DE10261253B4 - Nozzle for a device for electron beam welding - Google Patents

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Abstract

Düse aus metallischem Werkstoff, für eine Vorrichtung zum Elektronenstrahlschweißen, wobei die Düse (34) einen Heck- oder Sockelkörper (70) aufweist, an den mit einem rohrartigen Düsenstutzen (56) ein Düsenkopf (36) angefügt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkopf (36) sowie der Sockelkörper (70) aus einer Kupferlegierung geformt und miteinander verschraubt sind.Nozzle made of metallic Material, for one Device for electron beam welding, wherein the nozzle (34) a rear or base body (70), at the with a tubular nozzle nozzle (56) has a nozzle head (36) added characterized in that the nozzle head (36) and the socket body (70) are formed of a copper alloy and bolted together.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Düse aus metallischem Werkstoff für eine – wenigstens zwei Druckstufen enthaltende – Vorrichtung zum Elektronenstrahlschweißen, wobei die Düse einen Sockelkörper aufweist, an den mit einem rohrartigen Düsenstutzen ein Düsenkopf angefügt ist.The The invention relates to a nozzle made of metallic material for one - at least two pressure stages containing device for electron beam welding, the nozzle having a socket body, to the with a tubular nozzle nozzle nozzle head added is.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielhaft der Schrift zu DE 299 02 168 U1 zu entnehmen. Darin wird ein Druckstufensystem für eine derartige Schweißvorrichtung in Druckbereichen von zumindest 10–4 mbar beschrieben mit zumindest zwei kaskadierenden Stufen; diese Druckstufen werden von zwei zueinander koaxial verlaufenden Druckrohren gebildet, die jeweils einends mit einer Düse versehen sind, deren axialer Abstand voneinander möglichst kurz sein soll, aber nicht so eng, dass der Absaugquerschnitt für den Grobvakuumbereich zu sehr eingeschnürt wird. Das innere Druckrohr bietet eine Innendüse an, aus welcher der Elektronenstrahl in das Grobvakuum und anschließend über die weitere Düse in die Umgebungsatmosphäre austritt.Such a device is exemplary of the font DE 299 02 168 U1 refer to. It describes a compression system for such a welding device in pressure ranges of at least 10 -4 mbar with at least two cascading stages; these pressure stages are formed by two mutually coaxial pressure tubes, which are each provided at one end with a nozzle whose axial distance from each other should be as short as possible, but not so tight that the Absaugquerschnitt for the rough vacuum region is too much constricted. The inner pressure tube offers an inner nozzle, from which the electron beam exits into the rough vacuum and then via the further nozzle into the ambient atmosphere.

Die Innendüse besteht in der Praxis aus zwei miteinander verschweißten Kupferteilen, nämlich einem i. w. scheibenartigen Sockelkörper sowie einem Düsenkopf mit kegelförmiger Oberfläche. Ist die Schweißnaht von vornherein undicht oder wird diese durch eine im Schweißprozess auftretende fehlerhafte Strahlabweichung beschädigt, tritt das sich unter der Naht befindliche Kühlwasser in einen Vakuumbereich der Anlage ein und setzt diesen sowie die Vakuumpumpe unter Wasser. Dies hat im einfachen Fall einen mehrstündigen Anlagenstillstand zur Folge, im schlechteren Fall allerdings eine deutliche Beschädigung der zugeschalteten Vakuumpumpen.The inner nozzle consists in practice of two copper parts welded together, namely an i. w. disc-like base body and a nozzle head with conical Surface. Is the weld leaking from the outset or is this by a welding process Damaged beam aberration damaged, occurs under the Seam cooling water in a vacuum area of the plant and sets this and the Vacuum pump under water. In the simple case, this has a plant shutdown lasting several hours The consequence, in the worse case, however, a significant damage to the connected vacuum pumps.

In Kenntnis dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, eine Innendüse zu schaffen, welche weder Anlagenstillstände noch Beschädigungen der Vakuumpumpen auszulösen vermag.In Knowing these facts, the inventor set himself the goal an inner nozzle to create, which neither plant shutdowns nor damage trigger the vacuum pump can.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Patentanspruches; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildungen an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale.to solution performs this task the teaching of the independent Claim; the dependent claims give cheap Further education. In addition, all fall within the scope of the invention from at least two of the in the description, the drawing and / or the claims disclosed features.

Erfindungsgemäß sind der Düsenkopf sowie der Heck- oder Sockelkörper aus einer Kupferlegierung geformt und miteinander verschraubt, so dass ein abgelenkter Elektronenstrahl zwar die Innendüse noch trifft, aber keinen Wassereinbruch verursacht. Ein besonderer Vorteil ist, dass die Teile besser zu reinigen sind und bei auftretenden Defekten einzeln ausgetauscht werden können. Dieses Konzept ist zudem in der Herstellung kostengünstig.According to the invention nozzle head as well as the rear or base body formed from a copper alloy and screwed together, so that a deflected electron beam while the inner nozzle still but not causing flooding. A special advantage is that the parts are better to clean and when occurring Defective can be replaced individually. This concept is also inexpensive to manufacture.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der axiale Düsenstutzen der Düse mit einem Außengewinde versehen sowie mit einem axialen Innengewinde des Sockelkörpers verschraubbar ausgebildet. Zudem soll das Innengewinde des Sockelkörpers in einer zylindrischen Sockeleinformung des Sockelkörpers angeordnet sein.To Another feature of the invention is the axial nozzle neck the nozzle with an external thread provided and screwed with an axial internal thread of the socket body educated. In addition, the internal thread of the socket body in be arranged a cylindrical base molding of the socket body.

Zur Vervollkommnung der Dichtheit dieses Systems ist an den Düsenstutzen des Düsenkopfes in Abstand zu dessen Heckfläche ein Radialwulst als Anschlag für den Sockelkörper angeformt, und die zur Heckfläche des Düsenkopfes parallele sowie von ihr weg weisende Seitenfläche des Radialwulstes soll als Dichtfläche ausgebildet sein.to Perfection of the tightness of this system is at the nozzle neck of the nozzle head in Distance to the rear surface a radial bulge as a stop for the socket body molded, and the rear surface of the nozzle head parallel and facing away from her side surface of the radial bulge is intended as sealing surface be educated.

Als günstig hat es sich erwiesen, die Dichtfläche des Radialwulstes mit einer Vertiefung in der anschlagenden Stirnfläche des Sockelkörpers – zumindest teilweise – zu umgeben. Auch soll der Düsenstutzen des Düsenkopfes von wenigstens einer Vertiefung in der Heckfläche des Düsenkopfes umfangen sein. Diese Maßgaben reduzieren das Gewicht der erfindungsgemäßen Düse, ohne deren Stabilität zu beeinträchtigen.When Cheap it has been proven, the sealing surface of the radial bead with a Deepening in the abutting face of the base body - at least partly - too surround. Also, the nozzle nozzle of the nozzle head be surrounded by at least one recess in the rear surface of the nozzle head. These provisos reduce the weight of the nozzle according to the invention, without affecting their stability.

Vorteilhafterweise ragt zudem zum Schutze des Dichtungsbereiches an der Heckfläche des Düsenkopfes ein Nutring mit Umfangsnut/en auf.advantageously, also protrudes to protect the sealing area on the rear surface of the nozzle head a grooved ring with circumferential groove / s on.

Weiterhin soll die Außenseite der Düse verchromt werden, um das Anhaften von Schweißrückständen zu reduzieren.Farther should the outside the nozzle be chrome plated to reduce the adhesion of welding residues.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the following description of a preferred embodiment as well as from the drawing; this shows in:

1: einen Querschnitt durch eine Druckstufe zum Elektronenstrahlschweißen mit einer Innendüse; 1 a cross section through a pressure stage for electron beam welding with an inner nozzle;

2: eine Seitenansicht der Innendüse aus einem Sockelabschnitt und einem Düsenkopf; 2 a side view of the inner nozzle of a base portion and a nozzle head;

3: eine vereinfachte – vergrößerte – Schemaskizze zu 2; 3 : a simplified - enlarged - schematic sketch to 2 ;

4, 5: jeweils eine Seitenansicht des Düsenkopfes sowie des Sockelabschnittes; 4 . 5 in each case a side view of the nozzle head and of the base section;

6: die Draufsicht auf den Sockelabschnitt. 6 : The top view of the base section.

Eine Druckstufe 10 für eine nicht weiter dargestellte Elektronenstrahlschweißanlage weist gemäß 1 ein inneres Druckrohr 12 des Innendurchmessers d von etwa 42 mm und koaxial zu dessen Rohrachse A ein äußeres Druckrohr 16 auf; die radiale Breite des Rohrzwischenraumes 20 ist mit a kenntlich gemacht. In diesem Rohrzwischenraum 20 ist ein ringartiger Druckstufenhalter 22 vorgesehen, der beiden Druckrohren 12, 16 anliegt.A pressure stage 10 for a non-illustrated electron beam welding machine according to 1 an inner pressure tube 12 the inner diameter d of about 42 mm and coaxial with the tube axis A an outer pressure tube 16 on; the radial width of the tube gap 20 is marked with a. In this tube gap 20 is a ring-like pressure stage holder 22 provided, the two pressure pipes 12 . 16 is applied.

An den Mündungsrand 18 des äußeren Druckrohres 16 schließt ein – ebenfalls koaxial angeordneter – Deckkegel 24 an, der jene Rohrachse A mit einer Endscheibe 25 quert. Diesem Deckkegel 24 ist innenseitig in kurzem Abstand b – unter Bildung eines Kegelinnenraumes 26 – ein Trennkegel 28 gleicher Kontur zugeordnet, der ebenfalls eine Endscheibe 29 enthält. Zwischen den – jeweils einen axialen Durch bruch 30 enthaltenden – Endscheiben 25, 29 lagert eine Außendüse 32, der in axialem Abstand c von etwa 10 mm eine Innendüse 34 der Länge h von etwa 57,5 mm gegenübersteht, die dem Mündungsrand 14 des inneren Druckrohres 12 aufsitzt.At the mouth edge 18 of the outer pressure tube 16 includes - also coaxially arranged - Deckkegel 24 on, which is the tube axis A with an end plate 25 crosses. This deck cone 24 is inside a short distance b - forming a cone interior 26 - a separating cone 28 associated with the same contour, which is also an end plate 29 contains. Between the - in each case an axial break through 30 containing - end plates 25 . 29 stores an outside nozzle 32 , which at an axial distance c of about 10 mm an internal nozzle 34 the length h of about 57.5 mm facing the mouth edge 14 of the inner pressure tube 12 seated.

Das äußere Druckrohr 16 ist an – in der Zeichnung nicht erkennbare – Wasser-, Arbeits- und Vakuumzuführungen angefügt und bildet eine Abschirmung des in ihm bzw. dem Rohrzwischenraum 20 herrschenden Grobvakuum-Bereichs gegen die Atmosphäre. Dieses äußere Druckrohr 16 ist bevorzugt aus einer AlMgSi-Legierung stranggepresst. Das – ebenfalls aus AlMgSi 1 bestehende – innere Druckrohr 12 trennt den ihn umgebenden Grobvakuum-Bereich von einem Feinvakuumbereich in seinem Innenraum 13.The outer pressure tube 16 is attached to - in the drawing unrecognizable - water, working and vacuum supply lines and forms a shield of the in him or the tube gap 20 prevailing low vacuum range against the atmosphere. This outer pressure tube 16 is preferably extruded from an AlMgSi alloy. That - also from AlMgSi 1 existing - inner pressure tube 12 separates the surrounding rough vacuum area from a fine vacuum area in its interior 13 ,

Die Innendüse 34 weist einen Düsenkopf 36 mit einem mittleren Ringabschnitt 38 der Höhe i von 6 mm sowie des Durchmessers d1 von 42 mm auf, von dem in Strömungsrichtung x zum einen ein – von einer Mantelfläche 42 aus Hartchrom abgedeckter – Kegelkörper 44 mit einer die Längsachse M der Innendüse 34 querenden Frontfläche 46 des Durchmessers e von 9 mm ausgeht. Diese ist der geometrische Ort der Mündung 48 eines axialen Kanals 50, der sich zu jener Mündung 48 des Durchmessers e1 von 1,5 mm hin konisch verjüngt.The inner nozzle 34 has a nozzle head 36 with a middle ring section 38 the height i of 6 mm and the diameter d 1 of 42 mm, from the one in the flow direction x on the one hand - from a lateral surface 42 hard chrome covered cone body 44 with a longitudinal axis M of the inner nozzle 34 crossing front surface 46 of diameter e of 9 mm. This is the geometric location of the estuary 48 an axial channel 50 that goes to that mouth 48 the diameter e 1 of 1.5 mm tapers conically.

Von der kreisförmigen Heckfläche 40 jenes Ringabschnittes 38 ragt ein Nutring 52 der Höhe h1 von 4 mm mit Umfangsnut 54 ab sowie ein axialer Düsenstutzen 56 des Durchmessers f von etwa 10 mm; an dessen Außenseite ist in Abstand n von 9 mm zur Heckfläche 40 ein Radialwulst 58 des Durchmessers f1 von 18 mm angeformt. Dieser bietet gegen die Strömungsrichtung x eine Dichtfläche 60 an mit einem an sie anschließenden Gewinde 62 des Düsenstutzens 56.From the circular rear surface 40 that ring section 38 a groove ring protrudes 52 the height h 1 of 4 mm with circumferential groove 54 as well as an axial nozzle connection 56 the diameter f of about 10 mm; on the outside is at a distance of 9 mm from the rear surface 40 a radial bulge 58 of diameter f 1 of 18 mm. This offers against the flow direction x a sealing surface 60 on with an adjoining thread 62 of the nozzle nozzle 56 ,

Auf den Düsenstutzen 56 ist ein Kragen 66 der Höhe n1 von 13 mm mit Fasenkante 67 an der Bodenfläche 68 eines Heck- oder Sockelkörpers 70 der Innendüse 34 aufgeschraubt. Von dessen – zum Düsenkopf 36 weisenden – Stirnfläche 72 geht eine zentrische Sackeinformung 74 mit Innengewinde 76 aus. Neben dieser Einformung 74 ist in 5 eine um diese laufende Vertiefung 78 mit nahezu teilkreisförmiger Kontur zu erkennen.On the nozzle neck 56 is a collar 66 the height n 1 of 13 mm with edge of the tongue 67 at the bottom surface 68 a rear or base body 70 the inner nozzle 34 screwed. From this - to the nozzle head 36 pointing - face 72 goes a centric Sackeinformung 74 with internal thread 76 out. In addition to this indentation 74 is in 5 an ongoing around this recess 78 to recognize with almost part-circular contour.

Vom Sockelkörper 70 ragt axial ein querschnittlich abgekantetes Formstück 80 ab, in dem sich der von seiner Mündung 48 und deren Durchmesser e1 von 1,5 mm bis zum Durchmesser e2 von 5 mm an der Stirnfläche 64 des Düsenstutzens 56 stetig konisch erweiternde axiale Kanal 50 ein trichterförmiges Kanalende 51 bildet, dessen Wandung 52 einen Winkel w von 60° begrenzt mit einem Enddurchmesser e3 von etwa 20 mm. An jenes abgekantete Formstück 80 vermag ein Schraubenschlüssel angesetzt zu werden.From the socket body 70 axially protrudes a cross-section beveled fitting 80 in which the from his mouth 48 and its diameter e 1 of 1.5 mm to the diameter e 2 of 5 mm at the end face 64 of the nozzle nozzle 56 continuously conically expanding axial channel 50 a funnel-shaped channel end 51 forms, its wall 52 an angle w of 60 ° limited with a final diameter e 3 of about 20 mm. At that bent fitting 80 a wrench can be attached.

Aus 4 ergibt sich eine axiale Länge t von 43 mm des Düsenkopfes 36 bei einer Länge i1 von 16 mm des Kegelkörpers 44, aus 5 eine Länge t1 des Sockelkörpers 70 von 23,5 mm und dessen Durchmesser d2 von 39 mm.Out 4 results in an axial length t of 43 mm of the nozzle head 36 at a length i 1 of 16 mm of the cone body 44 , out 5 a length t 1 of the socket body 70 of 23.5 mm and its diameter d 2 of 39 mm.

Die Draufsicht der 6 auf die Endfläche 82 des Formstücks 80 von Sockelkörper 70 lässt die Querschnittsform dieses Formstücks 80 erkennen mit zwei parallelen Tangentialflächen 84 sowie die Form des trichterförmigen Kanalendes 51.The top view of 6 on the end surface 82 of the fitting 80 from socket body 70 leaves the cross-sectional shape of this fitting 80 recognize with two parallel tangential surfaces 84 and the shape of the funnel-shaped channel end 51 ,

Im übrigen sind in 4 durch Konturen 86 ringartige Vertiefungen in der Heckfläche 40 des Düsenkopfs 36 angedeutet.Otherwise, in 4 through contours 86 annular depressions in the rear surface 40 of the nozzle head 36 indicated.

Claims (10)

Düse aus metallischem Werkstoff, für eine Vorrichtung zum Elektronenstrahlschweißen, wobei die Düse (34) einen Heck- oder Sockelkörper (70) aufweist, an den mit einem rohrartigen Düsenstutzen (56) ein Düsenkopf (36) angefügt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkopf (36) sowie der Sockelkörper (70) aus einer Kupferlegierung geformt und miteinander verschraubt sind.A nozzle of metallic material, for a device for electron beam welding, wherein the nozzle ( 34 ) a rear or base body ( 70 ), to which a tubular nozzle nozzle ( 56 ) a nozzle head ( 36 ), characterized in that the nozzle head ( 36 ) as well as the socket body ( 70 ) are formed from a copper alloy and bolted together. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Düsenstutzen (56) mit einem Außengewinde (62) versehen sowie mit einem axialen Innengewinde (76) des Sockelkörpers (70) verschraubbar ausgebildet ist.Nozzle according to claim 1, characterized in that the axial nozzle neck ( 56 ) with an external thread ( 62 ) and with an axial internal thread ( 76 ) of the socket body ( 70 ) is screwed. Düse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (76) des Sockelkörpers (70) in einer zylindrischen Sockeleinformung (74) des Sockelkörpers (70) angeordnet ist.Nozzle according to claim 2, characterized in that the internal thread ( 76 ) of the socket body ( 70 ) in a cylindrical socket molding ( 74 ) of Socket body ( 70 ) is arranged. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Düsenstutzen (56) des Düsenkopfes (36) in Abstand (n) zu dessen Heckfläche (40) ein Radialwulst (58) als Anschlag für den Sockelkörper (70) angeformt ist.Nozzle according to one of claims 1 to 3, characterized in that on the nozzle nozzle ( 56 ) of the nozzle head ( 36 ) at a distance (n) to the rear surface ( 40 ) a radial bead ( 58 ) as a stop for the base body ( 70 ) is formed. Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Heckfläche (40) des Düsenkopfes (36) parallele sowie von ihr weg weisende Seitenfläche des Radialwulstes (58) als Dichtfläche (60) ausgebildet ist.Nozzle according to claim 4, characterized in that to the rear surface ( 40 ) of the nozzle head ( 36 ) parallel and away from her side surface of the radial bead ( 58 ) as a sealing surface ( 60 ) is trained. Düse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (60) des Radialwulstes (58) von einer Vertiefung (78) in der anschlagenden Stirnfläche (72) des Sockelkörpers (70) zumindest teilweise umgeben ist.Nozzle according to claim 3, characterized in that the sealing surface ( 60 ) of the radial bead ( 58 ) from a depression ( 78 ) in the abutting end face ( 72 ) of the socket body ( 70 ) is at least partially surrounded. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenstutzen (56) des Düsenkopfes (36) von wenigstens einer Vertiefung (86) in der Heckfläche (40) des Düsenkopfes (36) umgeben ist.Nozzle according to one of claims 1 to 6, characterized in that the nozzle nozzle ( 56 ) of the nozzle head ( 36 ) of at least one depression ( 86 ) in the rear surface ( 40 ) of the nozzle head ( 36 ) is surrounded. Düse nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass von der Heckfläche (40) des Düsenkopfes (36) ein Nutring (53) aufragt.Nozzle according to claim 4 or 7, characterized in that from the rear surface ( 40 ) of the nozzle head ( 36 ) a grooved ring ( 53 ) rises. Düse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutring (53) mit zumindest einer Umfangsnut (54) versehen ist.Nozzle according to Claim 8, characterized in that the groove ring ( 53 ) with at least one circumferential groove ( 54 ) is provided. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Außenfläche (42) verchromt ist.Nozzle according to one of claims 1 to 9, characterized in that its outer surface ( 42 ) is chrome plated.
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