DE1172783B - Verfahren und Vorrichtung zur Ablenkung und Leistungsmodulation eines Elektronenbuendels in einem mit Elektronenbeschuss arbeitenden Ofen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: H 05 b

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 21h-16/60

S 75438 VIIId/21h

24. August 1961

25. Juni 1964

Öfen zum Erschmelzen von Metallblöcken mittels Elektronenbündeln sind bekannt. Bei einem derartigen Ofen sind ein oder mehrere Elektronenbündel so gerichtet, daß sie entweder nur auf das Ende einer Abschmelzelektrode oder gleichzeitig auf das Ende der Abschmelzelektrode und den gebildeten Schmelzsee auftreffen. Die einzelnen Elektronenbündel haben dabei eine ortsfeste Lage und bilden somit ein Büschel mit ortsfestem Schnittraum. Der zu schmelzende Körper wird als Abschmelzelektrode gleichmäßig in der Weise fortbewegt, daß sein Ende stets in den Schnittraum des Elektronenstrahlbüschels zu liegen kommt.

Bei einem weiteren mit Elektronenbeschuß arbeitenden Ofen ist man aber auch schon in der Weise vorgegangen, daß ein Elektronenbündel mit Hilfe des magnetischen Feldes von Ablenkspulen, wie sie in der Elektronenoptik bekannt sind, über den zu schmelzenden Körper hinweggeführt wird.

Diesen bekannten, mit Elektronenbeschuß arbeitenden Öfen haften in mehrfacher Hinsicht Mängel an. Ortsfeste Elektronenbündel und Elektronenbüschel ergeben einen nur kleinen Raum maximaler Energieentfaltung, so daß mit ihnen nur Körper entsprechend geringen Ausmaßes geschmolzen werden können. Bei einem ortsveränderlichen Elektronenbündel bestehen zwar die genannten Einschränkungen hinsichtlich der Gestalt der zu schmelzenden Körper nicht, jedoch sind die bisher bekannten Mittel zur Führung des Elektronenbündels umständlich und nicht befriedigend.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, daß Elektronenbündel in einem mit Elektronenbeschuß arbeitenden Ofen in der Weise zeitveränderlich abzulenken und in seiner Leistung zu modulieren, daß das Bündel ohne Veränderungen des Steuer- und des Ablenksystem bei jeder Gestalt des zu schmelzenden Körpers stets auf dessen Rand gerichtet ist und durch den Fortgang der Schmelzung selbsttätig gesteuert wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ablenkung und Leistungsmodulation eines Elektronenbündels in einem mit Elektronenbeschuß arbeitenden Ofen, bei dem ein Elektronenbündel derart abgelenkt wird, daß es auf einen Randabschnitt eines zu schmelzenden Körpers trifft, woraufhin das Bündel mit fortschreitender Schmelzung über diesen Abschnitt vorgerückt und nach Bestreichen des gesamten Abschnittes in die Ruhestellung zurückgeführt wird, und wobei der zu schmelzende Körper gleichzeitig um etwa die Breite des abgeschmolzenden Abschnittes vorgerückt wird, so daß das Arbeitsspiel erneut Verfahren und Vorrichtung zur Ablenkung und
Leistungsmodulation eines Elektronenbündels
in einem mit Elektronenbeschuß arbeitenden Ofen

Anmelder:

Societe Anonyme Heurtey, Paris

Vertreter:

Dipl.-Phys. Dr. W. Andrejewski, Patentanwalt,

Essen, Kettwiger Str. 36

Als Erfinder benannt:

Yves Langlet,

Boulogne-Billancourt, Seine (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 6. September 1960 (837 858)

beginnen kann. Das Verfahren zeichnet sich gegenüber dem Bekannten erfindungsgemäß dadurch aus, daß für den zu schmelzenden Körper eine seitliche Steuerplatte vorgesehen ist, auf die das nicht abgelenkte Elektronenbündel fällt, sowie eine hintere Steuerplatte, die den zu schmelzenden Körper wenigstens teilweise abdeckt, und daß die durch das Aufprallen des Elektronenbündels auf diese Steuerplatten erzeugten elektrischen Ströme zur Erregung von Ablenkspulen benutzt werden. Zweckmäßig ist die seitliche Steuerplatte derart angeordnet, daß ihre nahe dem Ende des zu schmelzenden Körpers liegende Kante parallel zu den aufeinanderfolgenden Aufprallstellen des abgelenkten Elektronenbündels verläuft. Das Verfahren der Erfindung kann vorteilhaft in der Weise durchgeführt werden, daß am Schluß der Ablenkung durch Löschung des Elektronenbündels die aufgefangenen elektrischen Ströme aufgehoben werden und der zu schmelzende Körper vorgerückt wird.

409 627/292

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erörterten Verfahrens. Sie zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß in einem mit Elektronenbeschuß arbeitenden Ofen eine neben dem Kopf eines zu schmelzenden Körpers liegende seitliche Steuerplatte, eine in bezug auf eine Elektronenkanone hinter dem zu schmelzenden Körper liegende hintere Steuerplatte, eine Vorrichtung für den Vorschub des zu schmelzenden Körpers in Richtung auf die seitliche Steuerplatte, ferner mit den Steuerplatten verbundene Verstärker und Ablenkspulen vorgesehen sind. Zur Weitergabe der von dem Elektronenstrahl bewirkten elektrischen Erregung kann die seitliche Steuerplatte mit einem Belastungswiderstand, einem Verstärker und einem eine Ablenkspule speisenden Leistungsverstärker verbunden sein. Zum gleichen Zweck können an die hintere Steuerplatte ein Belastungswiderstand, ein Verstärker und ein mit diesem verbundener Leistungsverstärker angeschlossen sein. Von diesem Leistungsverstärker wird eine sich wirkungsmäßig mit der Ablenkspule der seitlichen Steuerplatte kreuzende zweite Ablenkspule gespeist, wobei dieser Leistungsverstärker über ein Zeitkonstantenglied mit einem Kippkreis zur zeitweisen Einschaltung eines Vorschubmotors für den zu schmelzenden Körper verbunden ist, der über ein Relais an dem Motor liegt. Der Leistungsverstärker ist über das Zeitkonstantenglied auch noch mit einem Kippkreis zur Kurzschließung der beiden Steuerplatten und Einschaltung eines Verstärkers für die Löschung des Elektronenbündels verbunden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 die schematische Profilansicht der Lage eines zu schmelzenden Körpers, der Steuerplatten und der verschiedenen Aufprallstellen des Elektronenbündels,

F i g. 2 die Einwirkung des Elektronenbündels auf den zu schmelzenden Körper,

F i g. 3 eine der F i g. 1 entsprechende Draufsicht,

Fig. 4 das Schaltbild der der seitlichen Steuerplatte zugeordneten Ablenkapparatur,

F i g. 5 die Schaltung der der hinteren Steuerplatte zugeordneten Ablenkapparatur.

In einem mit Elektronenbeschuß arbeitenden Ofen wird dem durch einen Barren gebildeten zu schmelzenden Körper 1 eine Vorschubbewegung erteilt, wobei der Körper vor der hinteren Steuerplatte 5 vorbeiläuft und in einer solchen Stellung angehalten wird, daß Barrenendfläche 2 in unmittelbare Nähe der Kante 3 der seitlichen Steuerplatte 4 zu liegen kommt.

In dem Ofen liefert eine Elektronenkanone ein Elektronenbündel, das in Ruhestellung der zwei Ablenkspulen?, 9 eine auf die seitliche Steuerplatte 4 fallende Aufprallstelle 6 ergibt. Durch die Wirkung der ersten Ablenkspule 7 wird die Aufprallstelle 6 so seitwärts verschoben, daß sie über die Kante 3 hinausgeht und gemäß der Spur 8 außerhalb des Umrisses des Barrens 1 auf die hintere Steuerplatte 5 fällt. Durch die zweite Ablenkspule 9 wird das Bündel parallel zu der Kante 3 so abgelenkt, daß es gemäß der Spur 10 auf die entsprechende Ecke des zu schmelzenden Barrens fällt, so daß die Steuerplatte 5 vom Elektronenbündel nicht mehr getroffen wird. Das Bündel verbleibt daher auf dieser Spur 10, bis das beschossene Metall vollständig geschmolzen und abgeflossen ist. Dabei entsteht eine Aussparung 11 in dem Barren 1, so daß das Bündel von neuem die hintere Steuerplatte 5 erreicht. Dadurch verändert sich die Ablenkwirkung der Spule 9 derart, daß das S Bündel eine in Nähe der Aussparung 11 liegende Spur 12 einnimmt, an welcher der Schmelzvorgang wieder einsetzt. Diese Vorgänge verlaufen in der Weise fortschreitend, daß das Elektronenbündel die Spur 13 am gegenüberliegenden Rand des Barrens 1

ίο überschreitet und auf die hintere Steuerplatte 5 fällt, wobei es bis zu einer Spur 14 abgelenkt wird, die außerhalb des Umrisses der hinteren Steuerplatte 5 liegt. In diesem Augenblick wird in der weiter unten erläuterten Weise die Wirkung der Ablenkvorrichtungen unterbrochen und das Bündel wenigstens teilweise abgeblendet oder ausgelöscht. Weiterhin kehren die Ablenkspule 7, 9 in ihren Ruhestand zurück, wodurch das Bündel wieder auf die Spur 6 gerichtet wird. Alsdann wird dem Barren ein Vorschub in Richtung des Pfeiles der F i g. 1 um eine Strecke erteilt, die etwa gleich der Breite der Aufprallstelle ist, so daß die neue Endfläche 2 des elektrisch auf Massepotential liegenden Barrens 1 in unmittelbarer Nähe der die seitliche Steuerplatte 4 begrenzenden Kante 3 zu liegen kommt. Hierfür ist nach F i g. 4 die seitliche Steuerplatte 4 mit einem einseitig an Masse liegenden Belastungswiderstand 15 und mit einem Verstärker 16 verbunden, der einen Leistungsverstärker 17 zur Speisung der Ablenkspule 7 steuert.

Die hintere Steuerplatte S ist nach F i g. 5 in analoger Weise an einen Belastungswiderstand 18 angeschlossen und mit einem Verstärker 19 verbunden, dessen Ausgang an einem die Ablenkspule 9 speisenden Leistungsverstärker 20 liegt. Der Ausgang des Verstärkers 19 ist ferner über ein Zeitkonstantenglied, das einen Widerstand 21 und einen an Masse gelegten Kondensator 22 enthält, mit dem gemeinsamen Eingang von zwei Kippschaltungen 23 und 24 verbunden. Die Kippschaltung 23 ist mit einem Relais 25 verbunden zur Steuerung eines Motors 26 für den Vorschub des Barrens 1 in Richtung des Pfeiles der Fig. 1.

Die Kippschaltung 24 ist mit einem Relais 27 verbunden, dessen eine Kontaktzunge in Arbeitsstellung die hintere Steuerplatte 5 unmittelbar an Masse legt, wobei gegebenenfalls eine andere Kontaktzunge vorgesehen sein kann, um in gleicher Weise die seitliche Steuerplatte 4 an Masse zu legen. Die Kippschaltung 24 kann auch mit einem Verstärker 28 verbunden sein, dessen Ausgang 29 an eine Vorrichtung zur Auslöschung des Elektronenbündels angeschlossen ist. Wenn die Elektronen des Bündels auf die seitliche Steuerplatte 4 fallen, erscheint eine Spannung an den Klemmen des Widerstands 15. Der Verstärker 16 erhöht diese Spannung auf einen zweckmäßigen Wert und beaufschlagt so den Leistungsverstärker 17, so daß die Ablenkspule 7 von einem zu der Eingangsspannung proportionalen Strom durchflossen wird. Hierdurch wird das Elektronenbündel von der Aufprallstelle 6 auf die Aufprallstelle 8 abgelenkt. Sobald die seitliche Steuerplatte 4 nicht mehr mit Elektronen beschossen wird, haben diese Spannungen sowie der Strom in der Spule 7 den Wert Null. Da das System an sich so beschaffen ist. daß bei Fehlen eines Stromes in der Ablenkspule die Aufprallstelle nach 6 zurückkehrt und mithin die Steuerplatte 4 von neuem beschossen wird, ist die Verstärkung des Verstärkers 16, 17 nun so eingestellt, daß

eine Art Gleichgewicht auftritt, wodurch die Aufprallstelle bei 8 auf der in Fig. 1 eingezeichneten Linie verbleibt.

Wenn sich die Aufprallstelle bei 8 befindet, erscheint eine Spannung an den Klemmen des Wider-Standes 18, die über die Verstärker 19 und 20 einen Strom in der Ablenkspule 9 hervorruft, deren Wirkung zu der der Ablenkspule 7 senkrecht gerichtet ist, so daß die Aufprallstelle nach 10 kommt, wobei der Barren 1 das Elektronenbündel abfängt und daher nur noch sehr wenige Elektronen auf die Steuerplatte 4 und 5 fallen läßt.

Nach Maßgabe des Schmelzverlaufes wandert die Aufprallstelle von 10 nach 12 und über 13 nach 14 außerhalb der Steuerplatten 4 und 5. Das Bündel bleibt jedoch auf der erwähnten Linie der Fig. 1.

Die Vorrichtung ist so ausgebildet, daß der Ablenkstrom in den Spulen 7 und 9 bei beliebigen Eingangsspannungen einen vorbestimmten Wert nicht überschreiten kann, so daß die Aufprallstelle des Bündels nicht weiter als die Spur 14 gehen kann, bei der eine verhältnismäßig große Zahl von Elektronen auf die hintere Steuerplatte 5 fällt. Es tritt dann eine ziemlich hohe Spannung am Ausgangsverstärker 19 auf, so daß sich der Kondensator 22 über den Widerstand 21 gemäß einer Exponentialkurve auflädt. Die Zeitkonstante der Glieder 21, 22 ist verhältnismäßig groß. Wenn daher die hintere Steuerplatte 5 nur während derjenigen kurzen Zeiten beschossen wird, die erforderlich sind, damit die Aufprallstelle ihr Ziel wiederfindet oder sich von einer beliebigen Stelle bis zu der Spur 13 verschiebt, kann die Spannung an den Klemmen des Kondensators 22 nur wenig ansteigen. Im stationären Zustand jedoch liefert die Aufprallstelle 14 der Steuerplatte 5 so viel Elektronen, daß die Spannung an dem Kondensator 22 erheblich ansteigt.

In diesem letzten Falle wird die durch eine geeignete Vorspannung gesperrte Kippschaltung 23 entsperrt und liefert dem Relais 25 Strom, welches die Drehung des Motors 26 und dem Vorschub des Barrens 1 während der Anzugszeit des Relais bewirkt. Die Anzugszeit ist so eingestellt, daß der Barren um eine Strecke vorrückt, die gleich dem Durchmesser der Aufprallstelle ist.

Die Kippschaltung 24 wird ebenfalls entsperrt und betätigt das Relais 27, das die Eingänge der Verstärker 16 und 19 kurzschließt. Das Elektronenbündel kehrt dann in seine Ausgangsstellung an der Aufprallstelle 6 zurück. Nach einer gewissen Zeit, die etwas größer ist als die für den Vorschub des Barrens erforderliche Zeit, öffnet sich das Relais 27. Das Arbeitsspiel beginnt dann von neuem.

Um eine Erwärmung der seitlichen Steuerplatte 4 während des Verweilens der Aufprallstelle bei 6 zu verhindern, speist die Kippschaltung 24 das Relais 28 mit der von ihr erzeugten impulsförmigen Spannung, die umgewandelt und verstärkt wird zu einem Strom, der durch den Leiter 29 weitergeleitet wird und das Signal zur Sperrung der Elektronenkanone liefert. Solange ist mithin das Elektronenbündel gelöscht. Diese Löschdauer ist etwas größer als die für den Vorschub des Barrens 1 erforderliche Zeit.

Das obige Verfahren und die obige Vorrichtung sind für völlig beliebige Abmessungen von Barren benutzbar, soweit sie nur kleiner sind als die Ablenkamplitude zwischen den Aufprallstellen 6 und 14. Die Zeitkonstanten können sehr kurz ge

wählt werden, so daß die Schmelzleistung sehr hoch ist.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ablenkung und Leistungsmodulation eines Elektronenbündels in einem mit Elektronenbeschuß arbeitenden Ofen, bei welchem ein Elektronenbündel derart abgelenkt wird, daß es auf einen Randabschnitt eines zu schmelzenden Körpers trifft, woraufhin es bei fortschreitender Schmelzung über diesen Abschnitt vorgerückt und nach Bestreichung des gesamten Abschnittes in die Ruhestellung zurückgeführt wird, wobei der zu schmelzende Körper gleichzeitig um etwa die Breite des abgeschmolzenen Abschnittes vorgerückt wird, so daß das Arbeitsspiel erneut beginnen kann, dadurch gekennzeichnet, daß für den zu schmelzenden Körper (1) eine seitliche Steuerplatte (4), auf welche das nicht abgelenkte Elektronenbündel fällt, sowie eine hintere Steuerplatte (5), welche den zu schmelzenden Körper (1) wenigstens teilweise abdeckt, vorgesehen und die durch das Aufprallen des Elektronenbündels auf diese Steuerplatten (4, 5) erzeugten elektrischen Ströme zur Erregung von Ablenkspulen benutzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Steuerplatte (4) derart angeordnet wird, daß ihre nahe dem Ende

(2) des zu schmelzenden Körpers liegende Kante

(3) parallel zu den aufeinanderfolgenden Aufprallstellen des abgelenkten Elektronenbündels verläuft.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Schluß der Ablenkung durch Löschung des Elektronenbündels die aufgefangenen elektrischen Ströme aufgehoben werden und der zu schmelzende Körper (1) vorgerückt wird.

4. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einem mit Elektronenbeschuß arbeitenden Ofen eine neben dem Kopf eines zu schmelzenden Körpers (1) liegende seitliche Steuerplatte (4), eine in bezug auf eine Elektronenkanone hinter dem zu schmelzenden Körper liegende hintere Steuerplatte (5), eine Vorrichtung für den Vorschub des zu schmelzenden Körpers in Richtung auf die seitliche Steuerplatte (4), ferner mit den Steuerplatten (4 und 5) verbundene Verstärker (16, 17, 19, 20) und Ablenkspulen (7, 9) vorgesehen sind.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Steuerplatte (4) mit einem Belastungswiderstand (15), einem Verstärker (16) und einem eine Ablenkspule (7) speisenden Leistungsverstärker (17) verbunden ist.

6. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die hintere Steuerplatte (5) ein Belastungswiderstand (18), ein Verstärker (19) und ein mit diesem verbundener Leistungsverstärker (20) eine wirkungsmäßig sich mit der Ablenkspule (7) der seitlichen Steuerplatte (4) kreuzende Ablenkspule (9) speisbar ist, wobei dieser Leistungsverstärker (20) über eine Anord-

nung mit Zeitkonstante (21, 22) mit einem Kippkreis (23) zur zeitweisen Einschaltung eines Vorschubmotors (26) für den zu schmelzenden Körper (1) über ein Relais (25) sowie mit einem Kippkreis (24) zur Kurzschließung der Steuerplatten (4, 5) und gegebenenfalls zur Einschal-

tung eines Verstärkers (28) zur Löschung des Elektronenbündels verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1110 877; USA.-Patentschrift Nr. 2 423 729.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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