DE1232661B

DE1232661B - Elektronenstrahlerzeugungssystem mit Band-Kathode, einer die Kathode umgebenden Steuerelektrode und mit einer Anode, insbesondere fuer elektronisches Schweissen

Info

Publication number: DE1232661B
Application number: DES79398A
Authority: DE
Inventors: David Sciaky
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1961-05-12
Filing date: 1962-05-10
Publication date: 1967-01-19
Also published as: GB1009987A; US3322930A; US3197669A; CH414876A; CH400381A; GB1009986A

Description

DEUTSCHES VjwWWb PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 21g-13/21

Nummer: 1 232 661

Aktenzeichen: S 79398 VIII c/21 g

1 232 661 Anmeldetag: 10.Mai 1962

Auslegetag: 19. Januar 1967

Vorliegende Erfindung betrifft Elektronenstrahlerzeugungssysteme mit einer Bandkathode, mit einer die Kathode umgebenden Steuerelektrode und mit einer Anode, insbesondere für elektronisches Schweißen.

Das Bedürfnis, Elektronenstrahlquellen zu verwirklichen, die mit einer großen Strahlstromstärke arbeiten, ist bei Elektronenstrahlröhren, wie sie in Elektronenmikroskopen benötigt werden, bereits aufgetreten. Zur Erzielung einer großen Strahlstromstärke wird dabei ein dünnes, durch elektrischen Strom unmittelbar beheiztes Wolframband benutzt. Um hohe Emissionsströme zu erreichen, wird die Anordnung auch so ausgebildet, daß ein Teil des Bandes als Kathodenfläche wirkt. Zu diesem Zweck ist das Wolframband so geformt und es sind die zugeordneten Elektroden so angeordnet und ausgebildet, daß nur ein im wesentlichen senkrecht zur Elektronenstrahlrichtung liegender Teil des Kathodenbandes dem durch die Anodenspannung erzeugten Beschleunigungsfeld ausgesetzt ist. Die emittie- zo rende Fläche der Kathode und die der Anode zugewandten Flächen der Steuerelektrode sind dabei so geformt und angeordnet, daß sie im wesentlichen ineinander übergehen. Durch rechtwinklige Abbiegung des zu den Kathodenanschlüssen führenden Teiles des Kathodenbandes von dem zur Emission dienenden Teil ist auch bereits eine gute Abschirmung dieser Teile durch die Kathodenelektrode erreicht worden.

Bei der Verwendung derartiger Elektronenstrahlerzeugungssysteme zum Schweißen treten zusätzliche Aufgaben auf, denen die bisher bekanntgewordenen Bauarten derartiger Systeme nicht genügen. Insbesondere wurde ermittelt, daß es einer äußerst genauen Konzentrierung und Ausrichtung des Elektronenstrahlenbündels bedarf, wenn man ohne wesentliche Energieverluste an der Auftreffstelle des Elektronenstrahlbündels an der Schweißstelle erreichen will, daß es hier zum Auftreten der erforderlichen Schmelz- und Schweißtemperaturen kommt. Dabei ergibt sich eine erste Teilaufgabe dahin, daß durch Wärmedehnungen der dem Einfluß der erhöhten Temperaturen ausgesetzten Teile des Elektronenstrahlerzeugungssystems keine Lagenveränderungen auftreten dürfen, welche die Ausrichtung des Elektronenstrahlbündels auf die Schweißstelle beseitigen würden. Eine zweite Aufgabe entsteht dadurch, daß auftretende magnetische Felder so weitgehend unterdrückt werden müssen, daß diese nicht ihrerseits das Elektronenstrahlenbündel aus der Richtung ablenken, die durch den mechanischen Aufbau des Elektronen-Strahlerzeugungssystems gewährleistet zu sein scheint.

Elektronenstrahlerzeugungssystem mit
Band-Kathode, einer die Kathode umgebenden
Steuerelektrode und mit einer Anode,
insbesondere für elektronisches Schweißen

Anmelder:

David Sciaky, Chicago, JH. (V. St. A.)
Vertreter:

Dipl.-Ing. L. Meurer-Inffeld

und Dipl.-Ing. G. Beil, Patentanwälte,

München 22, Widenmayerstr. 29

Als Erfinder benannt:

David Sciaky, Chicago, JlL (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v.Amerika vom 12. Mai 1961 (109575)·

Um diese Aufgaben bei einem Elektronenstrahlerzeugungssystem mit einer Bandkathode, mit einer die Kathode umgebenden Steuerelektrode und mit einer Anode, insbesondere für elektronisches Schweißen, zu lösen, sind erfindungsgemäß zur Festlegung der Bandkathode an den Stromleitern unter elastischer Vorspannung stehende Klemmstücke vorgesehen. Diese mechanische Vorspannung ist in der Lage, durch Temperaturerhöhungen und sonstige Einflüsse auftretende Änderungen im mechanischen Aufbau des Systems selbsttätig so auszugleichen, daß es bei der vorgesehenen Ausrichtung des Elektronenstrahlenbündels auf die Schweißstelle verbleibt, an deren Stelle jedes andere Objekt treten kann, das durch die Elektronenstrahlen zu beeinflussen ist. Zur Lösung der zweiten Teilaufgabe wird, wieder ausgehend von den erwähnten Elektronenstrahlerzeugungssystemen, der Bandelektrode in der Nähe ihres als Elektronenquelle dienenden Bereiches zur Schwächung des Magnetfeldes ein eingebuchteter Verlauf erteilt. Dieser führt dazu, daß die Induktivität der als Elektronenquelle dienenden Kathode verhältnismäßig geringfügig und demgemäß das erzeugte Magnetfeld so geschwächt ist, daß es nicht mehr imstande ist, die durch den mechanischen Aufbau des

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Systems gewährleistete Ausrichtung des Elektronenstrahlenbündels zu verändern und seine Konzentrierung auf die Schweißstelle herabzusetzen oder gar zu beseitigen.

Um in mechanischer Beziehung die Auswirkung der elastischen Vorspannung zu sichern, sind vorteilhaft Einstellmittel zur Veränderung der elastischen Vorspannkräfte vorgesehen. Das kann dadurch erreicht werden, daß Klemmstücke an den freien Enden der Stromleiter an durch Rücksprünge gebildete Schultern der Stromleiter angrenzen. Es bedarf daher beispielsweise nur der Anordnung an den Klemmstücken anliegender Klemmbacken, die etwa unter den Einfluß von Schraubenbolzen gebracht sind, deren Gewindeschäfte in entsprechenden Gewindeausnehmungen der Stromleiter aufgenommen sind, um durch mehr oder weniger tiefe Lage der Schraubenbolzen in den Gewindeausnehmungen der Stromleiter die elastischen Vorspannkräfte auf einen Wert bringen zu können, der dazu führt, daß im Betrieb auftretende Verlagerungen angrenzender, mechanischer Teile ausgeglichen werden und bleiben. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, die Klemmstücke auswechselbar auszubilden. Weiter ist es zweckmäßig, die Klemmbacken mit gegenseitigen Abstand aufweisenden leistenförmigen Vorsprüngen auszurüsten, über die die Klemmbacken an den Klemmstücken anliegen und auf diese die erforderlichen Verlagerungen ausschließende, mechanische Kräfte auszuüben, die dazu führen, daß die Befestigungsenden des Kathodenbandes unabhängig von allen Betriebszuständen des Systems an den Schultern der Stromleiter mit Kräften anliegen, die größer sind als die auf Temperaturspannungen zurückzuführenden Gegenkräfte, wobei die Schultern in Verbindung mit dem Kathodenband so ausgerichtet sind, daß es zur Konzentration des Elektronenstrahlenbündels an der Schweißstelle kommt und erhaltenbleibt.

Der unveränderten Aufrechterhaltung des Zustandes des Elektronenstrahlenerzeugungssystems dient es weiter, wenn ein auf das Schweißstück unmittelbar auflegbarer Schirm mit einer das Elektronenbündel durchlassenden Ausnehmung vorgesehen ist. Wird dabei dem Schirm eine trichterförmige Ausbildung derart gegeben, daß eine kleinere Ausnehmung der Kathode zugewandt ist und zum Durchlaß des Elektronenbündels dient, während in der von der größeren Öffnung umschlossenen Ebene das Schweißstück liegt, so können Veränderungen der Bandkathode durch Ablagerung von Metalldämpfen weitestgehend verhindert werden. Legt man an den Schirm ein gegenüber dem Erdpotential negatives, elektrisches Potential an, so wird außerdem der Schirm als Ionenfalle wirksam. Das ist deshalb von wesentlicher Bedeutung, weil die Ionen der Emission von Elektronen entgegenwirken und sogar zu Beschädigungen bzw. Zerstörungen der Kathode zu führen vermögen.

Eine besonders geeignete Ausbildung der Bandkathode ergibt sich dann, wenn die senkrecht zur Längsrichtung des Systemkörpers gemessene Breite des Kathodenbandes in dem als Elektronenquelle dienenden Bereich geringer ist als an den eingeklemmten Bandenden und wenn die zwischen den Bandenden und dem als Elektronenquelle wirksamen Mittelabschnitt liegenden Verbindungsbereiche des Bandes vorzugsweise eine trapezförmige Ausbildung aufweisen. Eine derartige Ausbildung der Kathode zeichnet sich durch eine besonders geringe, nahezu

verschwindende Induktivität und demgemäß durch ein fast völlig fehlendes Magnetfeld aus, so daß damit die magnetischen Ablenkungen des Elektronenstrahlenbündels wegfallen, die dazu führen, daß unnötige Energieverluste entstehen und das Schweißverfahren unwirtschaftlich wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispieles.

In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche oder gleichartig ausgebildete Teile. Im einzelnen zeigt in der Zeichnung

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Elektronenstrahlerzeugungssystem gemäß Linie 1-1 der

F i g. 2, die ihrerseits eine Draufsicht auf das Elektronenstrahlerzeugungssystem nach F i g. 1 darstellt;

F i g. 3 gibt in einem Schnitt, ähnlich wie F i g. 1, den unteren Teil des Elektronenstrahlerzeugungssystems nach F i g. 1 mit einem Zwischennng für die Anode und einem Trichter zwischen dem Elektronenstrahlerzeugungssystem und einem Werkstück wieder, während

F i g. 4 ein Teilschnittbild des ElektronenstrahI-erzeugungssystems nach F i g. 1 mit verstellbaren Befestigungsmitteln für Zwischenringe veranschaulicht;

F i g. 5 zeigt in einem Teilschnittbild des Elektronenstrahlerzeugungssystems nach F i g. 1 eine Vorrichtung zur Befestigung der Bandkathode an den stromzu- und -abführenden Elektroden, während

F i g. 6 einer Draufsicht auf die Bandkathode nach F i g. 5 entspricht;

F i g. 7 veranschaulicht im einzelnen Größe und Form eines Metallbandstückes, das in geeignet gebogener Form als Bandkathode Benutzung findet;

F i g. 8 stellt das Stromlaufschema des erfindungsgemäß ausgebildeten Elektronenstrahlerzeugungssystems dar.

Das Elektronenstrahlerzeugungssystem nach den F i g. 1 und 2 weist eine das Ganze abdeckenden Isolierkörper 20 auf, der die verschiedenen Teile des Elektronenstrahlerzeugungssystems trägt. Der den Körper 20 bildende Werkstoff besitzt gute dielektrische Eigenschaften, und er soll hohe Wärmeleitfähigkeiten aufweisen. Der Körper ist mechanisch widerstandsfähig und hat ein schwaches Absorptionsvermögen für Feuchtigkeit und Gase.

Der Körper 20 trägt zwei Elektroden 22 und 24, die elektrischen Strom einer Kathode 25 zu- bzw. aus ihr abführen. Ferner trägt der Körper 20 einen durch^ brochenen Innenmantel oder Käfig 26 zur Halterung einer die Kathode 25 umgebenden Steuerkathode 2? sowie einen durchbrochenen Außenmantel oder Käfig 28 zur Halterung der Anode 30.

Die Elektroden 22 und 24, die mit der Kathode 23 stromleitend verbunden sind, und der Innenkäfig lA bilden einen Einsatz, der von dem isolierenden Kör-* per 20 getragen ist. Zur Befestigung des Käfigs 26 an dem Körper 20 dient eine Scheibe 31, an die der Käfig 26 bei 32 angeschweißt ist. Der Käfig 26 besteht aus nichtrostendem Stahl. Die Scheibe 31 ist gleichmittig zum Körper 20 angeordnet. Der Mittet teil der Scheibe 31 weist eine elliptische Ausnehmung

33 auf (Fig. 2). Diese Ausnehmung nimmt Buchsen

34 und 35 aus Kupfer auf. Die oben offenen Enden der Buchsen sind zur Aufnahme von Anschlußstöpseln geeignet ausgebildet. Die unteren Enden der Buchsen 34, 35 haben einen kleineren Querschnitt^

und sie sind mit Außengewinden 37 versehen; sie durchsetzen jeweils eine Unterlagsscheibe aus Isolierstoff 38 sowie die Scheibe 31, und sie sind jeweils in eine der Elektroden 22, 24 geschraubt. Die Buchse

34 ist also mechanisch und elektrisch mit der Elektrode 22, die Buchse 35 mechanisch und elektrisch mit der Elektrode 24 verbunden. Die Buchsen 34 und

35 können nicht dargestellte Anschlußstöpsel aufnehmen, die ihrerseits elektrisch mit Stromanschlüssen verbunden sind, über die die Kathode 25 geheizt werden kann. Die verwendete Spannung beträgt im allgemeinen etwa 5 Volt, die verwendete Stromstärke etwa 40 Ampere.

Die Elektroden 22 und 24 hängen also Seite an Seite nebeneinander. Zwischen ihnen sind Abstandsstücke 40, 41 und 42 aus Isolierstoff vorgesehen. Befestigungsbolzen 43 durchsetzen die Elektroden und die ringförmigen Abstandsstücke 41 und 42; ihre Enden tragen Muttern 44. Die Befestigungsbolzen 43 sind im übrigen besonders sorgfältig gegen die Elektrode 20 isoliert. Die derart mechanisch miteinander verbundenen Elektroden tragen auf ihren äußeren Begrenzungsflächen eine Befestigungsvorrichtung zur Festlegung der Kathode an den Elektroden.

Den äußeren, seitlichen Begrenzungsflächen der Elektroden 22,24 gegenüber sind zur Befestigung dienende Klemmstücke in Form von Bügeln oder Stäben 45, 46 angeordnet, die jeweils untenliegende Druckfinger 47, 48 aufweisen, die in durch Schultern 50 der zugeordneten Elektroden gebildeten Rücksprüngen liegen. Klemmbacken 51 drücken mit leistenartigen Vorsprüngen 52 auf die Enden eines jeden Klemmstückes 45,46. Schrauben 53 durchsetzen die Elektroden 22, 24, die Klemmstücke 45, 46 und die Klemmbacken 51. Diese Teile bestehen aus Metallen mit vorzugsweise federnden Eigenschaften, beispielsweise aus bestimmten Kupferlegierungen. Beim Anziehen der Schrauben 53 werden daher die Klemmbacken 51 durchgebogen, so daß die Leistenförmigen Vorsprünge 52 mit voreinstellbaren Kräften an die Klemmstücke 45, 46 zur Anlage gebracht sind. Dadurch werden die Druckfinger 47,48 mit entsprechend großen Kräften in die durch die Schultern 50 gebildeten Rücksprünge hineingedrückt. Die Lage der diese Anordnung bildenden Teile ändert sich auch nicht durch Auftreten von Wärmespannungen oder auf sonstige Gründe zurückgehende mechanische Verlagerungen im System, so daß sich eine den Anforderungen entsprechende mechanische und elektrische Festlegung und Befestigung der Kathode 25 ergibt.

Der Innenkäfig 26 hat im wesentlichen Zylinderform und besteht beispielsweise aus nichtoxydierendem Stahl. Der Käfig 26 weist mehrere Ausnehmungen 49 auf, über welche die Schrauben 53 gut zugänglich sind. Lösung der Schrauben 53 und Auseinandernehmen der Befestigungsvorrichtung werden erforderlich, wenn die Kathode ausgetauscht werden muß.

Das untere Ende des Käfigs 26 trägt ein Außengewinde 54. Auf dem Gewinde 54 führt sich ein Haltering 55, mittels dessen die Steuerelektrode 27 auswechselbar als unterer Abschluß des Käfigs 26 gehalten ist. Die Steuerelektrode 27 wird zweckmäßig auf einem negativen Potential von etwa 25 000 Volt gehalten. Sie weist eine mittlere Ausnehmung auf, in der die Kathode 25, axial bündig mit der äußeren, zurückspringenden Begrenzungsfläche der Steuerelek-

trode27 abschließend, untergebracht ist, soweit ein bestimmter, noch zu beschreibender Teil dieser Kathode zur Emission von Elektronen dient. Es ist von Bedeutung, daß die Kathode 25 in dieser Weise genau ausgerichtet ist, wenn der Elektronenstrahl mit höchstem Wirkungsgrad erzeugt werden soll. Aus diesem Grund ist die untere Begrenzungsfläche der Steuerelektrode 27, wie bei 56 dargestellt (F i g. 3), von unten aus gesehen, konkav ausgebildet,
ίο Die Kathode 25 ist, wie insbesondere der F i g. 7 zu entnehmen ist, als Band ausgebildet, dessen Werkstoff vorzugsweise aus Tantal oder Wolfram besteht. Die Formgebung des in eine Ebene ausgestreckten Bandes ist in F i g. 7 dargestellt. Die Enden 59 des Bandes sind breit im Verhältnis zum Mittelteil 61. Diese Enden sind zwischen den Schultern 50 und den Druckfingern 47,48 eingeklemmt. Zwischen den Enden und dem Mittelstück 61 liegen Verbindungsabschnitte 58,60, deren Breite zu einem schmalen Mittelabschnitt 61 hin allmählich abnimmt. Der Mittelabschnitt 61 ist so lang, daß das Band beiderseitig zu der in F i g. 5 dargestellten Form einer nach oben offenen Öse umbildbar ist. Auf diese Weise entsteht eine Kathode 25 mit für die Zwecke eines Elektronenstrahlerzeugungssystems ausgezeichneten Eigenschaften. Die Kathode 25 ist an die Elektroden 22 und 24 so angeklemmt, wie dies in F i g. 5 dargestellt ist. Die Verbindungsabschnitte 58, 60 verlaufen dadurch im wesentlichen diagonal von den Einklemmstellen aufeinander zu nach innen und unten, von der Stelle 62 kleinsten Abstandes nach außen. An den Stellen 63 bildet das Metallband einander zugekehrte, halbzylindermantelförmige Schlaufen, die über den Mittelabschnitt 61 zusammengeschlossen sind. Die angegebene Formgebung des Metallbandes führt dazu, daß sich bei Stromfluß durch das Metallband hindurch deshalb kein störendes magnetisches Feld aufbauen kann, weil die Induktivität des Metallbandes bei der angegebenen Formgebung minimal ist.

Außenmantel oder Käfig 28 weist, wie der Käfig 26, eine Reihe von Ausnehmungen 65 auf; er ist am Körper 20 mittels eines Ringes 26 befestigt.

Der Käfig 28 ist an seinem oberen Ende bei 67 an den Ring 66 angeschweißt; er wird mittels der Befestigungsschrauben 68 am Körper gehalten. Die Köpfe der Schrauben 68 sind in einem einen Teil des Körpers 20 bildenden Ringflansch 69 aufgenommen. Der Käfig 28 ist unten mittels eines Ringstückes 70 aus Isolierstoff abgeschlossen, vorzugsweise aus einem Isolierstoff, der die gleichen Eigenschaften hat wie der Isolierstoff des Körpers 20. Das Ringstück 70 trägt die Anode 30. Die Anode 30 ist mit ihrer Mittelausnehmung 71 axial zur Ausnehmung in der Steuerelektrode 27 und zur Kathode 25 ausgerichtet. An die Anode ist ein positives Potential angelegt. Besonders günstige Verhältnisse entstehen, wenn die Anode 30 aus Tantal besteht.
Der Abstand zwischen Anode 30 und der Steuerelektrode 27 bestimmt die Energie, mit der die Elektronen aus dem Elektronenstrahlerzeugungssystem austreten, und er bestimmt damit den größten Stromfluß im Elektronenstrahlbündel bei maximaler Spannung.

Mittels geschlitzter Laschen 72 und Zwischenringe, wie bei Ring 73 in F i g. 3 veranschaulicht, kann der Abstand zwischen der Kathode und der Anode veränderlich ein- und festgestellt werden. Je zwei La-

sehen 72 liegen sich diametral gegenüber. Jede Lasche weist einen Schlitz 74 auf; am unteren Ende der Laschen liegt jeweils eine Auskehlung 75. Die Auskehlung 75 dient zur Aufnahme und zum Durchlaß eines Ringflansches 76 auf dem Ringstück 70, das die Anode trägt. Ein im Außenmantel oder Käfig 28 sitzender Gewindestift 77 durchsetzt je einen Schlitz 74. Auf dem Stift 77 führt sich, von außen abnehmbar, eine Befestigungsmutter 78 mittels eines Gewindeeingriffes.

In der Anordnung nach Fig. 1 liegt das Ringstück 70, das die Anode 30 trägt, unmittelbar am unteren Ende des Außenmantels oder Käfigs 28 an. Dementsprechend hat die Anode von der Kathode den kleinsten der einstellbaren Abstände. Das Elektronenstrahlerzeugungssystem gibt dann seine maximale Energie ab (etwa 300 Milliampere bei einer maximalen Betriebsspannung von etwa 25 000 Volt). Öfters ist jedoch die Anwendung schwächerer Ströme bei Maximalspannung wünschenswert; in diesen Fällen liegen die erwähnten Zwischenringe 73 (Fig. 3) zwischen dem unteren Ende des Käfigs78 und dem Ringstück 70. Das in der Anordnung nach Fig. 3 vorgesehene Zwischenringstück73, das die Anode 30 absenkt, führt beispielsweise zu einem Strom von etwa 50 Milliampere.

In der Anordnung nach F i g. 4 ist der Zwischenring 80 noch wesentlich höher, und dementsprechend ist der Abstand zwischen der Kathode und der Anode entsprechend größer, womit sich ein noch schwächerer Strom mit etwa 25 Milliampere ergibt.

Unterhalb des Ringflansches 69 befindet sich an dem Körper 20 eine Nase 81, die eine nach innen und unten geneigte äußere Begrenzungsfläche hat. Dieser Begrenzungsfläche entspricht eine Paßfläche an der Oberkante des Außenmantels oder Käfigs 28; durch diese Paßflächen wird Innenkäfig 26 zum Außenkäfig 28 ausgerichtet. Diese genaue Ausrichtung ist im Betrieb wegen der großen Potentialdifferenzen von entscheidender Bedeutung. Im Ergebnis arbeitet das Elektronenstrahlerzeugungssystem bei sehr großen Betriebsspannungen mit großer Sicherheit, ohne daß Funkenbögen oder andere wegen des Energieverlustes unerwünschte Erscheinungen entstehen.

Zur Konzentrierung des Elektronenbündels und zur Ausrichtung eines Elektronenbündels maximaler Stromdichte auf ein Schweißstück ist eine Konzentrationsspule 83 vorgesehen, die mit Schrauben 74 an dem Ringstück 70 befestigt ist, das die Anode trägt. Die Konzentrationsspule weist im wesentlichen zwei Wicklungen 84 und 85 auf, die von einer Abschirmkappe 86 aus Eisen umschlossen sind. Zwischen den Wicklungen liegt ein Anker 87 aus Eisen. Auf jeder Seite des Ankers befindet sich zwischen dem Anker und dem Innenzylinder 90 für die Wicklungen ein Luftspalt 88. Der Innenzylinder 90 besteht gleichfalls aus Eisen. Die Luftspalte 88 liegen also in der Mittelebene der Konzentrationsspule. An den Wicklungen 84 und 85 liegt eine verhältnismäßig niedrige Gleichspannung. Diese liefert die gewünschte magnetische Wirkung in dem durch den Innenzylinder 90 gebildeten Durchlaßkanal.

Die Konzentrationsspule liegt unterhalb der Anode an der Stelle, an der die Divergenz des Elektronenstrahlbündels beginnt. Der magnetische Fluß in der Spule führt unter Mitwirkung des Spulenankers zur Konvergenz des Elektronenstrahlbündels. Durch Regelung des Spulenstroms kann das Elektronenstrahl-

bündel auf das Schweißstück mit maximaler Dicht konzentriert werden, und zwar so, daß der jeweilig Schweißvorgang optimal durchführbar ist.

Wenn die Temperatur der Kathode 25 eine vor gegebene Höhe erreicht hat, wird die kinetische Ener gie der Elektronen in der Kathode 25 so groß, daß si aus ihr austreten. Im Vakuum und unter dem Einflui des elektrischen Feldes, das zwischen Steuerelektro4 27 und Anode 30 auftritt, werden die Elektronen be schleunigt und in Feldrichtung bewegt. Da das EIek tronenbündel die Neigung hat, zu divergieren, ist e notwendig, dieses natürliche Divergenzbestrebe mittels der Konzentrationsspule 83 zu beschränkes Die Konzentrationsspule liegt mit festem Abstaa unterhalb der Anode. Dieser Abstand bleibt derselbi auch wenn Zwischenringe angeordnet oder aus gewechselt werden.

Mittels der Konzentrationsspule wird der Elektro nenstrahl auf die zu verschweißenden Stücke 91 van 92 gerichtet, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist. De Elektronenstrahl schweißt die Metallstücke zu sammen.

Durch die Erzeugung des Elektronenstrahlbündel und durch das Verschweißen der Metallstücke en1 stehen Gase und Metalldämpfe, die teilweise au Ionen bestehen oder zur Ionenbildung neigen. Wem diese Ionen in zum Elektronenstrahl entgegengesete ter Richtung wandern und zur Kathode gelang« wirken sie dort der Emission von Elektronen enl gegen. Sie können sogar die Kathode bis zu einet gewissen Grad zerstören. Außerdem schlagen siel Metalldämpfe auf den Oberflächen des Elektroneo Strahlerzeugungssystems nieder und verringern da durch die Länge der Kraftlinien. Es bilden sich dam auch Funkenbögen aus. Um diese unerwünschte Folgen nach Möglichkeit auszuschließen und um di Arbeitsstabilität des Elektronenstrahlerzeugungs systems im Betrieb zu erhöhen, ordnet man einei Trichter aus Metall zwischen dem unteren Ende de Elektronenstrahlerzeugungssystems und den zu vei schweißenden Stücken an. Der Trichter hat am ob« ren Ende eine Ausnehmung, durch die der Elel tronenstrahl auf die zu verschweißenden Stücke ge richtet wird. Der Trichter absorbiert Röntgenstrahler die durch die Elektronen erzeugt werden können, üb er sammelt überdies einen großen Anteil der Metall dämpfe durch Wandkondensation. Der Trichter fänf außerdem den größten Teil sich bildender Ionen ei und hält sie fest; er verhindert, daß diese Ionen di Kathode nachteilig beeinflussen.

Die Schaltungsanordnung für das Elektronenstrahl erzeugungssystem ist in F i g. 8 dargestellt. An de LeitungenL₁ und L₂ liegt eine WechselstromqueBe Zwischen den Leitungen L₁ und L₂ liegt die PrimSi wicklung 96 eines Transformators 97, dessen Sekut därwicklung 98 über LeitungenlOO und 101 an φ. Elektroden 22 und 24 liegt. Der durch die Sekundi wicklung fließende Strom durchfließt die Kathode £ Die Hochspannung wird einer Gleichspannungsquei entnommen. Mit dieser Hochspannung wird das φ forderliche elektrische Feld zwischen der Kathdi und der Anode erzeugt. Der negative Pol der Hoct spannungsquelle ist über Leitung 102 an Leitung
angeschlossen. Eine Leitung 103 stellt die Verbindue zwischen der Steuerelektrode 27 und Sekundärwicfi lung 98 her. Am positiven Pol der Gleichstrofei Hochspannungsquelle liegt eine Leitung 104, die mi der Anode 30 verbunden ist und parallel hierzu übe

Claims

1 einen Leiter 105 und über die zu verschweißenden Stücke 91 und 92 an Erde liegt. Paentansprüche:

1. Elektronenstrahlerzeugungssystem mit einer Bandkathode, mit einer die Kathode umgebenden Steuerelektrode und mit einer Anode, insbesondere für elektronisches Schweißen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Festlegung der Bandkathode (25) an den Stromleitern (22, 24) unter elastischer Vorspannung stehende Klemmstücke (45, 46) vorgesehen sind.

2. Elektronenstrahlerzeugungssystem, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandkathode in der Nähe ihres als Elektronenquelle dienenden Bereiches zur Schwächung des Magnetfeldes einen eingebuchteten Verlauf aufweist.

3. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einstellmittel (53) zur Veränderung der elastischen Vorspannkräfte vorgesehen sind.

4. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Klemmstücke (45, 46) am freien Ende der Stromleiter (22, 24) an durch Rücksprünge gebildete Schultern der Stromleiter unter Druck anliegen.

5. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 1, 3 oder 4, gekennzeichnet durch Anordnung an den Klemmstücken (45, 46) anliegender Klemmbacken (51), die vorzugsweise unter dem Einfluß von Schraubenbolzen (53) stehen, deren Gewindeschäfte in entsprechenden Gewindeausnehmungen der Stromleiter (22, 24) aufgenommen sind.

6. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmstücke (45, 46) auswechselbar ausgebildet sind.

7. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die Klemmbacken (51) gegenseitigen Abstand aufweisende Druckfinger (52) aufweisen, über die sie an den Klemmstücken (45, 46) anliegen und diesen eine veränderliche Verspannung erteilen.

8. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung des Elektronenstrahlerzeugungssystems für das elektronische Schweißen ein mit einer das Elektronenbündel durchlassenden Ausnehmung versehener Schirm unmittelbar auf dem Schweißstück angeordnet ist.

9. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm trichterförmig ausgebildet ist, wobei seine kleinere Ausnehmung der Kathode zugewandt ist, während in der von der größeren Öffnung umschlossenen Ebene das Schweißstück liegt.

10. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm an ein elektrisches Potential angelegt ist, das gegenüber dem Erdpotential negativ und dadurch als Ionenfalle wirksam ist.

11. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht zur Längsrichtung des Systemkörpers (20) gemessene Breite des Kathodenbandes in dem als Elektronenquelle dienenden Bereich (61) geringer ist als an den eingeklemmten Bandenden (59, 60), wobei die zwischen den Bandenden und dem als Elektronenquelle wirksamen Mittelabschnitt (61) liegenden Verbindungsbereiche des Bandes vorzugsweise eine trapezförmige Ausbildung aufweisen (F i g. 5 und 6).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 033 816,
419, 1 099 659, 1100 835;
USA.-Patentschrift Nr. 2 501 882;
britische Patentschrift Nr. 697 823.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen