DD147436A5

DD147436A5 - METHOD FOR PREPARING AN ELECTRON BEAM CANON

Info

Publication number: DD147436A5
Application number: DD21671379A
Authority: DD
Inventors: Siegfried Beisswenger
Original assignee: Hell Rudolf Dr Ing Gmbh
Priority date: 1978-11-09
Filing date: 1979-11-06
Publication date: 1981-04-01
Also published as: JPS5568194A; NL7908188A; FR2441268A1; GB2038084A; DE2848626A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Druckformgravur. Ziel der Erfindung ist es, die Ruestzeit einer Elektronenstrahlkanone fuer die Gravur von Druckformen kurz zu halten und Drifterscheinungen zu vermeiden. Strahlerzeugerteil und Strahlfuehrungsteil einer Elektronenstrahlkanone werden in den Gravurpausen durch eine auswechselbare vakuumdichte Folie v. d. Bearbeitungskammer getrennt. Dadurch koennen diese Teile waehrend der Reinigung der Arbeitskammer und dem Zylinderwechsel bereits wieder in Betrieb genommen werden. Zu Beginn der neuen Gravur perforiert der Elektronenstrahl selbst diese Folie. Herstellung gravierter Druckformen insbesondere Tiefdruckzylinder.The invention relates to the field of printing form engraving. The aim of the invention is to keep the Ruestzeit an electron gun for the engraving of printing plates short and to avoid drifting phenomena. Beam generator part and Strahlfuehrungsteil an electron gun are in the engraving breaks by a removable vacuum-tight film v. d. Processing chamber separated. As a result, these parts can already be put back into operation during the cleaning of the working chamber and the cylinder change. At the beginning of the new engraving, the electron beam itself perforates this film. Production of engraved printing plates, in particular gravure printing cylinders.

Description

Berlin, denBerlin, the

Title of the invention

Verfahren zur Vorbereitung einer Elektronenstrahlkanone.Process for preparing an electron beam gun.

Field of application of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbereitung einer Elektronenstahlkanone zur Materialbearbeitung insbesondere zur Gravur von Tiefdruckzylindern.The present invention relates to a method for preparing an electron beam gun for material processing, in particular for engraving gravure cylinders.

Charakteristik der bekannten technischen--Lösungen Bei Anlagen zur Materialbearbeitung mittels Elektronenstrahlen ist es erwünscht, bei Werkstückwechsel nicht die gesamte evakuierte Elektronenstahlkanone zu belüften, sondern nur die eigentliche Bearbeitungskammer. Es sind Ausführungsformen bekannt, die dazu zwischen der, Bearbeitungskammer und der restlichen Kanone Ventile unterschiedlichster Bauart anordnen, die, über vakuumdichte Durchführungen mechanisch, elektrisch oder pneumatisch betätigt, nach der Erreichen des Betriebsvakuums in der Bearbeitungskammer nach Werkstückwechsel geöffnet werden, so daß der Elektronenstrahl hindurchtreten kann. (DE-AS 1 515 201 und OS-FS 3 588 578) Solchen Ventilen haftet neben ihrer komplizierten Konstruktion eine Reihe von Nachteilen an. In der Regel muß der eigentliche Ventilkörper in weichelastischen Dichtungen geführt werden. Diese sind durchweg schlechte Leiter für Elektrizität und Wärme. Das hatChara kteristik the known technical - solutions In systems for material processing by electron beams, it is desirable not to ventilate the entire evacuated electron beam gun when changing workpieces, but only the actual processing chamber. Embodiments are known which, for this purpose, arrange valves of the most varied design between the processing chamber and the remainder of the gun, which are actuated mechanically, electrically or pneumatically via vacuum-tight feedthroughs, after the operating vacuum in the processing chamber has been reached after workpiece change, so that the electron beam passes through can. (DE-AS 1 515 201 and OS-FS 3 588 578) Such valves, in addition to their complicated construction adheres to a number of disadvantages. As a rule, the actual valve body must be guided in soft elastic seals. These are consistently bad conductors of electricity and heat. That has

zur Folge, daß diese Dichtungen sich durch Elektronen aus der Randstrahlung des Hauptstrahles selbst oder durch Sekundärelektronen im Betrieb aufladen. Die elektrischen Felder solcher Aufladungen beeinflussen wiederum in unerwünschter Weise den Elektronenstrahl. Weiterhin kann man kaum vermeiden, daß vagabundierende Elektronen den Ventilkörper treffen und erwärmen. Durch die schlechte Wärmeleitung der Dichtungen bildet sich ein Wärmestau, der durch Wärmedehnung zu störenden Verformungen des.Ventilkörpers führen kann. Weiterhin ist es kaum möglich, zu verhindern, daß der Ventilkörper besonders auf der dem zu bearbeitenden Werkstück zugekehrten Seite von Spritzern, Dampf oder.Ionen getroffen wird. Solche Niederschläge führen zu Betriebsstörungen.As a result, these seals are charged by electrons from the edge radiation of the main beam itself or by secondary electrons in operation. The electric fields of such charges in turn undesirably affect the electron beam. Furthermore, one can hardly avoid that stray electrons hit and heat the valve body. Due to the poor heat conduction of the seals, a build-up of heat, which can lead to disruptive deformations des.Ventilkörpers by thermal expansion. Furthermore, it is hardly possible to prevent the valve body being hit especially on the side of splashing, steam or ions facing the workpiece to be machined. Such precipitation leads to malfunctions.

Ziel der Erfindung Aim of the invention

Ziel der Erfindung ist es, bei der Gravur von Tiefdruckzylindern mittels Elektronenstrahlen durch Verkürzung der Rüstzeiten und durch Vermeidung von Drifterscheinungen, "die Forderungen des Druckgewerbes nach schnellerer, besserer und sicherer Druckformenherstellung zu erfüllen.The aim of the invention is to meet in the engraving of gravure cylinders by electron beams by shortening the set-up times and by avoiding drift phenomena, "the demands of the printing industry for faster, better and safer printing plate production.

Darlegung des Wesens der Erfindung Considering the nature of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die zur Erfüllung der in der Zielsetzung genannten Forderungen notwendigen Maßnahmen in sich vereinigt.The present invention has for its object to provide a method which combines the measures necessary to meet the requirements mentioned in the objectives in itself.

Die Druckformgravur mittels Elektronenstrahls übertrifft bezüglich dieser Forderungen die bisher üblichen Verfahren, nämlich das der chemischen Ätzung und auch das der mechanischelektronischen Gravur, wenn der Vorteil der erheblich verkürzten Gravurzeiten nicht durch zu lange Rüstzeiten wieder zunichte gemacht wird, und wenn die Sicherheit des Verfahrens so hoch gemacht werden kann, daß die Fehlerquote unter der der heute üblichen Formherstellungsverfahren bleibt.With respect to these requirements, the printing form engraving by means of electron beam surpasses the hitherto customary methods, namely that of chemical etching and also of mechanical-electronic engraving, if the advantage of the considerably shortened engraving times is not nullified by too long set-up times, and if the safety of the method is so high can be made that the error rate remains below that of today's custom molding process.

C Il & & ^e ^ - 3 -C Il && ^e ^ - 3 -

Im Zuge der Entwicklung hat es sich gezeigt, daß zur Erfüllung dieser Forderungen eine Reihe grundsätzlicher Maßnahmen nötig ist: ·In the course of development, it has been shown that a number of fundamental measures are necessary to meet these requirements:

Die hochbelastete Glühkathode muß jeweils nach der Gravur eines Zylinders gewechselt werden. Ein Durchbrennen oder Emmissionsschwankungen bei der nachfolgenden Gravur würde zu Ausschuß führen. Es sind Vorrichtungen entwickelt worden, die es ermöglichen, das Auswechseln des Kathodenbändchens und seine genaue Positionierung in etwa 2 Minuten zu erledigen (DE-OS 1 51¹J 782),The highly loaded hot cathode must be changed after the engraving of a cylinder. Burning or emission fluctuations in the subsequent engraving would lead to rejects. Devices have been developed which make it possible to complete the replacement of the cathode ribbon and its exact positioning in about 2 minutes (DE-OS 1 51 ¹ J 782),

Das abgetragene Material darf sich nur im Bereich der Bearbeitungskammer sammeln. Tröpfchen, Gas und Ionen müssen aus dein Strahlführungsteil und aus dem Strahlerzeuger ferngehalten · werden, weil sie dort zu erheblichen Störungen führen. Zumindest muß die Verunreinigung dieser Sektionen so gering bleiben, daß hier im Sinne kurzer Rüstzeiten erst nach etlichen Gravurzyklen Reinigungs- und Wartungsvorgänge erforderlich werden.The removed material may only collect in the area of the processing chamber. Droplets, gas and ions must be kept away from the beam-guiding part and out of the beam generator because they cause considerable disturbances there. At least the contamination of these sections must remain so small that cleaning and maintenance operations are required here only after a few engraving cycles in terms of short set-up times.

Den größten Anteil an der Rüstzeit hat neben dem Auswechseln des großen und schweren Druckzylinders das Reinigen der Bearbeitungskammer vom Materialabtrag· Hierzu muß die Bearbeitungskammer, am zylinderseitigen Ende geöffnet werden, wenn in der Maschine kein Zylinder liegt.In addition to replacing the large and heavy printing cylinders, the largest part of the set-up time is the cleaning of the processing chamber from material removal. · For this, the processing chamber must be opened at the cylinder-side end if there is no cylinder in the machine.

Hinsichtlich des erforderlichen Vakuums haben die einzelnen Kan.onensektionen unterschiedliche Forderungen. Im Strahlerzeuger müssen für den Betrieb ca. 10 mbar im Strahlführungsteil etwa 10 mbar und in der BearbeitungskammerWith regard to the required vacuum, the individual Kan.onensektionen have different requirements. In the beam generator about 10 mbar in the beam guide part about 10 mbar and in the processing chamber for operation

-2 schließlich nur ca. 10 mbar herrschen. Diese Räume bepumpt man deshalb separat und trennt sie durch Vakuumdrosseln hinreichend kleiner Öffnung, durch-die der Elektronenstrahl hindurchtritt.Finally, only about 10 mbar prevail. Therefore, these chambers are pumped separately and separated by vacuum throttling sufficiently small opening through which the electron beam passes.

^vv ^v v

Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Strahlführungsteil und Bearbeitungskammer der Elektronenstrahlkanone zu Beginn der Gravurpausen eine leicht auswechselbare Folie angeordnet wird, daß diese Folie die genannter!¹ Sektionen der Kanone vakuumdicht abschließt, wodurch Strahlerzeuger und Strahlführung unmittelbar nach ggf. erforderlichem Wechsel der Kathode wieder evakuiert und in Betrieb genommen werden können, daß dabei die geöffnete Bearbeitungskammer gereinigt und der Zylinder zur neuen Gravur gewechselt wird, daß nach Einlegen des neuen Zylinders und Ankoppelung der Arbeitskammer mittels Mundstück an diesen, die Bearbeitungskammer separat evakuiert wird, daß nach Erreichen des Betriebsvakuums in der Bearbeitungskammer der Elektronenstrahl so in seiner Arbeitsrichtung gelenkt wird, daß er die Folie perforiert, daß dadurch zwischen Bearbeitungskammer und Strahlführung eine optimal bemessende und zentrierte und eine Vakuumdrossel bildende Blende entsteht.The above object is achieved in that between the beam guide member and processing chamber of the electron beam gun at the beginning of the engraving breaks an easily replaceable film is arranged, that this film called the! ¹ sections of the gun vacuum-tight manner, whereby jet generator and beam guide can be evacuated and put into operation immediately after any necessary change of the cathode, thereby cleaning the open processing chamber and the cylinder is changed to the new engraving, that after inserting the new cylinder and Coupling of the working chamber by means of mouthpiece to this, the processing chamber is evacuated separately, that after reaching the operating vacuum in the processing chamber, the electron beam is directed in its working direction, that it perforates the film, characterized between processing chamber and beam guide optimally dimensioned and centered and a Vacuum choke forming aperture arises.

embodiment

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und der zugehörigen Zeichnung näher erläutert.The invention is explained below with reference to an embodiment and the accompanying drawings.

Die Figur zeigt schematisch eine Anordnung v-xm Elektronenstrahlkanone und Druckformzylinder. .The figure shows schematically an arrangement v-xm electron beam gun and printing forme cylinder. ,

Eine Elektronenstrahlkanone zur Bearbeitung von Druckformen, insbesondere von Tiefdruckzylindern, besteht, wie bereits erwähnt, normalerweise aus drei hintereinander angeordneten Sektionen, nämlich dem Strahlerzeuger 1, mit Glühkathode 2, Wehnelt-Elektrode 3 und Anode 4 dem Strahlführungsteil 5 der die hier nicht näher beschriebenen Elemente zur Formung, Ausblendung, Taktung, Fokussierung und Korrektur des Elektronenstrahls enthält und der Bearbeitungskammer 6, die mit einem vakuumdicht gleitenden Mundstück 7 an einen vor der Kanone rotierenden Tiefdruckzylinder 8 angekoppelt ist. DieAn electron beam gun for processing printing plates, in particular of gravure cylinders, consists, as already mentioned, normally of three successively arranged sections, namely the beam generator 1, with hot cathode 2, Wehnelt electrode 3 and anode 4 the beam guide part 5 of the elements not described here for forming, fading, timing, focusing and correction of the electron beam and the processing chamber 6, which is coupled with a vacuum-tight sliding mouthpiece 7 to a rotating before the gun gravure cylinder 8. The

genannten Sektionen der-Elektronenstrahlkanone erfordern für den Betrieb unterschiedliche Vakua. Der Strahlerzeuger 1 stellt mit ca. 10 mbar die höchsten Forderungen. Der Strahlführungsteil 5 benötigt etwa 10 mbar und die Bearbeitungskammer nur ca. 10 mbar. Die einzelnen Sektionen werden deshalb separat mit den Vakuumpumpen 9; 10; 11 evakuiert und müssen im Inneren durch Vakuumdrosseln möglichst geringer Öffnung voneinander getrennt werden. Zwischen Strahlerzeuger 1 und Strahlführungsteil 5 ist die Anode ¹J als Vakuumdrossel ausgebildet. Für den praktischen Betrieb ist es erforderlich, die Kathode 2 jeweils nach der Gravur eines Zylinders auszuwechseln. Während des Wechsels der Kathode 2 nach einer Gravur wird nach Öffnen des zylinderseitigen Mundstückdeckels 12 der Berarbeitungskammer 6 in die Trennwand 13 zwischen Bearbeitungskammer 6 und Strahlführungsteil 5 gemäß der Erfindung eine Folie 14 etwa aus dünnem Kupferblech vakuumdicht angebracht..Vorteil dieser Anordnung ist, daß Strahlerzeuger 1 und Strahlführungsteil 5, die die höheren Vakuumforderungen stellen-, unmittelbar nach Kathodenwechsel mittels ihrer separaten Vakuumpumpen 9 und TD bereits für die· nächste Gravur wieder evakuiert werden können. Nach Erreichen des Betriebsvakuums wird bei geöffneter Bearbeitungskammer 6 bereits die Kathode 2 wieder beheizt und die Hochspannung angelegt. Geschieht die Strahlsteuerung beispielsweise durch ein Ausblendsystem 15, das den Elektronenstrahl in den Taktpausen nicht ausschaltet, sondern ihn innerhalb des Strahlführungsteils 5 in einen gekühlten "Strahlsumpf" leitet, dann wird der Elektronenstrahl sogar bereits bei geöffneter Bearbeitungskammer 6 mit voller Leistung eingeschaltet. Dadurch ergibt sich der große Vorteil, daß sich in den beiden bereits · evakuierten kritischen Sektionen der Elektronenstrahlkanone schon während der verhältnismäßig langen Zeit des Zylinderwechsel und der Reinigung der Bearbeitungskammer 6 stabile Bedingungen in bezug auf thermisches und elektrisches Gleich-Sections of the electron beam gun require different vacuums for operation. The jet generator 1 with about 10 mbar the highest demands. The beam guiding part 5 requires about 10 mbar and the processing chamber only about 10 mbar. The individual sections are therefore separately with the vacuum pumps 9; 10; 11 evacuated and must be separated from each other inside by vacuum throttling the least possible opening. Between the beam generator 1 and beam guide part 5, the anode ¹ J is designed as a vacuum throttle. For practical operation, it is necessary to replace the cathode 2 each after the engraving of a cylinder. During the change of the cathode 2 after engraving after opening the cylinder-side mouthpiece cover 12 of the processing chamber 6 in the partition wall 13 between the processing chamber 6 and beam guide member 5 according to the invention, a film 14 made of thin copper sheet vacuum-tight attached..Vorteil this arrangement is that beam generator 1 and beam guiding part 5, which provide the higher vacuum requirements, can be evacuated again immediately after the cathode change by means of their separate vacuum pumps 9 and TD for the next engraving. After reaching the operating vacuum, the cathode 2 is already heated again and the high voltage is applied when the processing chamber 6 is open. If the beam control happens, for example, by a fade-out system 15 which does not switch off the electron beam in the cycle pauses, but directs it within the beam guide part 5 into a cooled "jet sump", then the electron beam is already switched on at full power even when the processing chamber 6 is open. This results in the great advantage that in the two already evacuated critical sections of the electron gun already during the relatively long time of the cylinder change and the cleaning of the processing chamber 6 stable conditions with respect to thermal and electrical DC

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gewicht einstellen. Der'Vorteil liegt also nicht nur in der Einsparung an Rüstzeit, sondern durch das geschilderte Vorgehen werden darüber hinaus Drifterscheinungen bei Gravierbeginn mit Sicherheit vermieden.adjust weight. Der'Vorteil is therefore not only in the saving of set-up time, but by the described approach beyond Drifterscheinungen engraving start are avoided with certainty.

Nach Reinigung der Bearbeitungskammer 6 und Einlegen eines neuen Zylinders 8, der das Mundstück 7 der Bearbeitungskammer verschließt, wird diese durch die zugehörige Vakuumpumpe 11 auf ihren Arbeitsdruck evakuiert, was verhältnismäßig schnell geht. Erfindungsgemäß lenkt man jetzt durch Einschalten des Elektronenstrahls bzw. durch entsprechende Ansteuerung des Ausblendsystems 15 den Elektronenstrahl in seine Arbeitsstellung auf den Zylinder 8 hin. Erfindungsgemäß erzeugt er in der Verschlußfolie 14 ein Loch, wodurch der Strahlweg zum Zylinder 8 für dessen Gravur freigegeben wird. Außer den oben bereits erwähnten Vorteilen der Zeitersparnis beim Zylinderwechsel und der Stabilisierung der Verhältnisse in Strahlerzeuger 1 und Strahlführung 5, werden durch dieses Vorgehen auch die übrigen der oben genannten Forderungen in vorteilhafter Weise erfüllt: Das Loch, das der Elektronenstrahl in der Folie 14 erzeugt, stellt eine optimal dimensionierte Blende für den Strahl dar, welche abgetragenen Materieteilchen Tröpfchen, Gas und^Ionen den Weg in das Innere der oberen Kanonensektionen verwehrt. Die Zentrierung dieser Blende ist in bezug auf den Strahl automatisch optimiert. Jegliche mechanische Blendenzentrierung entfällt. Ein weiterer Vorteil ist es, daß dieses Loch gleichzeitig als optimal dimensionierte Vakuumdrossel zwischen Bearbeitungskammer 6 und Strahlführungsteil 5 wirkt, weil sich automatisch der kleinstmögliche.Drosseldurchmesser ergibt. In vorteilhafter Weise läßt sich durch entsprechende Taktung des Strahles und /oder leichtes Defokussieren erreichen, daß beim Perforieren der. Folie 14 auf dem · Zylinder 8 noch keine ungewollte Wirkung entsteht. Versuche haben gezeigt, daß dies sogar bei ruhendem Zylinder 8 erreichbar ist, weil bei kurzen Schußtakten'und langen Taktpausen derAfter cleaning the processing chamber 6 and inserting a new cylinder 8, which closes the mouthpiece 7 of the processing chamber, it is evacuated by the associated vacuum pump 11 to its working pressure, which is relatively fast. According to the invention, the electron beam is now directed towards the cylinder 8 by switching on the electron beam or by appropriate control of the masking system 15. According to the invention, it produces a hole in the closure film 14, whereby the beam path to the cylinder 8 is released for its engraving. In addition to the above-mentioned advantages of saving time in the cylinder change and the stabilization of the conditions in the beam generator 1 and beam guide 5, by this approach, the other of the above requirements are met in an advantageous manner: The hole that generates the electron beam in the film 14, represents an optimally dimensioned aperture for the jet, which prevents removed matter particles droplets, gas and ions from entering the interior of the upper cannon sections. The centering of this aperture is automatically optimized with respect to the beam. Any mechanical diaphragm centering is eliminated. Another advantage is that this hole simultaneously acts as an optimally dimensioned vacuum throttle between processing chamber 6 and beam guide member 5, because automatically the smallest possible throttle diameter results. Advantageously, can be achieved by appropriate timing of the beam and / or slight defocusing that when perforating the. Foil 14 on the cylinder 8 still no unwanted effect arises. Experiments have shown that this is achievable even when the cylinder 8 is stationary, because during short firing cycles and long cycle breaks

Zylinder 8 die Wärme vom Auftreffpunkt wegleiten kann. Die Folie 14 hingegen leitet, selbst wenn sie aus gut wärmeleitendem Material besteht, die Wärme wegen ihrer geringen Stärke nicht weg, und wird exakt mit dem Durchmesser, den der Strahl am Blendenort hat, perforiert. Die Folie 1¹J bildet man vorteilhafterweise als billiges und rasch tauschbares Verschleißteil aus. Bei entsprechender Dimensionierung dauert der gesamte Vorgang des Perforierens nur einige Millisekunden. Eine entsprechende Steuerung kann diesen Vorgang leicht automatisch vor Gravurstart ablaufen lassen.Cylinder 8 can dissipate the heat from the point of impact. The film 14, on the other hand, even if it is made of a good heat-conducting material, does not dissipate the heat because of its small thickness, and is perforated exactly with the diameter of the beam at the aperture. The film 1 ¹ J is advantageously formed as a cheap and quickly exchangeable wearing part. With appropriate dimensioning, the entire process of perforating only takes a few milliseconds. An appropriate control can easily run this process automatically before engraving start.

Claims

m -S-

Berlin, the

Invention s claim

A method for preparing an electron gun for material processing, in particular for engraving gravure cylinders, characterized in that between the beam guide member 5 and processing chamber 6 of the electron beam gun at the beginning of the engraving pauses an easily replaceable film 14 is arranged, that this film closes said sections of the gun vacuum-tight, thereby Beam generator 1 and beam guide 5 can be evacuated again immediately after any necessary Wechselε the cathode 2 and put into operation, that while the open processing chamber 6 cleaned and the cylinder 8 is changed to the new engraving that after inserting the new cylinder 8 and Coupling of the working chamber by means of mouthpiece 7 to which the processing chamber 6 is evacuated separately, that after reaching the operating vacuum in the processing chamber 6, the electron beam is directed in its working direction that it perforates the film 14 that thereby between processing chamber 6 and a beam guide 5 an optimally sized and centered and a vacuum choke forming aperture is formed.

216713 -χ

2. A method for preparing an electron gun according to item 1, characterized in that the beam intensity and / or its focus position is controlled so that no undesirable effect on the printing cylinder 8 yet.

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