DE1248175B

DE1248175B - Elektronenstrahlerzeugungssystem

Info

Publication number: DE1248175B
Application number: DE1961H0043528
Authority: DE
Inventors: Dr Walter Dietrich
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1961-08-31
Filing date: 1961-08-31
Publication date: 1967-08-24
Also published as: CH400380A; GB1013403A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Int. Cl.:

HOlj

D E U T S C II E S

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 21g-21/01

Nummer: 1 248 175

Aktenzeichen: H 43528 VIII c/21;

Anmeldetag: 31. August 1961

Auslegetag: 24. August 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektronen-Strahlerzeugungssystem, insbesondere für Elektronenstrahlschmelzöfen oder -Verdampfungsanlagen.

Elektronenstrahlerzeugungssysteme mit einer evakuierten Elektronenstrahlerzeugungskammer, aus der ein gebündelter Elektronenstrahl durch eine Öffnung austritt, sind bekannt aus den Zeitschriften »Umschau«, 1960, H. 7, S. 211, und »Schweißen und Schneiden«, Jg. 12, 1960, H. 4, S. 158. Der durch die öffnung der Elektronenstrahlerzeugungskammer austretende Elektronenstrahl pflanzt sich innerhalb eines an die Kammeröffnung angesetzten Rohres fort. Zur Fokussierung des Elektronenstrahlenbündels ist eine das Rohr umschließende Magnetlinse vorgesehen. Außerdem ist bei dem aus der vorzitierten Zeitschrift »Schweißen und Schneiden« bekannten Elektronen-Strahlerzeugungssystem ein Ablenksystem zur Querablenkung des gesamten Strahlenbündels vorhanden, welches in Strahlrichtung gesehen hinter der Magnetlinse angeordnet ist.

Das aus der vorgenannten Zeitschrift »Umschau« bekannte Elektronenstrahlerzeugungssystem weist keine Strahlablenkanordnung zur Querablenkung des gesamten Strahlenbündels auf. Seine Bauteile bilden eine in sich justierte, in ihrer Gesamtheit auswechselbare Baueinheit.

Aus den USA.-Patentschriften 2 887 583,2 897 365, 2 892946 und 2993 120 sind Elektronenstrahlerzeugungssysteme bekannt, welche eine elektromagnetische Ablenkanordnung zur Querablenkung des Strahlenbündels aufweisen.

Die Ablenkanordnung besteht aus einer oder mehreren Magnetspulen mit einem ferromagnetischen Kern, dessen beide Enden unterhalb des Strahlerzeugungssystems die beiden Magnetpole für das die Querablenkung des Elektronenstrahlenbündels bewirkende Magnetfeld bilden. Aus der zitierten USA.-Patentschrift 2 993 120 ist es ferner bekannt, an die beiden Enden des ferromagnetischen Kernes Polschuhe aus ferromagnetischem Material anzusetzen. Die Ablenkanordnungen sind bei den aus den zitierten USA.-Patentschriften bekannten Elektronenstrahlerzeugungssystem in unmittelbarer Nachbarschaft des mit Elektronen zu beaufschlagenden Gutes angeordnet, und sie bilden mit den übrigen Bauteilen des Elektronenstrahlerzeugungssystems keine in sich justierte, in ihrer Gesamtheit auswechselbare Baueinheit.

Bekannt ist aus der Zeitschrift »Less Common Metals«, Vol. 2, 1960, H. 2 bis 4, S. 104 ff. ein Elektronenstrahlerzeugungssystem für Elektronen-

Elektronenstrahlerzeugungssystem
Anmelder:

W. C Heraeus G. m. b. H.,
Hanau, Heraeusstr. 12-14

Als Erfinder benannt:

Dr. Walter Dietrich. Hanau

Strahlschmelzöfen mit einer in großem Abstand vom zu schmelzenden Gut angeordneten Ablenkanordnung für das Elektronenstrahlenbündel. Die Ablenkanordnung besteht lediglich aus einer Magnetspule, welche in Strahlrichtung gesehen hinter dem evakuierten Elektronenstrahlerzeugungsraum angeordnet ist. Elektronenstrahlerzeugungssystem und Ablenkanordnung sind zwei voneinander getrennt angeordnete Bauteile.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektronenstrahlerzeugungssystem, insbesondere für Elektronenstrahlschmelzöfen oder -verdampfungsanlagen, mit einer entfernt vom zu beaufschlagenden Gut angeordneten Ablenkanordnung zu schaffen, wobei alle Bauteile eine in sich justierbare Baueinheit bilden und sowohl Streufelder durch die Ablenkanordnung als auch eine Beaufschlagung der Ablenkanordnung selbst mit Elektronen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Elektronenstrahlerzeugungssystem, insbesondere für Elektronenstrahlschmelzöfen oder -Verdampfungsanlagen, mit einer evakuierten Elektronenstrahlerzeugungskammer, aus der ein gebündelter Elektronenstrahl durch eine Öffnung austritt, welcher sich innerhalb eines an die Kammeröffnung angesetzten Rohres fortpflanzt, mit wenigstens einer das Rohr umschließenden Magnetlinse zur Fokussierung des Strahlenbündels und mit einer elektromagnetischen Strahlablenkanordnung zur Querablenkung des gesamten Strahlenbündels, welche in Strahlrichtung gesehen hinter der Magnetlinse angeordnet ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der einstückige ferromagnetische Kern der elektromagnetischen Strahlablenkanordnung aus einem ringförmigen, das Rohr umschließenden und der Fokussierungslinse unmittelbar benachbarten Teil und zwei daran angesetzten, sich in Strahlrichtung erstreckenden, einander gegenüberliegenden Schenkeln besteht, deren freie, Polschuhe bildende Enden über das Rohrende hinausragen, aus welchem der

709 638/433

Claims

Elektronenstrahl austritt, und wenigstens einer der Schenkeln von einer sich nur über einem Teil seiner Länge erstreckenden Magnetspule umschlossen ist und daß alle Bauteile des Elektronenstrahlerzeugungssystems wie an sich bekannt, eine in sich ju- stierte, in ihrer Gesamtheit auswechselbare Baueinheit bilden. In bevorzugter Ausführung werden die beiden Enden des Kernes entsprechend geformt, beispielsweise als Polschuhe, oder es werden an die beiden Enden des ferromagnetischen Kernes Polschuhe aus ferromagnetischem Material angesetzt. Es hat sich besonders bewährt, die Ablenkanordnung zusammen mit beispielsweise einer oder mehreren Magnetlinsen in ein geeignetes Kühlmittel einzusetzen, wobei die Enden des ferromagnetischen Kernes aber außerhalb des Kühlmittels sich befinden. Das Kühlmittel zirkuliert innerhalb einer vakuumdichten Hülse, die dann auch die stromdurchflossenen Magnetspulen der Linse und der Ablenkanordnung umschließt. ao Die Ablenkanordnung nach der Erfindung besitzt unter anderem den Vorteil, daß Beschädigungen der Ablenkanordnung sowie der es umschließenden Hülse durch den Elektronenstrahl, selbst bei großen Ablenkwinkeln, mit Sicherheit vermieden werden. Der Ablenkungsort für das Elektronenstrahlenbündel ist auf einen kleinen Bereich dicht unterhalb des unteren Rohrendes begrenzt, welcher durch die beiden, die Magnetpole bildenden Enden des ferromagnetischen Kernes vorgegeben ist, so daß das ma- gnetische Ablenkfeld keinerlei störende Einflüsse weder auf das Elektronenstrahlerzeugungssystem noch auf das mit Elektronen zu beaufschlagende Gut ausüben kann. Außerdem gestattet die Anordnung nach der Erfindung ein leichtes Auswechseln des gesamten, als Baueinheit ausgebildeten, in sich justierten Elektronenstrahlerzeugungssystem einschließlich der Ablenkanordnung, wodurch erhebliche Totzeiten, wie sie beim Auswechseln der bekannten Elektronenstrahlerzeugungssysteme und Ablenkanordnung notwendigerweise auftreten, wegfallen. Ferner ist keine ι mechanische Lageänderung der Achse dieser Baueinheit erforderlich, selbst auch bei großen Ablenkwinkeln. Das vorgeschlagene Elektronenstrahlerzeugungssystem bringt noch den weiteren Vorteil mit sich, daß Magnetspulen mit hoher Amperewindungszahl auch innerhalb der Baueinheit gut geschützt und ohne Beeinträchtigung der Freiheitsgrade der Ablenkung des Elektronenstrahlenbündels untergebracht werden können. In der Figur ist eine beispielsweise Ausführung eines Elektronenstrahlerzeugungssystems schematisch dargestellt. Mit der Bezugsziffer 1 ist ein Isolator bezeichnet, sg durch den die Stromleitungen 2, 3 für die Glühkathode 4 hindurchgeführt sind. Die Glühkathode liegt im Ausführungsbeispiel auf hohem negativem Potential und ist innerhalb einer über den Saugstutzen S evakuierbaren Kammer 6 zusammen mit dem Wehnelt-Zylinder 7 angeordnet. An die Kammer 6 ist eine Hülse 8 angesetzt, innerhalb der eine Magnetlinse 9 angeordnet ist. Innerhalb dieser Hülse 8 befindet sich ebenfalls die Ablenkanordnung für das Elektronenstrahlenbündel. Die Ablenkanordnung besteht im Ausführungsbeispiel aus den beiden Magnetspulen 11 und dem ferromagnetischen Kern 12, dessen Teil oberhalb der Magnetspulen 11 ringförmig ausgestaltet ist, so daß der gebündelte Elektronenstrahl 10 durch die so gebildete öffnung hindurchtreten kann. An die unterhalb der Hülse 8 im Schmelzraum bzw. Verdampfungsraum 13 liegenden Enden des Kernes 12 sind Polschuhe 14 aus ferromagnetischem Material angesetzt, zwischen denen das die Ablenkung des Elektronenstrahlenbündels bewirkende Magnetfeld H erzeugt wird. Die Polschuhe können vorzugsweise zum Zweck der Feineinstellung der Ablenkrichtung des Elektronenstrahles etwas um die Hülse des Elektronenstrahlenbündels gedreht werden. Die Hülse 8 ist mit einer Kühlmittelzu- bzw. -abflußleitung 15, 16 versehen sowie einem Kühlmittelleitblech 17. Zur Beschleunigung der Elektronen dient das elektrische Feld zwischen der Kathode 4 und der Lochanode 18. Durch geeignete Wahl des magnetischen Feldes H kann eine mehr oder weniger große Ablenkung des Elektronenstrahlenbündels bewirkt werden. An Stelle des ringförmig ausgebildeten Teiles des ferromagnetischen Kernes kann der ferromagnetische Kern mit einer Bohrung versehen sein, durch die das Elektronenstrahlenbündel hindurchtritt. Auch können die angesetzten Polschuhe bzw. die unteren Enden des ferromagnetischen Kernes so ausgebildet sein, daß die Querschnittsform des abgelenkten Elektronenstrahlenbündels gleich ist der Querschnittsform des nicht abgelenkten Elektronenstrahlenbündels oder gegenüber dem Querschnitt des nicht abgelenkten Elektronenstrahlenbündels in der Form verändert ist. Beispielsweise kann ein nicht abgelenktes Elektronenstrahlenbündel von kreisförmigem Querechmtt nach der Ablenkung durch geeignete Ausbildung der Polschuhe zu einem solchen von elliptischem Querschnitt verändert werden. Patentansprüche:

1. Elektronenstrahlerzeugungssystem, insbesondere für Elektronenstrahlschmelzöfen oder -Verdampfungsanlagen, mit einer evakuierten Elektronenstrahlerzeugungskammer, aus der ein gebündelter Elektronenstrahl durch eine öffnung austritt, welcher sich innerhalb eines an die Kammeröffnung angesetzten Rohres fortpflanzt, mit wenigstens einer das Rohr umschließenden Magnetlinse zur Fokussierung des Strahlenbündels und mit einer elektromagnetischen Strahlablenkanordnung zur Querablenkung des gesamten Strahlenbündels, welche in Strahlrichtung gesehen hinter der Magnetlinse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der einstükkige ferromagnetische Kern (12) der elektromagnetischen Strahlablenkanordnung aus einem ringförmigen, das Rohr umschließenden und der Fokussierungslinse (9) unmittelbar benachbarten Teil und zwei daran angesetzten, sich in Strahlrichtung erstreckenden, einander gegenüberliegenden Schenkeln besteht, deren freie, Polschuhe (14) bildende Enden über das Rohrende hinausragen, aus welchem der Elektronenstrahl austritt, und wenigstens einer der Schenkel von einer sich nur über einen Teil seiner Länge erstreckenden Magnetspule (11) umschlossen ist und daß alle Bauteile des Elektronenstrahlerzeugungssystems, wie an sich bekannt, eine in sich justierte, in ihrer Gesamtheit auswechselbare Baueinheit bilden.