DE1162012B - Elektronenstrahlschmelzofen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 05 b

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 21h-16/60

H 42355 VIIId/21h
20. April 1961
30. Januar 1964

Die Erfindung betrifft einen Elektronenstrahlschmelzofen zum Schmelzen von Metallen.

Es sind Elektronenstrahlschmelzöfen bekannt, bei denen gesondert vom Schmelzraum evakuierbare Elektronenstrahlkanonen verwendet werden. Dabei ist entweder für jede Elektronenstrahlkanone getrennt ein Vakuumpumpensatz erforderlich, oder man verbindet im Falle, daß mehrere Elektronenstrahlkanonen verwendet werden, alle Kanonen mit einer gemeinsamen Evakuierungsleitung, so daß nur ein einziger Vakuumpumpensatz erforderlich ist. Bei diesen bekannten Elektronenstrahlschmelzöfen war aus baulich notwendigen Maßnahmen der Absaugquerschnitt der Evakuierungsleitungen auf einen relativ kleinen Durchmesser begrenzt. Dies hatte zur Folge, daß bei dem üblichen dynamischen Betrieb in zahlreichen Fällen ein nicht genügend hohes Vakuum im Elektronenstrahlerzeugungsraum erreicht wurde. Insbesondere bei Gasausbrüchen aus dem zu schmelzenden Material konnte das über den Verbindungskanal, der den Schmelzraum mit dem Elektronenstrahlerzeugungsraum verbindet, doch noch in die Elektronenstrahlkanone eindringende Gas nicht schnell genug abgesaugt werden, was Anlaß zu Störungen des Schmelzbetriebes gab.

Diese Nachteile werden bei einem Elektronenstrahlschmelzöfen mit mindestens zwei Elektronenstrahlkanonen, deren Elektronenstrahlquellen in einem getrennt von Schmelzraum evakuierbaren, durch einen Verbindungskanal mit dem Schmelzraum in Verbindung stehenden Raum angeordnet sind, dadurch vermieden, daß mehrere verschiedenen Elektronenstrahlkanonen zugehörige Elektronenstrahlquellen in einem einzigen Raum angeordnet sind, der durch eine Evakuierungsleitung großen Querschnitts abgepumpt wird. Dabei wird der Durchmesser der Evakuierungsleitung wesentlich größer gewählt als der Durchmesser jeden Bauteils der Elektronenstrahlkanone. Vorteilhafterweise wird das Volumen des Elektronenstrahlerzeugungsraum.es genügend groß gewählt, damit beim eventuellen Eindringen von Gas aus dem Schmelzraum der Druck in dem Raum, in dem die Elektronenstrahlquellen angeordnet sind, nicht sofort auf relativ hohe Werte ansteigt. Man erreicht durch diesen erfindungsgemäßen Vorschlag unter anderem zwei wesentliche Vorteile. Der Elektronenstrahlerzeugungsraum kann schnell evakuiert werden, da die Absauggeschwindigkeit mit dem Querschnitt der Absaugöffnung ansteigt und der Druck in dem Elektronenstrahlerzeugungsraum bei einem Gaseinbruch nicht schnell auf hohe Werte ansteigen kann. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus Elektronenstrahlschmelzöfen

Anmelder:

W. C. Heraeus

Gesellschaft mit beschränkter Haftung,

Hanau/M., Heraeusstr. 12-14

Als Erfinder benannt:
Helmut Gruber,
Herbert Stephan,
Helmut Scheidig, Hanau/M.

der Beschreibung eines als Beispiel in der Zeichnung schematisch dargestellten Elektronenstrahlschmelzofens.

Der Elektronenstrahlschmelzöfen besteht aus einem den Schmelzraum 1 bildenden Ofenteil 2, einem Pumpstutzen 3 zum Anschluß eines nicht dargestellten Vakuumpumpenaggregates und einem Deckelteil 4. An den Ofenteil 2 ist ein gekühlter Schmelztiegel 5 vakuumdicht angeflanscht. Der Boden 6 des Tiegels 5 ist ebenfalls gekühlt und absenkbar eingerichtet, um den Schmelzsee 7, der den Schmelzblock 8 aufbaut, ständig möglichst in gleicher Höhe zu halten. Durch den Deckelteil 4 und den darüber befindlichen weiteren Deckelteil 9 ist die Haltestange 10 über eine Druckstufe 11 — es können auch mehrere Druckstufen 11 vorgesehen sein — vakuumdicht in den Schmelzraum 1 eingeführt. Die Druckstufe 11 ist über den Absaugstutzen 12 mit einem nicht dargestellten Vakuumpumpenaggregat verbunden. An der Haltestange 10 ist der abzuschmelzende Metallblock 13 befestigt. Zwischen den Deckelteilen 4 und 9 ist ein Zylinderteil 14 vakuumdicht angeordnet, die zusammen den Elektronenstrahlerzeugungsraum 15 bilden. Dieser Raum 15 wird über die Evakuierungsleitung 16, die einen großen Querschnitt besitzt, evakuiert. In dem Elektronenstrahlerzeugungsraum 15 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die auf negativem Potential liegenden Elektronenstrahlquellen 17, beispielsweise Glühkathoden, zusammen mit den zugehörigen, ebenfalls auf negativem Potential liegenden Wehnelt-Zylindern 18 angeordnet. In dem in den Deckelteil 4 eingesetzten Zylinderteil 19 sind in dem Ausführungsbeispiel eine oder mehrere Beschleunigungsanoden für die Elektronenstrahlen 20 sowie an sich bekannte elektronenoptische Mittel zu einer Baueinheit, vorzugsweise leicht auswechselbar, zusammen-

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gefaßt, die die Elektronenstrahlen beschleunigen, fokussieren und auf das abzuschmelzende Ende des Metallblockes 13 ablenken. Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Elektronenstrahlen 20 auch so zu fokussieren und abzulenken, daß ein Teil der Elektronenstrahlen auf das eine Ende des Metallblockes 13 und ein anderer Teil auf den Schmelzsee 7 auftrifft, so daß der Schmelzsee auch während des Schmelzprozesses nicht wesentlich abkühlt. Die Haltestange 10 und damit auch der Metallblock 13 sind auf Erdpotential gelegt; ebenso in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Schmelztiegel 5. Die elektrischen Leitungen für die Elektronenstrahlquellen, den Wehnelt-Zylinder, die Beschleunigungsanoden und die elektronenoptischen Mittel sind der Übersicht halber nicht in die Figur eingezeichnet.

An Stelle das Material in Form eines kompakten Metallblockes 13 zuzuführen, kann der erfindungsgemäße Elektronenstrahlschmelzofen z. B. auch zum Schmelzen von Material in Granulatform benutzt werden. Beispielsweise könnte dann an Stelle der Haltestange 10 ein Zuführungsrohr mit einer an sich bekannten Materialzugabeeinrichtung eingesetzt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektronenstrahlschmelzofen mit mindestens zwei Elektronenstrahlkanonen, deren Elektronenstrahlquellen in einem getrennt vom Schmelzraum evakuierbaren, durch einen Verbindungskanal mit dem Schmelzraum in Verbindung stehenden Raum angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere verschiedenen Elektronenstrahlkanonen zugehörige Elektronenstrahlquellen in einem einzigen Raum angeordnet sind, der durch eine Evakuierungsleitung großen Querschnitts abgepumpt wird.

2. Elektronenstrahlschmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Evakuierungsleitung (16) wesentlich größer ist als der Durchmesser jeden Bauteils der Elektronenstrahlkanone (17,18,19).

3. Elektronenstrahlschmelzofen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (15), in dem die Elektronenstrahlquellen (17) angeordnet sind, ein großes Volumen besitzt.

4. Elektronenstrahlschmelzofen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Beschleunigungsanoden und/ oder elektronenoptische Mittel zu einer Baueinheit, vorzugsweise leicht auswechselbar, zusammengefaßt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 347 281;
»Umschau«, 1960, H. 7, S. 211;
VDE-Fachberichte, 1960, 21. Band, Aufsatz von

Gruber: »Elektrische Öfen und Verfahren der modernen Vakuummetallurgie«.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 807/325 1.64 © Bundesdruckerei Berlin