Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Profilfräsungen mittels eines Ladungsträgerstrahls Bei der Materialbearbeitung mit Ladungsträger strahlen, beispielsweise bei der Herstellung von Boh rungen oder Profilfräsungen wird die zu bearbeitende Materialstelle durch Beschuss mit Ladungsträgern hoch erhitzt, so dass das Material an dieser Stelle verdampft.
Um eine für praktische Zwecke verwertbare Ver dampfungsgeschwindigkeit, d. h. also in dem geschil derten Fall eine ausreichende Bohrgeschwindigkeit zu erzielen, muss der Ladungsträgerstrahl an der Auf treffstelle auf das Material eine ausreichend hohe Energiedichte aufweisen. Normalerweise wird zu die sem Zweck der Ladungsträgerstrahl so fokussiert, dass er seine Energie über die gesamte Bearbeitungs fläche gleichmässig abgibt. Die Intensitätsverteilung über den Arbeitsquerschnitt soll dabei möglichst rechteckig sein, d. h. die Intensitätsstelle soll an den Grenzen der bearbeiteten Fläche von dem hohen zur Bearbeitung notwendigen Wert steil nach Null ab fallen.
Es ist bekannt, in extrem dünne Folien mittels eines bewegten Ladungsträgerstrahles Löcher ge wünschter Form einzubrennen. Es ist ebenso be kannt, in verhältnismässig dicke Materialien mittels eines entsprechend fokussierten Ladungsträgerstrah les Löcher zu bohren, deren Form im wesentlichen der Form des Ladungsträgerstrahles entspricht. Mit zunehmender Grösse der bearbeiteten Fläche ergibt sich bei diesem bekannten Bearbeitungsverfahren ein immer grösserer thermisch beanspruchter Material bezirk um den bearbeiteten Materialbereich. Dies be deutet, dass unerwünscht grosse Schichten am Rand und unterhalb des bearbeiteten Bereiches aufge schmolzen werden. Dadurch werden die Verluste er höht und der gewünschte Arbeitseffekt wird gestört.
Es ist auch ein Materialbearbeitungsverfahren be kannt, bei welchem ein intermittierend wirksamer Ladungsträgerstrahl, dessen Arbeitsquerschnitt klei ner ist als die Fläche des zu bearbeitenden Material bereichs diesen Bereich bestreicht. Bei diesem Ver fahren wird der Ladungsträgerstrahl in vorherbe stimmter Weise in Sprüngen derart über den Bearbei tungsbereich bewegt, dass zeitlich unmittelbar nach einander bearbeitete Flächenelemente durch eine Strecke getrennt sind, die grösser als der Durchmes ser eines solchen Flächenelementes ist und über wel cher der Strahl abgeschaltet wird oder nur sehr we nig auf das Material einwirkt. Der gesamte Bearbei tungsbereich wird schliesslich vollständig aus einer Vielzahl von aneinandergrenzenden bearbeiteten Flä chenelementen zusammengesetzt.
Dieses Bearbeitungsverfahren weist sehr viele Vorteile auf, doch ist die Einrichtung zu seiner Durchführung sehr aufwendig. Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Material bearbeitung mittels Ladungsträgerstrahl anzugeben, welches eine schnelle, den thermodynamischen Ver- hältnissen dieses Bearbeitungsverfahrens angepasste Herstellung von Profilfräsungen ermöglicht und wel ches zu seiner Durchführung nur eine mit verhältnis mässig geringem Aufwand zu erstellende Einrichtung benötigt.
Profilfräsungen werden beispielsweise hergestellt in Einspritzdüsen, Spinndüsen, Filtern, Düsen zur Zuführung von Kühlflüssigkeiten usw.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Profilfräsungen mittels eines Ladungsträgerstrah- les verwendet einen Strahl, dessen Arbeitsquerschnitt kleiner ist als die Fläche des zu bearbeitenden Mate rialbereichs und der, durch elektronenoptische Mittel abgelenkt, diesen Materialbereich bestreicht und zeichnet sich dadurch aus, dass der Ladungsträger strahl innerhalb der Grenzen des zu bearbeitenden Materialbereichs stetig und so über das Material ge führt wird, dass die Energiekonzentration entlang den Randlinien dieses Bereichs am höchsten ist und dass jedem Punkt dieses Bereichs eine zur Materialver dampfung ausreichende Energie zugeführt wird.
Durch die Energiekonzentration an den Rändern des Bearbeitungsbereichs wird der dort sehr grosse Wärmeverlust kompensiert, so dass also die Herstel lung einer einwandfreien Begrenzung des Bearbei tungsbereichs ermöglicht wird. Der erwähnte hohe Wärmeverlust an den Rändern des Bearbeitungsbe reichs tritt infolge des hier sehr grossen seitlichen Temperaturgradienten auf, welcher bewirkt, dass ein wesentlicher Teil der eingestrahlten Energie durch Wärmeleitung verloren geht.
Bei dem Materialbearbeitungsverfahren gemäss der vorliegenden Erfindung wird der Ladungsträger strahl zweckmässig so geführt, dass er das Material innerhalb der Grenzen des Bearbeitungsbereiches schichtweise abträgt. Dadurch wird erreicht, dass während der Materialabtragung keine grösseren Stu fen innerhalb des Bearbeitungsbereichs auftreten. Solche Stufen würden eine wesentliche Störung des Bearbeitungsverfahrens mit sich bringen.
Besonders vorteilhaft ist es, einen intermittieren den Ladungsträgerstrahl zu verwenden. Dabei wird die Steuerung zweckmässig so gewählt, dass zeitlich aufeinanderfolgende Strahlimpulse an örtlich mög lichst weit auseinanderliegenden Stellen zur Wirkung gebracht werden, wobei die Auftreffstellen der Strahl impulse während aufeinanderfolgender Abtastvor gänge gegeneinander versetzt sind.
Dies wird zweck- mässig dadurch erreicht, dass eine Synchronisation zwischen Impulsfolgefrequenz und Ablenkfrequenz vermieden wird, so dass also der Ladungsträgerstrahl bei mehrfacher Überschreibung des Bearbeitungsbe reichs nicht wieder auf die gleichen Stellen auftrifft. Auf diese Weise wird das Material innerhalb des Be arbeitungsbereichs trotz der diskontinuierlichen Wir kung des intermittierenden Ladungsträgerstrahles über die Profilfläche gleichmässig schichtweise ab getragen.
Um zu erreichen, dass die Impulsfolgefrequenz kein ganzzahliges Vielfaches der Ablenkfrequenz ist, ist es vorteilhaft, die Ablenkfrequenz durch Fre quenzmodulation der Impulsfolgefrequenz mit einer im Verhältnis dazu niedrigen Hilfsfrequenz zu er zeugen.
Bei dem neuen Bearbeitungsverfahren kann der Ladungsträgerstrahl in verhältnismässig einfacher Weise so gesteuert werden, dass er eine Vielzahl von einfachen Grundprofilen aus dem Werkstück aus fräst. Die dazu notwendigen Ablenkströme haben beispielsweise sinus-, trapez-, sägezahn- oder recht- eckförmigen Verlauf und können demzufolge in ein fach aufgebauten Generatoren erzeugt werden.
Nähere Einzelheiten über die Art der Steuerung des Ladungsträgerstrahles werden im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren näher erläutert.
Mit Hilfe des neuen Bearbeitungsverfahrens ge lingt es insbesondere, in einfacher Weise runde und ovale sowie rechteckige und längliche, parallele oder nichtparallele Ränder aufweisende Grundprofile zu erzeugen.
Diese Grundprofile können zu axialsymmetri schen grösseren Gesamtprofilen zusammengesetzt werden, wobei diese Zusammensetzung elektronisch mittels einer verhältnismässig einfach aufgebauten Schaltanordnung bewirkt wird. Diese Schaltanord nung ist zweckmässig so einstellbar, dass der La dungsträgerstrahl beispielsweise einsinnig von der Mitte des Gesamtprofils ausgehend nacheinander über die den Grundprofilen entsprechenden Teilflä chen geführt wird und dabei jeweils eine Schicht je der Teilfläche abträgt.
Mittels des neuen Verfahrens gelingt es auch, Gesamtprofile herzustellen, welche aus paarweise zu einander parallel ausgerichteten Teilflächen zusam mengesetzt sind. Zu diesem Zweck wird der Ladungs trägerstrahl mittels eines durch die betreffenden Ab lenkelemente fliessenden Gleichstromes bis zur Mit tellinie der jeweils zu bearbeitenden Teilfläche abge lenkt.
Die mittels des neuen Verfahrens herzustellenden Gesamtprofile können aus Teilflächen zusammenge setzt sein, welche von der Mitte des Gesamtprofils aus gerechnet nur die halbe Ausdehnung der oben erwähnten Grundprofile haben. Der Ladungsträger strahl wird in diesem Fall nach Bestreichen der einer Teilfläche entsprechenden Hälfte eines Grundprofils so abgelenkt, dass die andere Hälfte dieses Grund profils an einer mit einer weiteren Teilfläche zusam menfallenden Stelle des Gesamtprofils hergestellt wird.
Wird ein aus grösseren Teilflächen bestehendes Gesamtprofil gefordert, so ist es vorteilhaft, die Teil flächen entsprechend den obenerwähnten Grundpro filen zu wählen und den Ladungsträgerstrahl mittels eines durch die entsprechenden Ablenkelemente flies- senden Gleichstromes vorabzulenken. In diesem Fall wird also ohne eine Vergrösserung der zur Erzeugung der Grundprofile notwendigen Ablenkströme ein Ge samtprofil erzeugt, dessen Aussenabmessungen grös ser sind als diejenigen des Grundprofils.
Zur Herstellung eines aus sich kreuzenden oder berührenden Teilflächen zusammengesetzten Gesamt profils wird der Ladungsträgerstrahl zweckmässig so geführt, dass sowohl entlang den Randlinien des Pro fils als auch im äusseren, dem Kreuzungspunkt abge wandten Teil jeder Teilfläche eine Energiehäufung auftritt. Auf diese Weise wird die in den äussern Pro filteilen gegenüber der Profilmitte vergrösserte Wär meableitung kompensiert, so dass also auch die äus- seren Profilteile genau entlang den vorgeschriebenen Randlinien ausgefräst werden.
Der Zweck, eine Energiehäufung im äusseren, dem Kreuzungspunkt abgewandten Teil jeder Teil fläche zu erzeugen, kann auch dadurch erreicht wer- den, dass die Energie des Ladungsträgerstrahles in vorgegebener Weise synchron mit der linear verlau fenden Strahlablenkung geregelt wird. Bei einer inter mittierenden Steuerung des Ladungsträgerstrahles ist es vorteilhaft, die Impulsamplitude, die Impulsdauer und die Impulsfolgefrequenz zu regeln.
Die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung enthält eine Ladungsträgerstrahlquelle sowie Mittel zur Formung und Fokussierung des Strahles auf das zu bearbeitende Material und ist gekennzeichnet durch ein hinter der Fokussierungslinse angeordnetes, entsprechend der Axialsymmetrie der herzustellenden Figur ausgelegtes Ablenksystem sowie mit diesem verbundene Schaltmittel zur Erzeugung und Zufüh rung der Ablenkströme nach einem vorgegebenen Programm enthält.
Diese Schaltmittel bestehen zweck- mässig aus mindestens zwei, Ablenkströme verschie denen zeitlichen Verlaufes liefernden Generatoren so wie einer mit diesen Generatoren verbundenen, zur Zuführung der Ablenkströme zu den Spulen des Ab lenksystems dienenden Schaltanordnung.DieseSchalt- anordnung selbst besteht vorteilhaft aus einer Anzahl mechanischer oder elektronischer Schalter, z. B.
Re lais oder Schalttransistoren, die in Gruppen nachein ander in periodischer Folge betätigt werden. Zweck- mässig wird ein aus der Fernmeldetechnik bekanntes Zählrelais oder ein elektronischer Ringzähler, der mit jeder Stufe eine Gruppe von mechanischen oder elek tronischen Schaltern betätigt, verwendet. Es ist eben so möglich, die erwähnte Schaltanordnung lediglich unter Verwendung von Transistoren aufzubauen.
Bei dem genannten Einrichtungsbeispiel der vor liegenden Erfindung liefern die Generatoren die zur Erzeugung der Grundprofile notwendigen Ablenk ströme, während mittels der erwähnten Schaltanord nung die Grundprofile in vorgegebener Weise zu einem Gesamtprofil zusammengesetzt werden. Das gesamte Programm zur Herstellung eines zusammen gesetzten Profils ist also in der erwähnten Schalt anordnung enthalten.
Die Schaltanordnung ist zweckmässig so ausge bildet und eingestellt, dass jeweils nach Bestreichen einer Teilfläche, gegebenenfalls unter gleichzeitiger Umpolung der Ablenkspulen die Rolle der zur Quer- und Längsablenkung dienenden Ablenkspulen mitein ander vertauscht wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Teilflächen eines zusammengesetzten Profils einseitig von der Mitte des Gesamtprofils ausgehend nacheinander bearbeitet werden.
Es ist zweckmässig, die zur Umschaltung der Ab lenkspulen dienende Schaltanordnung in der Weise mit dem Steuerimpulsgenerator zu verbinden, dass die Steuerimpulse während jedes Umschaltvorganges über eine vorgegebene Zeit unterdrückt werden. Auf diese Weise wird mit Sicherheit vermieden, dass in folge von Einschwingvorgängen Strahlimpulse ausser- halb der eigentlichen Bearbeitungsstelle fallen.
Unter Umständen ist es auch vorteilhaft, die zur Umschaltung dienende Schaltanordnung in der Weise mit dem Steuerimpulsgenerator zu verbinden, dass die Steuerimpulse während des Rücklaufes der Ablenk spannung unterdrückt werden. Auf diese Weise wird vermieden, dass infolge der magnetischen Eigenschaf ten der Ablenksysteme der Ladungsträgerstrahl wäh rend des Rücklaufes verschiedene Bereiche der Mate rialbearbeitungsstelle erfasst.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Ausführungsbeispiele darstellenden Fig. 1-14 näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 eine gemäss der Erfindung aufgebaute Ein richtung zur Herstellung von Profilfräsungen mittels Ladungsträgerstrahl, Fig. 2 eine Draufsicht auf das in der Einrichtung nach Fig. 1 enthaltene Ablenksystem, Fig. 3-8 verschiedene Grundprofile (a) und die zur Steuerung der jeweiligen Ablenkung des Ladungs trägerstrahles notwendigen Ablenkströme (b), Fig. 9 ein mittels intermittierend gesteuertem La dungsträgerstrahl hergestelltes Grundprofil (a) und die zur Strahlsteuerung und Strahlablenkung notwen digen Ströme (b), Fig. 10 und 11 aus Grundprofilen zusammenge setzte Profile (a) und die zur Herstellung dieser Pro file notwendigen Ablenkströme (b), Fig. 12 und 13 Beispiele von zusammengesetzten Profilen, Fig.
14 eine Draufsicht auf ein zur Herstellung des in Fig.13 dargestellten Profils verwendetes Strahl ablenksystemes.
Bei allen in der Folge beschriebenen Profilfräsun- gen wird der Ladungsträgerstrahl stetig und so über das Material geführt, dass die Energiekonzentration entlang den Randlinien dieses Bereichs am höchsten ist und dass jedem Punkt dieses Bereichs eine zur Materialverdampfung ausreichende Energie zugeführt wird.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Vakuumgefäss bezeichnet, in welchem ein aus der Kathode 2, der Steuerelek trode 3 und der Anode 4 bestehendes Strahlerzeu- gungssystem angeordnet ist. Zur weiteren Formung des Elektronenstrahles 5 dient eine Blende 6, welche mittels der Einstellknöpfe 7 und 8 justiert werden kann. Eine elektromagnetische Linse 9, deren Strom versorgungsgerät mit 16 bezeichnet ist, dient zur Fo- kussierung des Elektronenstrahles auf das zu bearbei tende Werkstück 11.
Das Werkstück 11, beispiels weise eine Spinndüse, ist in einer ebenfalls unter Va kuum stehenden Kammer 13 auf einem Tisch 12 an geordnet, welches mittels einer Spindel 15 von links nach rechts oder umgekehrt verschoben werden kann. Eine weitere Spindel 14 dient zur Verschiebung des Werkstückes senkrecht zur Papierebene.
Zwischen der elektromagnetischen Linse 9 und dem Werkstück 11 ist ein elektromagnetisches Ab lenksystem 10 angeordnet, welches zur Ablenkung des Elektronenstrahles 6 in der Papierebene und senkrecht zur Papierebene dient. Das Ablenksystem 10 besteht, wie aus Fig. 2 hervorgeht, aus vier jeweils um 90 gegeneinander versetzten elektromagneti schen Spulen 25-28, welche jeweils mit einem ferro- magnetischen Kern 29-32 ausgerüstet sind. Ein ferro- magnetischer Ring 33 dient als Rückfluss für das Magnetfeld, welches in dem zum Strahldurchtritt die nenden Rohr 34 entsteht. Sämtliche Spulen des Ab lenksystems sind in Kunstharz eingegossen.
Das Ab lenksystem ist so ausgebildet, dass der Elektronen strahl 5 bei Zuführung entsprechender Ablenkströme ein verzeichnungsfreies Raster auf der Oberfläche des Werkstückes 11 schreibt.
Im Gerät 17 wird eine Hochspannung von bei spielsweise 100 kV erzeugt und mittels eines mit einem Erdmantel versehenen Hochspannungskabels dem Gerät 18 zugeführt. Dieses Gerät dient zur Er zeugung der regelbaren Heizspannung und der regel baren Steuerelektrodenvorspannung. Diese Spannun gen werden über ein mit einem Erdmantel versehenen dreiadrigen Hochspannungskabel 19 in den ölgefüll- ten Behälter 20 eingeführt. Die beispielsweise auf - 100 kV liegende Heizspannung wird direkt der Ka thode 2 zugeleitet.
Die Wehneltzylinderspannung von beispielsweise -101 kV wird durch den Isolator ansatz der Sekundärwicklung des Hochspannungs- Isoliertransformators 21 zugeführt und gelangt von dort aus direkt zur Steuerelektrode 3. Die Steuerelek trodenvorspannung ist so eingestellt, dass im Ruhe zustand das Strahlerzeugungssystem gesperrt ist.
Mit 35 ist eine Schaltanordnung bezeichnet, wel che mit den Spulen des Ablenksystems 10 verbunden ist. Mit der Schaltanordnung 35 sind weiterhin Gene ratoren 36-39 verbunden, welche zur Erzeugung der Ablenkströme dienen. Dabei dient beispielsweise der Generator 36 zur Erzeugung eines Ablenkstromes mit sägezahnförmigem Verlauf, der Generator 37 zur Erzeugung eines Ablenkstromes mit sinusförmigem Verlauf, der Generator 38 zur Erzeugung eines Ab lenkstromes mit rechteckförmigem Verlauf, während der Generator 39 zur Erzeugung eines regelbaren Gleichstromes dient.
Mit dem Isolier-Impulstransformator 21 ist ein Steuerimpulsgenerator 40 verbunden, welcher eben falls mit der Schaltanordnung 35 in Verbindung steht. Der Steuerimpulsgenerator 40 liefert positive Steuerimpulse, welche die Vorspannung des Strahl- erzeugungssystemes so weit abtragen, dass während der Dauer eines Steuerimpulses das Strahlerzeugungs system entsperrt wird und ein Elektronenstrahlimpuls entsteht. Über die Schaltanordnung 35 werden die vom Steuerimpulsgenerator 40 gelieferten Steuer impulse während des Rücklaufes der Ablenkspan nung - und / oder bei der Herstellung von zusam mengesetzten Profilen während bestimmter Umschalt zeiten - unterdrückt.
Fig. 3a zeigt ein rundes Grundprofil 41, dessen Durchmesser nur wenig grösser ist als der wirksame Strahldurchmesser des Elektronenstrahles 5. Mittels der um 90 gegeneinander phasenverschobenen, vom Generator 38 gelieferten Ablenkströme 42 und 43 wird der Ladungsträgerstrahl so entlang der äusseren Randlinie des Profils 41 geführt, dass der äussere Rand des wirksamen Strahlquerschnitts die Begren- zungslinie des Profils berührt. Dabei wird das in der Mitte liegende Material, welches nicht vom Strahl ge troffen wird, genügend hoch erhitzt, um mit abgetra gen zu werden.
Fig. 4a zeigt ein rundes Grundprofil 44, dessen Durchmesser vier- bis sechsmal so gross ist wie der wirksame Durchmesser des Elektronenstrahles 5. Zur Herstellung dieses Profils wird der Elektronenstrahl 5 mittels der Ablenkströme 45 und 46 in zeitlichem Wechsel so auf zwei konzentrische Kreislinien ge, führt, dass der äussere Rand des wirksamen Strahl querschnitts die äussere Begrenzungslinie des Profils berührt und dass das zwischen den Kreislinien und das innerhalb der inneren Kreislinie liegende Material mit abgetragen wird.
Fig. 5a zeigt ein rundes Grundprofil 47 grösseren Durchmessers. Zu seiner Herstellung wird der Elek tronenstrahl 5 so über die am äusseren Rand des Pro fils gelegene schraffierte Kreisringfläche bewegt, dass der äussere Rand des wirksamen Strahlquerschnitts die äussere Begrenzungslinie des Profils berührt und dass entlang den beiden Begrenzungslinien eine Häu fung der Energie auftritt. Zu diesem Zweck werden die beiden um 90 gegeneinander phasenverschobe nen sinusförmigen Ablenkströme, von denen in Fig. 5b nur der Ablenkstrom 48 dargestellt ist, mittels des trapezförmigen Stromes 49 moduliert. Die Frequenz des Ablenkstromes 49 ist dabei wesentlich grösser als die Frequenz des Ablenkstromes 48, wobei durch entsprechende Frequenzwahl eine Synchronisation zwischen diesen beiden Ablenkströmen vermieden ist.
Wie ohne weiteres aus Fig. 5a zu erkennen ist, wird der Elektronenstrahl in diesem Fall rasterförmig über die schraffierte Kreisringfläche geführt, wobei auf einanderfolgende Raster gegeneinander verschoben sind. Durch die trapezförmige Modulationsspannung 49 wird erreicht, dass der Elektronenstrahl entlang der Randlinien des Kreisringes langsamer bewegt wird als senkrecht zu diesen Kreislinien. Dadurch wird eine Häufung der Energie entlang den Rand linien erreicht.
Derselbe Effekt lässt sich erzielen, wenn die Ab lenkströme nicht trapezförmig, sondern sinusförmig amplitudenmoduliert werden.
Zur Erzeugung ovaler Grundprofile ist es not wendig, die Amplituden der in den Fig. 3b, 4b und 5b dargestellten um 90 gegeneinander phasenver schobenen Ablenkströme verschieden gross zu ma chen.
Fig. 6a zeigt ein längliches rechteckförmiges Grundprofil 50, dessen Breite nur wenig grösser ist als der wirksame Strahldurchmesser. Der zur Längs ablenkung des Elektronenstrahles 5 dienende Ablenk strom 51 hat den in Fig. 6b dargestellten sägezahn- förmigen zeitlichen Verlauf. Mittels dieses Ablenk stromes wird der Ladungsträgerstrahl mit konstanter Geschwindigkeit in Längsrichtung des Profils geführt. Zur Querablenkung des Ladungsträgerstrahles dient ein rechteckförmiger Ablenkstrom 52, wie er in Fig. 6c dargestellt ist.
Wie aus den Fig. 6b und 6c zu er- kennen ist, sind die Ablenkströme 51 und 52 mitein ander synchronisiert. Diese Synchronisation ist so ge wählt, dass der Elektronenstrahl in zeitlichem Wech sel über die beiden schraffierten Streifen geführt wird. Bei dieser Strahlführung berührt der äussere Rand des wirksamen Strahlquerschnittes die äussere Be grenzungslinie des Profils.
Anstelle des in Fig. 6b dargestellten sägezahnför- migen Ablenkstromes kann die Längsablenkung des Elektronenstrahles auch mittels eines in Fig. 6d dar gestellten Ablenkstromes 53 bewirkt werden. Die Querablenkung erfolgt in diesem Fall mittels des in Fig. 6e dargestellten rechteckförmigen Ablenkstro mes 54. Der dachförmige Ablenkstrom 53 bewirkt, dass der Elektronenstrahl mit konstanter Geschwin- digkeit entlang der schraffierten Linien des Profils 50 hin- und hergeführt wird. Dabei wechselt der La dungsträgerstrahl jeweils nach Durchlaufen einer Li nie auf die andere Linie über.
Fig. 7a zeigt ein rechteckförmiges Grundprofil 55 grösserer Breite. Zu seiner Herstellung überstreicht der Elektronenstrahl die gesamte Rechteckfläche, wo bei seine Längsablenkung durch den in Fig. 7b dar gestellten sägezahnförmigen Ablenkstrom 56 und seine Querablenkung durch den in Fig. 7c dargestell ten sinusförmigen Ablenkstrom 57 bewirkt wird. Die Ablenkströme 56 und 57 sind nicht miteinander syn chronisiert, so dass also der Elektronenstrahl auf dem Profil 55 kein feststehendes Raster beschreibt. Wie ohne weiteres zu erkennen ist, wird durch den sinus- förmigen Querablenkstrom 57 bewirkt, dass der Elek tronenstrahl an den Rändern des Profils langsamer bewegt wird als über die Profilfläche hinweg, so dass also an den Profilrändern eine Energiehäufung ent steht.
Anstelle des in Fig. 7b dargestellten sägezahnför- migen Ablenkstromes 56 kann zur Längsablenkung des Elektronenstrahles über das Profil 55 auch der in Fig. 7d dargestellte Ablenkstrom 58 verwendet wer den, der einen dachförmigen Verlauf mit abgeflach ten Spitzen hat.
Während der Bereiche 59 des Ablenkstromes wird der Elektronenstrahl in Längsrichtung nicht ab gelenkt, während der Querablenkstrom voll wirksam ist. Auf diese Weise wird eine Energiehäufung auch an den das Profil 55 in Querrichtung begrenzenden Randlinien erreicht.
Fig. 8a zeigt ein längliches Profil 60 mit nicht parallelen Rändern. Zu seiner Herstellung wird der Elektronenstrahl mittels des in Fig. 8b dargestellten, im wesentlichen sinusförmig verlaufenden Ablenk stromes 61 mit einer der Profilbreite umgekehrt pro portionalen Geschwindigkeit in Längsrichtung ge führt. Die Querablenkung des Elektronenstrahles er folgt durch den synchron zur Längsablenkung ampli tudenmodulierten Ablenkstrom 63, dessen Modula tionsspannung mit 62 bezeichnet ist. Durch diese Amplitudenmodulation des Querablenkstromes ergibt sich die gewünschte Profilform. Der Querablenkstrom 63 hat sinusförmigen Verlauf, so dass also an den Rändern des Profils 60 eine Energiehäufung auftritt.
Alle die in den Fig. 3-8 dargestellten Grundpro file werden zweckmässig mit einem intermittierend gesteuerten Ladungsträgerstrahl hergestellt. Die Im pulsfolgefrequenz ist dabei kein ganzzahliges Viel faches der Ablenkfrequenz.
Fig. 9a zeigt ein rechteckförmiges längliches Grundprofil 50, zu dessen Herstellung jedoch ein mit den Ablenkströmen synchronisierter intermittierend gesteuerter Ladungsträgerstrahl verwendet ist. Der zur Längsablenkung des Ladungsträgerstrahles die nende Ablenkstrom 64 hat treppenförmigen Verlauf und ist in Fig. 9b dargestellt. Der zum Ablenkstrom 64 ebenfalls synchronisierte Querablenkstrom 65 ist in Fig. 9c dargestellt. Die Synchronisation ist so ge wählt, dass der Elektronenstrahl nach jeder Treppen stufe von einer Randlinie des Profils 50 auf die an dere geführt wird. Die Modulation der Strahlintensi tät ist so gewählt, dass zu jeder Treppenstufe des Längsablenkstromes 64 ein Strahlimpuls 66 gehört.
Wählt man die Synchronisation der Ablenkströme so, dass während des Rücklaufes des Längsablenk stromes der Querablenkstrom um eine halbe Periode phasenverschoben wird, so schreibt der Elektronen strahl auf dem Profil 50 zwei ineinandergeschachtelte Raster, von denen eines in Fig. 9a dargestellt ist. Der Abstand zweier Punkte der ineinandergeschachtelten Raster ist dabei zweckmässig kleiner als der wirk same Strahldurchmeser. Wählt man von vorneherein die Treppenschritte des Längsablenkstromes so, dass in einer Linie aufeinanderfolgende Strahlimpulse einen Abstand haben, welcher kleiner ist als der wirk same Strahldurchmesser, so kann das gesamte Profil 50 mittels eines einzigen Rasters geschrieben werden.
Aus den in den Fig. 3-8 dargestellten Grundpro filen werden durch entsprechende Programmierung mittels der in Fig. 1 dargestellten Schaltanordnung 35 zusammengesetzte Profile geschrieben. Ein solches Profil ist beispielsweise in Fig. 12 dargestellt. Wie ohne weiteres zu erkennen ist, besteht dieses Profil aus zwei gekreuzten Grundprofilen 60. Zu seiner Herstellung wird zunächst den Ablenkspulen 25 und 27 der Längsablenkstrom 61 zugeführt, während den Spulen 26 und 28 der Querablenkstrom 63 zugeführt wird.
Sobald der Elektronenstrahl die Hälfte des Grundprofils 60 geschrieben hat, wird über die Schaltanordnung 35 die Rolle der Längs- und Quer ablenkspulen miteinander vertauscht. Aus diesem Grunde wird die nächste Hälfte des Grundprofils in einer um 90 verschobenen Stellung geschrieben. Durch fortgesetzte Umschaltung mittels der Relais anordnung 35 wird schliesslich das in Fig. 12 darge stellte zusammengesetzte Profil aus dem Werkstück 11 ausgefräst.
Fig. 10 zeigt ein aus vier wechselweise parallel zueinander angeordneten Grundprofilen 50 bestehen des zusammengesetztes Profil. Zu seiner Herstellung wird der Elektronenstrahl 5 mit Hilfe des in Fig. 10 dargestellten Längsablenkstromes 53 in Längsrich- tung geführt. Zugleich wird der Elektronenstrahl mit tels eines vom Generator 39 gelieferten Gleichstro mes 70 in Querrichtung so abgelenkt, dass der in Fig. 10 dargestellte Querablenkstrom 71 entsteht.
Sobald der Elektronenstrahl die beiden Randlinien des obe ren Grundprofils 50 abgefahren hat, wird mittels der Schaltanordnung 35 die Funktion der Längs- und Querablenkspulen miteinander vertauscht, so dass der Elektronenstrahl 5 im nächsten Arbeitsgang die beiden Randlinien des linken Grundprofiles abführt. Nach einer entsprechenden Anzahl von Umschaltun gen hat schliesslich der Elektronenstrahl 5 aus dem Werkstück 11 das in Fig. 10 dargestellte Gesamtpro fil ausgefräst.
Fig. 11a zeigt ein kreuzförmiges Profil, welches., wie ohne weiteres zu erkennen ist, aus den Grund profilen 55 entsprechenden Teilflächen zusammen setzbar ist. Zu seiner Herstellung wird ein Längs ablenkstrom 72 verwendet, welcher den aus Fig. 11 ersichtlichen Verlauf hat. Wie aus dieser Figur zu er kennen ist, hat der Längsablenkstrom 52 einen im wesentlichen sägezahnförmigen Verlauf, wobei jedoch die Spitzen des Sägezahnes abgeflacht sind. Durch diese Abflachung wird erreicht, dass der Ladungsträ gerstrahl am äusseren Ende jeder Teilfläche länger verweilt als an dem dem Kreuzungspunkt naheliegen den Ende.
Aus diesem Grunde wird also der Elektro nenstrahl mittels des Querablenkstromes 73 (Fig. l1c) am äusseren Ende jeder Teilfläche öfter in Querrich tung bewegt als an dem anderen Ende der Teilfläche, so dass eine Energiehäufung in den äusseren Teilen der Kreuzbalken auftritt.
Führt man den jeweils zur Längsablenkung die nenden Spulen des Ablenksystemes einen Gleich strom zu, welcher eine Vorablenkung des Elektronen strahles 5 um die halbe Länge des Grundprofiles be wirkt, so lässt sich in diesem Fall ein kreuzförmiges Profil herstellen, dessen Balken die volle Länge des Grundprofiles aufweisen. Der zur Längsablenkung dienende Wechselstrom muss dabei gegenüber dem zur Erzeugung des Grundprofiles dienenden Längs ablenkstrom nicht erhöht werden.
Fig. 13 zeigt ein aus den drei Balken 74, 75 und 76 bestehendes Profil, dessen einzelne Balken dem Grundprofil 50 entsprechen. Zur Herstellung dieses Profils wird anstelle des in Fig. 1 mit 10 bezeichne ten zweizähligen Ablenksystems das in Fig. 14 in Draufsicht gezeichnete dreizählige Ablenksystem ver wendet. Dieses Ablenksystem besteht aus den sechs Ablenkspulen 77-82.
Bei der Herstellung des in Fig. 13 dargestellten Profils wird zunächst den Spulen 77, 78, 80 und 81 beispielsweise der in Fig. 11b dargestellte Ablenk strom 72 zugeführt, während den Ablenkspulen 79 und 82 der in Fig. 6c dargestellte Querablenkstrom 52 zugeführt wird. Nachdem der Elektrodenstrahl 5 eine Randlinie der Teilfläche 74 von der Profilmitte ausgehend abgefahren hat, schaltet die Schaltanord nung 35 unter gleichzeitiger Umpolung der Ablenk spulen um, und zwar so, dass nunmehr die Spulen 78, 79, 81 und 82 zur Längsablenkung und die Spu len 77 und 80 zur Querablenkung dienen. Dadurch wird eine Randlinie der Teilfläche 75 vom Elektro nenstrahl abgefahren.
Danach schaltet die Schalt anordnung 35 unter gleichzeitiger Umpolung wieder um, so dass nunmehr die Ablenkspulen 79, 80, 82 und 77 zur Längsablenkung und die Spulen 78 und 81 zur Querablenkung dienen. Dabei fährt der Elek tronenstrahl eine Randlinie der Teilfläche 76 ab. Auf diese Weise werden nacheinander die Balken 74, 75 und 76 so lange abgetragen, bis das vollständige Pro fil aus dem Werkstück 11 ausgefräst ist. Die Längs ablenkung des Elektrodenstrahles erfolgt stets einsei tig von der Profilmitte ausgehend.
Auch die in den Fig. 10-13 dargestellten zusam mengesetzten Profile werden zweckmässig mittels eines intermittierend gesteuerten Ladungsträgerstrah les hergestellt. Es ist dabei möglich, beispielsweise bei der Herstellung des in Fig. 11 dargestellten zu sammengesetzten Profiles die Impulsamplitude, die Impulsdauer oder die Impulsfolgefrequenz so zu re geln, dass auch bei Verwendung eines sägezahnför- migen Ablenkstromes mit nicht abgeflachten Spitzen eine Energiehäufung in den äusseren Bereichen der Grundprofile auftritt.