, größer ist, als die Fließgeschwindigkeit des Gases, das auf den ersten Strom gerichtet ist.