DE1195000B - Elektronenstrahlofen fuer Material-untersuchungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H05b

Deutsche Kl.: 21h-16/30

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

St 20201 VIII d/21h
22. Januar 1963
16. Juni 1965

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen an Elektronenstrahlofen insbesondere zur Erhitzung von Streifen aus schwer schmelzbaren Metallen von hohem Reinheitsgrad,

Die Elektronenstrahleinrichtung des erfindungsgemäßen Elektronenstrahlofens stellt eine Verbesserung jener Bauart dar, bei welcher ein im wesentlichen zylindrisches Kathodengehäuse vorgesehen ist, in welchem im Abstand von dessen Wand Heizfäden angeordnet sind. Als Anode wird ein Streifen einer Materialprobe axial innerhalb des Kathodengehäuses befestigt, welche längliche Anode durch die von den Heizfäden emittierten Elektronen beschossen wird. Elektronenstrahleinrichtungen dieses Typs sind wegen ihres einfachen Aufbaues und der Möglichkeit einer wirksamen und raschen Wärmeübertragung innerhalb bestimmter physikalischer Grenzen ideal für die Erhitzung metallischer Prüfstücke während mechanischer Prüfungen. Die Materialprobe wird in einem derartigen Ofen als Anode konzenirisch innerhalb des zylindrischen Kathodengehäuses angeordnet, so daß von den Heizfäden her ein gleichmäßiger Elektronenbeschuß des Prüfstücks erzielbar ist.

Der verbesserte Elektronenstrahlofen nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß das Kathodengehäuse aus zwei schwenkbar gelagerten Hälften besteht, welche in der geschlossenen Stellung einen vollständigen Zylinder bilden, während in der geöffneten Stellung zwischen beiden Gehäusehälften eine große Öffnung zum Einbringen und axialen Ausrichten des Prüfstücks innerhalb des Gehäuses frei ist, wobei die Endplatten des Gehäuses Öffnungen hinreichender Größe zur isolierten Durchführung des Prüfstücks aufweisen.

Diese Ausbildung erlaubt einen freien Zugang in das Innere des Kathodengehäuses und ein leichtes Einbringen und exaktes axiales Ausrichten des Prüfstücks innerhalb desselben.

Bei der Erhitzung von Materialproben mittels einer derartigen Elektronenstrahleinrichtung ist es günstig, wenn das Prüfstück sichtbar bleibt, so daß Untersuchungen wie pyrometrische Temperaturmessung und Bestimmung des Spannungszustandes möglich sind. Beim erfindungsgemäßen Kathodengehäuse wird die Schauöffnung durch einen Schlitz in den aneinanderliegenden Rändern der Kathodengehäuseteile gebildet. Diese Anordnung ermöglicht bei Bedarf eine Vergrößerung der Schauöffnung vor, während oder nach der Aufheizperiode durch geringfügiges Öffnen des Kathodengehäuses. Bei diesem neuartigen Kathodengehäuse mit zwei Hälften kön-Elektronenstrahlofen für Materialuntersuchungen

AnHielder:

Stauffer Chemical Company, New York, N.Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. Dr. jur. V. Busse, Patentanwalt,

Osnabrück, Möserstr. 20-24

Als Erfinder benannt:

Carl F. Sterzl, Alamo, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 6. April 1962 (185 638)

nen durch doppelwandige Ausbildung des Gehäuses zusammenhängende Kanäle geschaffen werden, wodurch eine einfache Möglichkeit zur Kühlung, z. B. mittels Wassers, gegeben ist.

Außerdem ist es bei der erfindungsgemäßen Konstruktion möglich, durch nicht vollständiges Schließen der Kathodengehäusehälften den Abstand zwischen den Heizfäden und dem als Anode wirkenden Materialstück und damit auch den Verlauf des elektrostatischen Feldes zu beeinflussen.

An Hand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, wobei in den einzelnen Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.

F i g. 1 zeigt den Aufbau eines Ofens für Materialuntersuchungen im Schnitt mit geöffnetem Kathodengehäuse;

F i g. 2 zeigt in perspektivischer Ansicht das Kathodengehäuse in geöffneter Stellung,

F i g. 3 dasselbe in geschlossener Stellung; in

F i g. 4 ist ein Längsschnitt durch das Kathodengehäuse dargestellt;

F i g. 5 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Kathodengehäuse in geschlossener (durchgehende Linien) und geöffneter Stellung (strichliert);

F i g. 6 zeigt die elektrische Schaltung der Elektronenstrahleinrichtung; in

Fig. 7 und 8 ist eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kathodengehäuses in Draufsicht und in Seitenansicht dargestellt.

Der Testofen gemäß Fig. 1 besteht aus einer Vakuumkammer A, die durch eine Pumpe 15 hin-

509 580/302

reichender Leistung auf einen Druck von weniger als 0,1 μ Hg, vorzugsweise bis 0,01 μ Hg evakuiert wird. Im Mittelteil der Vakuumkammer A ist die Elektronenstrahleinrichtung B montiert, welche zur Aufnahme eines vertikal in Achsenrichtung anzuordnenden Prüfstückes C, das die Anode bildet, eingerichtet ist. Das untere Ende des Stückes C ist mittels eines Spannfutters 19 am Boden 20 der Vakuumkammer A befestigt, das obere Ende 21 ist mittels eines Spannfutters 22 mit der gleitbar durch den Oberteil 24 der Vakuumkammer A hindurchgeführten Zugstange 23 verbunden; die luftdichte Durchführung wird durch ein Lager 25 erzielt. Zur mechanischen Belastung des Anodenteils C mit bestimmten Kräften ist ein Zugmechanismus 28 bekannter Bauart vorgesehen.

Das Kathodengehäuse B ist aus zwei Hälften 30 und 31 zusammengesetzt (vgl. Fig. 2 und 3). Jede Hälfte besteht aus einem halbzylindrischen Mantel 32 mit einer Deckplatte 33 und einer Grundplatte 34. Alle Teile bestehen aus je zwei im wesentlichen zu- ao einander parallelen Wänden, zwischen welchen Kanäle für den Umlauf von Kühlwasser gebildet sind (F i g. 4). Die Ränder 35 der Kathodengehäusehälften sind abgeschlossen, um dichte Kammern für den Kühlwasserkreislauf zu erhalten. Das Kühlwasser wird den Kammern durch biegsame Leitungen 38 zugeführt. Die Hälften 30 und 31 des Kathodengehäuses B sind mittels Lagerteilen 40, welche an ihren äußeren Wänden vorgesehen sind, an Stangen 39 scharnierartig angebracht. Die Stangen 39 sind am Boden und am Oberteil der Vakuumkammer A durch Isolatoren 41 gehalten, so daß die gesamte Kathodenkonstruktion elektrisch isoliert innerhalb der Kammer A angeordnet ist.

Die Deckplatte 33 und die Bodenplatte 34 weisen in ihrer Mitte je eine axiale Öffnung 43 auf, deren Durchmesser größer als der größte Durchmesser eines die Anode bildenden, axial angeordneten Prüfstücks C, so daß zwischen der Anode und den Endplatten des Gehäuses ein ausreichender Zwischenraum zur elektrischen Isolation zwischen beiden Teilen verbleibt.

Durch die scharnierärtige Anordnung der Hälften 30 und 31 kann das Kathodengehäuse geöffnet werden, wodurch ein freier Zugang in das Innere möglich ist und ein Prüfstücke ohne Behinderung durch Teile der Gehäusekonstruktion befestigt werden kann. Dann kann das Kathodengehäuse um die Anode herum geschlossen werden, wobei eine im wesentlichen geschlossene elektrostatische Abschirmung um das Prüfstück gebildet wird.

In den Wänden des Kathodengehäuses sind Durchführungsisolatoren 46 angeordnet, welche vier Heizfäden 45 tragen. Die äußeren Enden 50 der Wolframheizfäden bilden Anschlußstücke für elektrische Leitungen. Die Heizfäden sind an der Innenseite des Gehäuses als längliche gerade Teile im Abstand von der Wand angeordnet.

Die elektrische Schaltung für diese Vorrichtung enthält eine Wechselstromquelle 51, die über Kabel 52 und 53 mit den Heizfäden 45 verbunden ist. Die Leitungen 52 und 53 führen an zwei Bodenkontakte 50. Einer der Kontakte 50 ist, wie in der Schaltung bei 55 dargestellt, mit dem Kathodengehäuse verbunden. Die beiden oberen Leitungen 50 sind durch Schienen 56, 57 und ein biegsames Kabel 58 derart verbunden, daß die Heizfäden 45 in Reihenschaltung an die Wechselstromquelle 51 gelegt sind.

Eine Gleichstromquelle 60 für konstanten Strom liegt mit dem positiven Pol über die Leitung 61 am Anodenteil C und mit dem negativen Pol über die Leitung 62 an der Leitung 53, die bei 55 mit dem Kathodengehäuse verbunden ist.

Im Betrieb ist das Prüfstück C zwischen den Spannfuttern 19 und 22 gehalten, so daß der Zugmechanismus 28 das Prüfstück unter mechanische Spannung setzen kann. Der Anodenteil ist vom geschlossenen Kathodengehäuse umgeben. Der Durchmesser der Öffnungen 43 ist so groß, daß zwischen der Anode C und dem Kathodengehäuse noch ein ausreichender Zwischenraum für elektrische Isolation und zum Evakuieren des Innenraumes verbleibt.

Die aneinanderliegenden Ränder 35 der Kathodengehäusehälften sind bei 68 verformt, so daß ein länglicher Schlitz gebildet wird, durch welchen der Anodenteil während der Erhitzung beobachtet werden kann. In diesem Fall ist der Schlitz in der Trennungslinie zwischen den Gehäusehälften 30 und 31 angeordnet. In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, den Schlitz 68 wegzulassen und das Prüfstück C kurzzeitig durch öffnen der Gehäusehälften zu beobachten. Der Schlitz 68 kann ganz nach Wunsch geformt werden.

In den F i g. 7 und 8 ist eine andere Ausführungsform der schwenkbaren Konstruktion der Gehäusehälften dargestellt, wobei über isolierten Stützen 71 Zahnräder 70 und eine Achse 75 mit einem isolierten, aus dem Vakuumgehäuse herausgeführten Handgriff 79 angeordnet sind. Dadurch können die Gehäusehälften 30 und 31 von außen durch Betätigung des Handgriffes 79 geöffnet und geschlossen werden. Es können natürlich auch andere Mittel zur Bewegung des Getriebes 70 vorgesehen werden, z. B. über mehrere Zahnräder, Motorantrieb od. dgl.

Obwohl vorstehend ein Ausführungsbeispiel zur Verständlichmachung genau beschrieben und in der Zeichnung dargestellt ist, ist es klar, daß im Rahmen der Erfindung verschiedene Änderungen möglich sind.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektronenstrahlofen für Materialuntersuchungen zur Erhitzung länglicher, unter mechanischer Spannung stehender, elektrisch leitender Prüfstücke in einer Vakuumkammer, mit einem elektrisch leitenden zylindrischen Kathodengehäuse, welches das Prüfstück im Abstand umgibt und welches an beiden Enden durch Platten abgeschlossen ist, und einer Elektronenemissionseinrichtung, welche innerhalb des Kathodengehäuses zwischen dessen zylindrischer Wand und dem Prüfstück angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kathodengehäuse aus zwei schwenkbar gelagerten Hälften besteht, welche in der geschlossenen Stellung einen vollständigen Zylinder bilden, während in der geöffneten Stellung zwischen beiden Gehäusehälften eine große öffnung zum Einbringen und axialen Ausrichten des Prüfstücks innerhalb des Gehäuses frei ist, wobei die Endplatten des Gehäuses Öffnungen hinreichender Größe zur isolierten Durchführung des Prüfstücks aufweisen.

2. Elektronenstrahlofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hälften des längs einer Meridianebene geteilten Kathodengehäuses halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen und daß

die Endplatten zur Zylinderachse konzentrische Öffnungen besitzen, wobei die Lagerachsen für die Gehäusehälften im Abstand von der Zylinderachse angeordnet sind, so daß eine greiferartige Konstruktion zum Öffnen und Schließen der Gehäusehälften für das Ein- und Ausbringen eines Prüfstücks entsteht.

3. Elektronenstrahlofen nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch übereinstimmende Ausnehmungen in aneinanderliegenden Rändern der Kathodengehäusehälften, wodurch in der geschlossenen Stellung der Gehäusehälften eine Schauöffnung zur Beobachtung des Prüfstücks gebildet ist.

4. Elektronenstrahlofen nach einem der An-Sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur drehbaren Lagerung der mit Scharnierteilen versehenen Kathodengehäusehälften zwei vertikale Achsen im Abstand voneinander elektrisch isoliert in der Vakuumkammer angeordnet sind.

5. Elektronenstrahlofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodengehäusehälften zur Bildung von Kühlkanälen doppelwandig ausgebildet sind und daß Anschlüsse zur Herstellung eines Kühlmittelkreislaufes vorgesehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 613 305, 3 020 387;
britische Patentschrift Nr. 873 787;
»Zeitschrift für Metallkunde«, 1961, H. 5, S. 295.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 580/302 6.65 © Bundesdruckerei Berlin