DE1514782B2 - Elektronenstrahl-Erzeugungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem mit einer aus auswechselbarer Kathode, Kathodenhalterung, Wehnelt-Elektrode und Anode bestehenden Strahlquelle und einem ein elektronen-optisches System aufweisenden evakuierbaren Gehäuse, das einen leicht lösbaren Gehäuseteil aufweist, der in gelöstem Zustand das Auswechseln der Kathode ermöglicht, wobei die Wehnelt-Elektrode und die Anode in fester Lagebeziehung zueinander im Gehäuse angeordnet sind und die Kathodenhalterung gegen die Wehnelt-Elektrode abgestützt ist.

Es sind Elektronenstrahlgeräte, beispielsweise Elektronenstrahl-Schweiß-, Schneid- und Fräsmaschinen od. dgl. bekannt, bei denen die Kathode und die Wehnelt-Elektrode üblicherweise auf einem hohen negativen Potential, beispielsweise auf — 150 kV gegen Erde liegen, während die übrigen Teile der Anlage im wesentlichen auf Erdpotential liegen. Da außerdem die Wehnelt-Elektrode und die Kathode den Ausgangspunkt des Elektronenstrahls bilden, sind diese Teile bei bekannten Anlagen vielfach zu einem Strahlkopf zusammengebaut, wobei die hochspannungsführenden Teile auf dem inneren Ende einer in das Gerätegehäuse hineinragenden Isolierkerze aufgebaut sind und die Hochspannungszuleitungen von außen her durch die meist ölgefüllt« Isolierkerze verlaufen und über dichte Durchführungen an die Elektroden des Strahlkopfes angeschlossen sind. Oft bildet dabei die Isolierkerze mit dem Ende eines Hochspannungskabels eine lösbare Steckverbindung, die durch entsprechende Maßnahmen hochspannungssicher ausgebildet ist. Um die Kathode leicht auswechseln zu können, sind bei derartigen bekannten Elektronenstrahl-Schweißvorrichtungen die Isolierkerze und der daran befestigte Strahlkopf an einem leicht lösbaren, beispielsweise an einem Scharnier abklappbaren Gehäuseteil angebracht, so daß nach dem Belüften des Gehäuses der leicht lösbare Gehäuseteil gelöst und an den dann frei zugänglichen Teilen des Strahlkopfes die Kathode ausgewechselt werden kann. Dabei braucht das normalerweise genügend flexible Hochspannungskabel nicht abgekuppelt zu werden.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß bei Elektrodenstrahl-Geräten der angegebenen Art nach jedem Kathodenwechsel der Strahl neu justiert werden muß, da sich der naturgemäß verhältnismäßig große lösbare Gehäuseteil, an dem der Strahlkopf sitzt, beim Wiederaufsetzen auf das Gehäuse und unter dem Einfluß der beim anschließenden Evakuieren auf ihn ausgeübten Kräfte nicht exakt wieder in die Lage begibt, die er vor dem Kathodenwechsel relativ zu den übrigen Teilen der Anlage hatte. Solche Justierarbeiten erfordern einen gewissen Zeitaufwand, der einen Verlust an möglicher Betriebszeit darstellt und die Wirtschaftlichkeit des Elektronenstrahl-Gerätes beeinträchtigt. Hinzu kommt, daß wegen des verhältnismäßig hohen Gewichts des Strahlkopfes und des lösbaren Gehäuseteils meist besondere Hebezeuge zum Abnehmen des Gehäuseteils verwendet und installiert werden müssen und daß es unter den oft beengten räumlichen Verhältnissen am Einsatzort des Gerätes Schwierigkeiten bereiten kann, die zum Auswechseln der Kathode erforderlichen Arbeiten an dem freigelegten Strahlkopf vorzunehmen.

Ein Strahlerzeugungssystem der eingangs angegebenen Art ist bereits aus der deutschen Patentschrift 907327 bekannt. Bei diesem bekannten, beispielsweise für Elektronen-Mikroskope dienenden System ist ferner eine Einrichtung vorhanden, mit der eine beliebige Relativverstellung der Kathode gegenüber dem Wehnelt-Zylinder ermöglicht wird, insbesondere Verstellbewegungen der Kathode in axialer Richtung zur Emissionsregelung und Querbewegungen der Kathode relativ zum Wehnelt-Zylinder zum Zwecke der Justierung des Strahls auf ein Objekt. Eine solche Kathodenverstelleinrichtung ist bei dem bekannten Strahlerzeugungssystem vor allem deswegen erforderlich, weil nach dem Auswechseln der Kathode diese hinsichtlich ihrer Lage relativ zum Wehnelt-Zylinder neu einjustiert werden muß, um eine entsprechende Strahljustierung gewährleisten zu können.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Kathode ausgewechselt werden kann, ohne daß neue Justierarbeiten notwendig sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Wehnelt-Elektrode einen Stecksitz für die Kathodenhalterung aufweist und daß die Wehnelt-Elektrode und die Kathodenhalterung mit zueinander passenden Orientierungsmitteln versehen sind, die der in den Stecksitz eingeführten Kathodenhalterung eine vorbestimmte und unveränderliche Betriebslage relativ zur Wehnelt-Elektrode erteilen.

Der durch die Erfindung erreichte Vorteil, nämlich daß eine Nachjustierung des Strahls nach der erneuten Inbetriebnahme des Strahlerzeugungssystems nicht erforderlich ist, ist besonders dann von Bedeutung, wenn es auf die Einhaltung eng tolerierter Positionen des Strahls entscheidend ankommt. Im allgemeinen wird zur Beeinflussung der Strahlgeometrie im Anschluß an das Strahlerzeugungssystem ein elektronenoptisches System benutzt. Solche elektronenoptischen Systeme sind gegen Veränderungen des Justierzustandes relativ zum Strahlerzeugungssystem besonders empfindlich. Deshalb ist bei derartigen Geräten die Erfindung von besonderem Wert.

Die geschilderten Vorteile des erfindungsgemäßen Elektronenstrahl-Erzeugungssystems lassen sich insbesondere dadurch voll zur Geltung bringen, daß man stets zumindest eine Ersatz-Kathodenhalterung mit fertig montierter Kathode als Reserve bereithält und bei einem notwendig werdenden Kathodenwechsel gegen die benutzte Kathodenhalterung austauscht. Bei dieser Arbeitsweise wird der Zeitaufwand für den eigentlichen Kathodenwechsel so gering, daß die Aus-

fallzeit im wesentlichen nur noch von der erforderlichen Pumpzeit bei der erneuten Inbetriebnahme bestimmt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 17 angegeben.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung dienen die Zeichnungen, in denen zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Strahlerzeugungssysteme dargestellt sind. Es zeigt

Fig. 1 eine schematisch verkleinerte Vertikal-Längsschnittansicht durch den oberen Teil eines Elektronenstrahl-Erzeugungssystems,

Fig. 2 schematisch in etwa natürlicher Größe eine Draufsicht auf die Wehnelt-Elektrode in Richtung des Pfeiles II der Fig. 1, wobei die Kathodenhalterung und weitere Hilfsmittel nicht dargestellt sind,

Fig. 3 ebenfalls ohne Kathodenhalterung und Hilfsmittel einen Querschnitt durch die Wehnelt-Elektrode nach der Linie HI-III der Fig. 1,

Fig. 4 in vergrößerter Darstellung eine Vertikal-Längsschnittansicht durch den unteren Teil der Wehnelt-Elektrode mit eingesetzter Kathodenhalterung in einer der Fig. 1 entsprechenden Darstellung,

Fig. 5 eine gegenüber der Fig. 4 um 90° um die Vertikal-Längsachse gedrehte Darstellung,

Fig. 6 eine schematische Schnittansicht nach der Linie VI-VI der Fig. 4,

Fig. 7 eine schematische Vertikal-Längsschnittansicht durch den oberen Teil einer anderen Ausführungsform eines Elektronenstrahl-Erzeugungssystems,

Fig. 8 schematisch die Kathodenhalterung allein im Schnitt nach der Linie C-C der Fig. 9,

Fig. 9 schematisch eine gegenüber der Fig. 5 und 6 um 90° um die Vertikalachse gedrehte Seitenansicht der bei der Ausführungsform nach Fig. 7 verwendeten Kathodenhalterung,

Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 9,

Fig. 11 einen Schnitt nach der Linie D-D der Fig. 9 und

Fig. 12 eine Draufsicht auf die in Fig. 9 unten im Schnitt dargestellte Auflageplatte.

In Fig. 1 ist der obere Teil eines Elektronenstrahl-Erzeugungssystems im Vertikal-Längsschnitt schematisch dargestellt. In einem allgemein mit 1 bezeichneten Gehäuse sind die Strahlquelle und das elektronenoptische System in fester Lagebeziehung zueinander angeordnet. Auf einer Montageplatte 2, die am Rand einen Flansch 3 aufweist, ist in einem Paßsitz ein Isolierrohr 5 aufgebaut und befestigt, beispielsweise mittels Schrauben 4 a, das aus Keramik, Gießharz oder einem anderen geeigneten Isoliermaterial bestehen kann. In der Mitte des kreisringförmigen Sitzes 4, also konzentrisch zum Isolierrohr 5, ist eine Öffnung 6 für die Aufnahme einer rohrförmigen Anode 7 vorgesehen. Die Anode 7 ist in der Öffnung 6 in irgendeiner Weise befestigt, vorzugsweise eingeschraubt. Bei der dargestellten Ausführungsform hat die Anode 7 einen von oben nach unten zunehmenden Innenquerschnitt. Ihr kleinerster Querschnitt liegt also am oberen Ende, das durch einen aufgeschraubten oder anderweitig befestigten Sprühschutzring 8 mit abgerundeten Konturen gegen Spitzenentlastungen zu der darüber angeordneten Elektronenquelle geschützt ist. Unterhalb der Montageplatte 2 ist mit Abstand zu dieser eine Blende 9 am Anodenrohr 7 angebracht. In dem Raum zwischen dem Isolierrohr 5 und der Anode 7 ist die Montageplatte mit mehreren Pumpöffnungen 10 versehen. Auch außerhalb des Isolierrohres 5 enthält die Montageplatte 2 Pumpöffnungen 11.

Am oberen Ende des Isolierrohres 5 ist die Wehnelt-Elektrode 12 mittels einer Halterung 13 so befestigt, daß sie im Inneren des Isolierrohres 5 liegt. In der Nähe des oberen Endes des Isolierrohres 5 endet eine hochspannungsisolierte Zuleitung 14, in welcher

ίο die Leitungen für die Wehneltspannung, die Kathoden-Heizspannung und die Strahlspannung zusammengefaßt sind. Die Zuleitung 14 erstreckt sich im Inneren des Gehäuses 1 von einer Einführungsstelle 15 aus bis zu der in der Nähe der Wehnelt-Elektrode liegenden oberen Anschlußstelle 16. Von der Anschlußstelle 16 aus führen einfache, nicht besonders isolierte Leitungen 17,18,19 zu den entsprechenden, unter Hochspannung stehenden Teilen des Strahlerzeugungssystems, nämlich hier die Leitungen 17 und

ao 18 zu den noch zu beschreibenden Berührungskontakten für die Kathodenheizung und die Leitung 19 zur (metallischen) Halterung 13 der Wehnelt-Elektrode 12. Als Schutz gegen Sprühentladungen ist eine abgerundete Sprühschutzhaube 20 über die hochspannungsführenden Teile gesetzt. Die Sprühschützhaube 20 kann beispielsweise einen einwärts gebogenen unteren Rand aufweisen, der in eine Ringnut 21 der Wehnelthalterung 13 und des metallischen oberen Abschlusses 22 der hochspannungisolierten Zuleitung 14 einrastet. Die Wehnelthalterung 13 kann in irgendeiner Weise am oberen Ende des Isolierrohres 5 befestigt sein, beispielsweise wie in Fig. 1 dargestellt, mittels über ihren Umfang verteilter versenkter Spannungsschrauben 23. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform liegt die Einführungsstelle 15 der hochspannungsisolierten Zuleitung 14 in einem Randabschnitt der Montageplatte 2, und die Zuleitung 14 verläuft von dort aus schräg nach oben und innen.

Auf der Oberseite des Flansches 3 der Montageplatte 2 sitzt ein oberer Teil des Gehäuses in Form einer Haube 24 auf. Die Haube 24 besteht aus Isoliermaterial, beispielsweise Keramik oder Gießharz. Sie sitzt teilweise auf der Oberseite des Flansches 3 und teilweise auf der Oberseite eines in einer Ringnut 25 des Flansches 3 eingelegten elastischen Dichtringes 26 auf. Seitlich wird die Haube 24 durch einen hochstehenden Rand 27 des Flansches 3 geführt. Die Wandstärke und die Abmessungen der Haube 24 sind so gewählt, daß ein elektrischer Durchschlag der am oberen Ende der Zuleitung 14 und an der Sprühschutzhaube 20 liegenden Hochspannung zur Gehäuse-Außenseite nicht möglich ist. Die Höhe des Isolierrohres 5 und die Länge der hochspannungsisolierten Zuleitung 14 sind so groß gewählt, daß ein Überschlag der am oberen Ende der Zuleitung 14 und an der Sprühschutzhaube 20 liegenden Hochspannung zur Montageplatte 2 nicht möglich ist. Die Montageplatte 2 und die Anode 7, 8 liegen auf Erdpotential.

Die Haube 24 ist von einem Metallmantel 28 umgeben, der ebenfalls auf Erdpotential liegt und vornehmlich zur Abschirmung der in dem Gerät entstehenden Röntgenstrahlen dient.

Es versteht sich, daß die hochspannungsisolierte Zuleitung 14 an ihrer Einführungsstelle 15 vakuumdicht in das Gehäuse eingeführt ist, beispielsweise mit Hilfe von elastischen Dichtungsringen 29 und 30. Auch das obere Anschlußende 16 der Leitung 14 ist

vakuumdicht ausgeführt, beispielsweise ist die metallische Abschlußkappe 22 mittels eines in den oberen Rand der äußeren IsolierhüHe 31 der Leitung 14 eingelegten elastischen Dichtungsringes 32 gegen das Innere der IsolierhüHe 31 abgedichtet, und die Leitungen 17 und 18 für die Kathodenheizspannung sind vakuumdicht und isoliert durch die Abschlußkappe 22 hindurchgeführt. Da dem Fachmann zahlreiche Möglichkeiten vakummdichter Durchführungen geläufig sind, wird hier auf nähere Einzelheiten derartiger Durchführungen nicht weiter eingegangen.

Auf der Unterseite des Flansches 3 der Montageplatte 2 sitzt ein weiterer Gehäuseteil 33 vakuumdicht auf. Die Vakuumdichtung kann beispielsweise mittels eines elastischen Dichtungsringes 34 bewirkt sein, der in einer Nut des Flansches 3 einsitzt. Der Gehäuseteil 33 enthält das elektronenoptische System, zu dem bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform eine Elektromagnetspule 35, ein ringförmiger Polschuh 36 mit Manteljoch 37 und ein loser ringförmiger Polschuh 38 gehört. Diese Teile sind mit Hilfe nicht näher dargestellter Befestigungsmittel in vorgegebener Lage im Gehäuseteil 33 befestigt. Auch die Befestigung des Gehäuseteils 33 am Flansch 3 ist nicht näher dargestellt. In Fig. 1 ist jedoch angedeutet, wie mit Hilfe von drei über den Umfang des Gehäuses verteilten radialen Stellschrauben 39 ein Richtmittel für die gegenseitige radiale Ausrichtung des Gehäuseteils 33 und des Flansches 3 bzw. der Montageplatte 2 gebildet wird. Selbstverständlich kann der Gehäuseteil 33 auch einstückig mit der Montageplatte 2 und dem Flansch 3 ausgebildet sein. In diesem Fall sind natürlich die Richtmittel 39 nicht erforderlich, doch besteht andererseits dann auch keine mechanische Justiermöglichkeit zwischen dem elektronenoptischen System und dem Strahlerzeugungssystem. Als Richtmittel zwischen Gehäuseteil 33 und Flansch 3 kann auch ein Paßsitz vorgesehen sein.

Die Stromversorgung der Elektronenmeßspule 35 erfolgt über vakuumdicht eingeführte Leitungen 40, die durch an anderer als an der in Fig. 1 dargestellter Stelle nach außen führen können.

Die an den Gehäuseteil 33 weiter nach unten anschließenden Teile können beliebig ausgeführt sein und sind im Rahmen der Erfindung ohne Interesse. Sie werden deshalb nicht weiter besprochen und sind auch in den Figuren nicht dargestellt. An diese weiter unten liegenden Teile der Vorrichtung sind auch die Pumpleitungen zum Evakuieren des Gehäuses angeschlossen.

In diesem Zusammenhang verdient Erwähnung, daß das verhältnismäßig lange Anodenrohr 7, die Blende 9 und die Montageplatte 2 ein Blendensystem bilden, das den Übertritt von verdampftem Material aus dem unteren Teil der Apparatur in das Strahlerzeugungssystem weitgehend verhindert.

Die Wehnelt-Elektrode 12 ist in genau vorbestimmter Lage über ihre Halterung 13 an dem Isolierrohr 5 befestigt. Die Halterung 13 kann zu diesem Zweck einstückig mit der Wehnelt-Elektrode oder als Passung für die Wehnelt-Elektrode ausgebildet sein. In Fig. 1 ist die Wehnelt-Elektrode 12 an ihrem oberen Ende mit einem Außengewinde 41 und einem Anschlagrand 42 versehen und in einem dazu passenden Innengewinde der Halterung 13 eingeschraubt. Die Wehnelt-Elektrode besteht bei der dargestellten Ausführungsform aus einem zylindrischen Rohr 43, das an seinem unteren Ende ein Außengewinde 45 trägt, auf welches ein Wehnelt-Formstück 44, das den eigentlichen Wehneltzylinder bildet, aufgeschraubt ist. Der obere Endabschnitt 46 des Rohres 43 hat eine nach außen vergrößerte Wandstärke und einen zum oberen Ende hin zunehmenden Innendurchmesser. In dem Rohr 43 sitzt die noch zu beschreibende Kathodenhalterung 60 mit der Kathode 61. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind in den Fig. 2 und 3 die Kathodenhalterung und weitere Hilfsmittel weggelassen.

Wie insbesondere die vergrößerte Draufsicht Fig. 2 und der Querschnitt Fig. 3 zeigen, ist das Rohr 43 mit zwei diametral gegenüberliegenden inneren Axialnuten 47 und 48 versehen, die in dem oberen Endabschnitt 46 des Rohres 43 je einen verbreiterten und vertieften Endabschnitt 49 bzw. 50 aufweisen.

Die Nuten 47 und 48 gehen nicht bis zum unteren

. Ende des Rohres 43 durch, sondern enden vorher in Schultern 51 bzw. 52 (siehe Fig. 1 und 5). In einer

ao der Nuten, hier in die Nut 48 hinein, erstreckt sich eine Blattfeder 53, deren oberer Endabschnitt 54 nach außen umgebogen und auf der oberen Stirnfläche des Rohres 43 mit Hilfe einer Schraube 55 befestigt ist.

Zwischen den beiden Axialnuten 47 und 48 verläuft

as eine weitere, breitere Axialnut 56, die ebenfalls im oberen Endabschnitt 46 des Rohres 43 verbreitert und vertieft sein kann. Am unteren Ende geht diese Nut 56 bis zum Ende des Rohres 43, wie insbesondere aus Fig. 4 zu ersehen ist.

Die Kathodenhalterung 60 kann im Sinne der Fig. 1 von oben her in das Rohr 43 eingeschoben werden, bis sie sich in einer vorgegebenen Betriebslage befindet. Das Rohr 43, also im allgemeineren Sinn die Wehnelt-Elektrode 12, bildet einen Stecksitz für die Kathodenhalterung 60, die zu diesem Zweck entsprechend gestaltet ist.

Wie in den Fig. 1 und 4 bis 6 erläutert ist, besteht die Kathodenhalterung im wesentlichen aus zwei annähernd quaderförmigen metallischen Tragstücken 62 und 63, die zwei in Längsrichtung gegeneinander versetzte Durchbrüche 64 und 65 in quadratischem Querschnitt und einen diese Durchbrüche miteinander verbindenden Längsschlitz 66 aufweisen. An ihrem unteren Ende laufen die Tragstücke 62 und 63 in dachförmig abgeschrägte Kathodentragteile 67 und 68 aus, die durch je eine Schulter 69 bzw. 70 begrenzt sind. Durch die Durchbrüche 64 und 65 beider Tragstücke erstrecken sich zwei Stangen 71 und 72 aus Isoliermaterial, vorzugsweise Keramik.

In jedem Tragstück befindet sich eine Spannschraube 73 bzw. 74 in einer den Schlitz 66 durchsetzenden Bohrung 75. Das jenseits des Schlitzes 66 liegende Stück der Bohrung 75 ist mit Gewinde versehen, so daß durch Einschrauben der Spannschraube in dieses Gewinde die beiderseits des Schlitzes 66 liegenden Teile des betreffenden Tragstückes zusammengezogen werden können. Dadurch werden die Tragstücke auf den Stangen 71 und 72 festgeklemmt. Dieses Festklemmen der Tragstücke 62 und 63 auf den Stangen 71 und 72 erfolgt natürlich so, daß sich eine genau vorbestimmte räumliche Zuordnung der Tragstücke und der Stangen untereinander ergibt. Normalerweise braucht dieser Vorgang, der ja den Zusammenbau der Kathodenhalterung darstellt, nur einmal ausgeführt zu werden; beim Kathodenwechsel wird der Zusammenhalt zwischen Tragstück und Stangen nicht mehr gelöst. Die auf den Stangen 71 und 72 festgeklemmten Tragstücke 62 und 63 sind

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elektrisch gegeneinander isoliert, da die Stangen aus Isoliermaterial bestehen.

Die Länge der Stangen 71 und 72 ist so bemessen, daß sie mit leichtem Spiel in die Axialnuten 47 und 48 des Rohres 43 eingeführt werden können. Die Stangen und die Axialnuten bilden zueinander passende Orientierungsmittel, die der in das Rohr 43 der Wehnelt-Elektrode 12 eingeführten Kathodenhalterung 60 eine vorbestimmte Betriebslage relativ zur Wehnelt-Elektrode erteilen.

Bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Elektronenstrahl-Erzeugungssystemen wird die Kathodenhalterung von oben her in Strahlrichtung in die Wehnelt-Elektrode eingeführt. Dabei fallen also die Achse 76 der Einführungsbewegung und die Strahlachse zusammen. Um die Kathodenhalterung aus ihrem Stecksitz in der Wehnelt-Elektrode herausnehmen und wieder in den Stecksitz einführen zu können, ohne daß es notwendig ist, dabei den oberen Gehäuseteil in Form der Haube 24 abzunehmen und die Sprühschutzhaube 20 zu entfernen, ist einmal in der Sprühschutzhaube 20 eine entsprechende öffnung 77 vorgesehen und zum anderen Mal an einer im Einführungsweg der Kathodenhalterung liegenden Stelle des Gehäuses ein leicht lösbarer Gehäuseteil 78 angeordnet, der hier aus einem Schliffstopfen besteht. Die Schlifffläche 79 kann etwa mit einem hochspannungsisolierten Silikonfett gedichtet sein. Vorzugsweise ist unterhalb der Schlifffläche ein vorspringender Wulst 57 vorgesehen, um überschüssiges Fett aufzufangen. Da an dem leicht lösbaren Gehäuseteil 78 keinerlei Armaturen oder Teile des Strahlkopfes befestigt sind, und da der Gehäuseteil 78 nur so groß zu sein braucht, daß ein Druchtritt der Kathodenhalterung 60 möglich ist, hat der Gehäuseteil 78 nur ein geringes Gewicht und kleine Abmessungen, so daß er bequem von Hand bewegt werden kann.

Die Führung der in die Wehnelt-Elektrode eingeschobenen Kathodenhalterung durch den Eingriff der als Führungsteile wirkenden Stangen 71 und 72 in die von den Axialnuten 47 und 48 gebildeten Führungsbahnen reicht allein noch nicht aus, um eine genau reproduzierbare Betriebslage der Kathodenhalterung sicherzustellen. Es müssen nämlich die Stangen 71 und 72 ein geringfügiges Spiel in den Führungsbahnen 47 und 48 haben, damit eine Einführung der Kathodenhalterung leicht möglich ist und bei den im Betrieb auftretenden Temperaturerhöhungen keine übermäßigen mechanischen Spannungen entstehen können. Es sind deshalb weitere Orientierungsmittel vorgesehen, die die Kathodenhalterung sowohl in zwei zueinander senkrechten Richtungen radial zur Achse 76 der Einführbewegung als auch in Richtung der Einführbewegung gegen Bezugsflächen drücken. In den beiden zur Achse 76 senkrechten Richtungen wird die Kathodenhalterung durch zwei Federvorrichtungen beaufschlagt, und zwar einmal von der schon beschriebenen Blattfeder 53 in der einen Axialnut 48 und zum anderen Mal von zwei Kontaktfedern 80 und 81, die auf einer in der Axialnut 56 mit Abstand von der Innenwand des Rohres 43 angeordneten Kontakttragplatte 82 angeordnet sind. Die Kontakttrageplatte 82 besteht aus Isoliermaterial, vorzugsweise Keramik, und ist am unteren Ende des Rohres 43 mit Hilfe eines Unterlegestückes 83 und mittels mehrerer Schrauben 84 und 85 am Rohr 43 befestigt.

Die Kontaktfedern 80 und 81 legen sich beim Einführen der Kathodenhalterung an die dem Kopf der Spannschraube 74 gegenüberliegenden Flächen der Tragstücke 62 und 63, und zwar legt sich die eine Kontaktfeder 80 an das eine Tragstück 63, und die andere Kontaktfeder 81 legt sich an das andere Tragstück 62. Dadurch werden die Tragstücke von den Kontaktfedern weg gedrückt, und die Führungsstangen 71 und 72 werden an die Bezugsflächen 86 bzw. 87 der axialen Führungsnuten 47 bzw. 48 gedrückt.

ίο Diese Seitenflächen wirken also als Bezugsflächen in Richtung der Kraftwirkung der Kontaktfedern 80 und 81, während in der dazu senkrechten Radialrichtung die mittlere Fläche der der Blattfeder 53 gegenüberliegenden Führungsnut 47 als Bezugsfläche wirkt.

Schließlich werden als dritte Bezugsfläche für die Lokalisierung in Strahlrichtung die das Ende der Axialnuten 47 und 48 bildenden Schultern 51 und 52 verwendet. Zu diesem Zweck sind, die mit den Kontaktfedern 80 und 81 zusammenwirkenden Be-

ao reiche der Tragstücke 62 und 63 so ausgebildet, daß die Kontaktfedern eine zu den Schultern 51 und 52 hin gerichtete Kraftkomponente auf die eingeführte Kathodenhalterung ausüben, und zwar sind die von den Kontaktfedern beaufschlagten Flächen der Tragstücke schräg ausgebildet. Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, besteht die dort dargestellte, von der Kontaktfeder 80 erfaßte Fläche aus einem ersten Flächenabschnitt 88, der in Einführrichtung schräg von der Achse der Einführungsbewegung weg verläuft, und einen darunter anschließenden zweiten Flächenabschnitt 89, der in Einführungsrichtung schräg zur Achse der Einführbewegung hin verläuft. Aus Fig. 4 ist klar ersichtlich, daß die Kathodenhalterung 60 beim Einschieben in das Rohr 43 mit der Kontaktfeder 80 eine Rastvorrichtung bildet, und zwar wird bei der dargestellten doppelten Kontaktfeder 80 zuerst der obere Teil und dann der untere Teil der Kontaktfeder 80 von dem Buckel zwischen den Flächenabschnitten 88 und 89 überfahren, wobei jedesmal eine nach oben gerichtete Kraftkomponente verschwindet und eine nach unten gerichtete Kraftkomponente neu auftritt. In der in Fig. 4 dargestellten Betriebslage üben die Kontaktfedern 80 und 81 (nicht dargestellt) sowohl eine nach rechts als auch nach unten gerichtete Kraft auf die Kathodenhalterung aus. Dadurch und durch die Wirkung der in Fig. 5 zu erkennenden Blattfeder 53 wird also die Kathodenhalterung in den drei räumlichen Koordinatenrichtungen gegen Bezugsflächen gedrückt und exakt in ihrer Betriebslage gehalten.

Die dargestellte Ausführungsform ist insofern besonders einfach, als die Kontaktfeder 80 und 81 gleichzeitig zur Zuführung des Kathodenheizstroms und des Emissionsstroms dienen. Die Stromzuführung zur Kathodenhalterung 60 erfolgt also über Berührungskontakte, nämlich die Kontaktfedern 80 und 81, die sich beim Einführen der Kathodenhalterung in ihren Stecksitz in der Wehnelt-Elektrode selbsttätig schließen. Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist die zweifach abgebogene Kontaktfeder mittels zweier Schrauben 90, 91, Muttern 94, 95 und Unterlegscheiben 92, 93 an der Kontakttragplatte 82 befestigt; natürlich sind auch andere Befestigungsarten, beispielsweise durch Nietung, möglich.

Die Kathode 61 besteht bei den dargestellten Ausführungsformen aus einem vorgeformten V-förmigen Wolframband. Die Schenkel 96, 97 der V-Form dienen als Anschlußabschnitte, und der die Schenkel verbindende Steg 98 bildet die eigentliche Emissionsflä-

ehe. Wie aus den Fig. 4 und 5 ohne weiteres ersichtlich ist, sitzt die Kathode 61 auf den passend zu ihr dachförmig abgeschrägten Kathodentragteilen 67 und 68 der Tragstücke 62 und 63 auf und liegt mit ihren freien Enden an den Schultern 70 und 71 an. Die Anschlußabschnitte 96 und 97 der Kathode sind auf den Kathodentragteilen 67 und 68 durch Klemmhebel 99 und 100 festgeklemmt. Jeder der Klemmhebel ist in Lagerböcken 101,102 mittels eines Lagerstifts 103,104 drehbar gelagert und kann durch Anziehen einer Klemmschraube 105,106, die sich an dem Tragstück 62, 63 abstützt, gegen die aufgesetzte Kathode gepreßt werden. Da die beiden Tragstücke gegeneinander und gegen die Wehnelt-Elektrode elektrisch isoliert und an die Kontaktfedern 80, 81 angeschlossen sind, ist die Kathode in der gewünschten Weise an die Kontaktfedern 80, 81 elektrisch angeschlossen. Die Verbindungen zwischen den Kontaktfedern 80,81 und den entsprechenden Adern der Zuleitung 14 kann in jeder beliebigen Weise erfolgen, beispielsweise mit Hilfe der Leitungen 17 und 18 (Fig. 1), die über eine Isolierstütze 107 herausgeführt und mit den Mittelteilen der Kontaktfedern 80, 81 verbunden, beispielsweise verschweißt sind (Fig. 4). Beim Anklemmen einer vorgeformten Kathode 61 an die Kathodenhalterung kommt es darauf an, daß die Kathode auf eine genau bestimmte Stelle der dachförmigen Kathodentragteile 67, 68 aufgesetzt wird. Dies kann erfindungsgemäß mit Hilfe einer Lehreneinrichtung erfolgen, in welcher eine Kathode bereitgehalten wird und nach Aufsetzen der Lehre auf die Kathodenhalterung in einer genau definierten Lage auf die Kathodentragteile aufgesetzt werden kann. Im einfachsten Fall kann eine solche Lehreneinrichtung aus einer V-förmigen kappenartigen Schablone bestehen, die genau passend auf die Kathodentragteile aufgesetzt werden kann, einen Paßschlitz für die Kathode aufweist und dünner als die Kathode ist, so daß sie nach dem Festklemmen der Kathode wieder abgezogen werden kann. Besonders vorteilhaft ist eine Lehrenvorrichtung, in welcher gleichzeitig die Formung des Kathodenbandes erfolgt und die Stelle, an der das geformte Kathodenband auf die Kathodentragteile der Kathodenhalterung aufgesetzt wird, mittels einer Justiervorrichtung einstellbar ist; für die Ausrichtung zwischen der Lehrenvorrichtung und der Kathodenhalterung werden dabei zweckmäßig diejenigen Teile der Kathodenhalterung als Orientierungs-Bezugselemente verwendet, die auch im tatsächlichen Betrieb als Bezugselemente dienen, d.h. hier die mit den Bezugsflächen 86, 87 der Nuten 47, 48 zusammenwirkenden Bereiche der Stangen 70, 71. Es können aber statt dessen auch Führungshilfsmittel an den Kathodentragteilen 67 und 68 vorgesehen sein, die die Kathode beim Aufsetzen in die richtige Lage bringen. So können beispielsweise in den nicht von den Klemmhebeln erfaßten Abschnitten der dachförmigen Auflageflächen in der Nähe der Schultern 70, 71 zwei nebeneinanderliegende Erhebungen vorgesehen sein, zwischen denen der Anschlußabschnitt der Kathode passend eingelegt werden kann. Bei genügend dicken Kathodenbändern können auch entsprechend flache Führungsnuten in den dachförmigen Anlageflächen vorgesehen sein. Derartige oder ähnliche Möglichkeiten sind in den Zeichnungen nicht dargestellt; es versteht sich jedoch, daß die Kathode an einer genau definierten Stelle der Kathodentragteile aufgesetzt werden muß.

Um ein Bedampfen der zwischen den Tragstücken 62, 63 liegenden Abschnitte der Stangen 71, 72 mit Kathodenmetallen zu verhindern, ist in der aus Fig. 5 ohne weiteres ersichtlichen Weise eine Blende 108 vorgesehen.

Das Herausnehmen und Einführen der Kathodenhalterung erfolgt zweckmäßig mit Hilfe eines Schlüssels, der in irgendeiner Weise mit der Kathodenhalterung in Eingriff treten kann. Beispielsweise sind bei

ίο der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform zusätzliche Öffnungen 109 in den Tragstücken vorgesehen, die als Verankerungsmittel für einen Schlüssen dienen können. Selbstverständlich kann der Schlüssel so konstruiert sein, daß er während des Einführens der Kathodenhalterung ebenfalls als Führung wirkt, insbesondere bei der Annäherung der Kathodenhalterung an die Wehnelt-Elektrode. Durch die nach oben (zum Einführungsende hin) verbreiterten und vertieften Nuten 47, 48 (Fig. 2) ergibt sich ein bequemes und

ao sicheres Einführen der Kathodenhalterung. Falls die Möglichkeit, die Kathodenhalterung versehentlich um 180° um die Einführachse verdreht einzuführen, mit absoluter Sicherheit ausgeschlossen werden soll, können verschiedene, dem Fachmann naheliegende Maßnahmen ergriffen werden. Beispielsweise können die Nuten 47 und 48 verschieden breit und die entsprechenden Enden der Führungsstangen 71 und 72 entsprechend verschieden dick ausgeführt sein, so daß ein Einführen überhaupt nur mit der richtigen Orientierung möglich ist. Im allgemeinen wird es jedoch genügen, in der Nähe des leicht lösbaren Gehäuseteils 78 auf dem Gehäuse eine Markierung anzubringen, die eindeutig auf die richtige Lage beispielsweise der Spannschraubenköpfe 74 hinweist.

In den Fig. 7 bis 12 ist eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektronenstrahl-Erzeugungssystems dargestellt, die sich wegen der bei ihr betroffenen besonderen Kühlmaßnahmen besonders für Schweißmaschinen mit hoher Strahlleistung eignet. Im folgenden Teil der Beschreibung sind Teile, die analog bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 6 vorkommen, mit jeweils um 500 vergrößerten Bezugszeichen; neue Teile haben Bezugszeichen über 700. Im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist bei der Schweißvorrichtung nach Fig. 7 das die Wehnelt-Elektrode 512 tragende Isolierrohr 505 gleichzeitig Gehäusewand. Es ist dicker ausgebildet als das Isolierrohr 5 der Fig. 1, damit es auch ohne eine zusätzliche Vakuumstrecke eine ausreichende Isolierung bietet. Die Konstruktion hat den Vorteil, daß sich die während des Betriebes von der Elektronenquelle entwickelte Wärme leichter nach außen abführen läßt. Außerdem werden die Abmessungen des Gehäuses verkleinert.

Wie aus Fig. 7 zu ersehen ist, ist am unteren Rand des Isolierrohres 505 ein metallischer Ringflansch 503 vakuumdicht befestigt. Das Isolierrohr besteht vorzugsweise aus mit mineralischem Füllstoff versetztem Gießharz, und der Flansch 503 wird bei der Herstellung des Isolierrohres während des Formvorganges (z. B. Gießen und Aushärten) mit dem Isolierrohr verbunden. Zu diesem Zweck ist der Flansch 503 mit einem im Radialschnitt kugelähnlichen Verankerungsprofil 701 versehen, das einen unlösbaren Sitz im Isolierrohr 505 sicherstellt.

Der innere Rand 702 des Flansches 503 ist als Pas ■ sung ausgebildet, und außerdem ist auch ein äußerer Randabschnitt 703 des Flansches 503 als Passung be-

arbeitet. Noch weiter außen als dieser äußere Randabschnitt 703 ist am Flansch 503 eine Dichtfläche 704 ausgebildet, die mit einer elastischen Ringdichtung 705 eines unteren Gehäuseteils 533 dichtend zusammenwirkt. Der untere Gehäuseteil 533 besitzt weiter einen Innenrand 706, der mit dem schon genannten äußeren Randabschnitt 703 des Ringflansches 503 eine Passung bildet. Das Isolierrohr 505 kann also dank dieser Passung vom unteren Gehäuseteil abgenommen und wieder auf diesem aufgesetzt werden, ohne daß die für die Geometrie des Strahls maßgebenden Größen sich in merklichem Ausmaß ändern. Der untere Gehäuseteil 533 steht wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 in vorgegebener Lagebeziehung zum elektronenoptischen System und den weiteren Einrichtungen der Schweißmaschine. Darauf wird hier nicht weiter eingegangen.

Der als Passung ausgebildete innere Rand 702 des Flansches 502 dient zur Lokalisierung einer metallischen, mit Pumpöffnungen 510 versehenen Montageplatte 502, in welcher ähnlich wie in Fig. 1 eine rohrförmige Anode 507 mit einer aufgeschraubten Anodenblende 508 zentrisch befestigt, beispielsweise eingeschraubt ist. Die Passung zwischen der Montageplatte 502 und dem Flansch 503 ist durch einen hochstehenden abgerundeten Sprühschutzkragen 707 geschützt. Die Passung bei 702 kann auch als Verschraubung ausgebildet sein.

Im oberen Teil des Isolierrohres ist nahe an dessen Innenwand ein Tragring 708 verankert, beispielsweise eingegossen, dessen innerer, mit Gewinde und Passung 709 versehener Rand frei liegt und zur Befestigung einer ringförmigen Wehnelthalterung 513 dient. Vorzugsweise wird der Tragring 708 in Form einzelner getrennter Segmente, die gegeneinander einen geringen Umfangsabstand haben, in das Isolierrohr 505 eingegossen; die Passung 709 wird erst nach dem Aushärten des Isolierrohres bearbeitet. Dadurch wird das Entstehen mechanischer Spannungen im Tragring oder im Isolierrohr während des Aushärtevorgangs des Gießharzes verhindert und ein Einfluß von Schwundtoleranzen auf die Passungen ausgeschaltet. Die Wehnelthalterung 513 ist in der üblichen Weise mit abgerundeten Kanten ausgeführt und enthält eine Rindplatte 710, die von Öffnungen 711 durchbrochen ist. An die Mittelöffnung der Ringplatte 710 setzt sich die Wehnelt-Elektrode 512 einstückig fort, statt dessen kann natürlich auch die Wehnelt-Elektrode als getrenntes Bauteil ausgeführt und in die Ringplatte eingepaßt sein. Da bei einem Kathodenwechsel die gegenseitige Lage des Isolierrohres 505, der Anode 507, der Wehnelt-Elektrode 512 und des unteren Gehäuseteils 533 nicht verändert wird, soll im folgenden auf die Halterung und Lokalisierung dieser Teile nicht mehr näher eingegangen werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 wird eine Kathodenhalterung560 benutzt, deren Positionierung durch zwei senkrecht zueinander angeordnete Schneidenlager erzielt wird, die in unmittelbarer Nähe der Kathode liegen. Die Wehnelt-Elektrode ist wieder als Stecksitz für die Kathodenhalterung ausgebildet. Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 besteht die Wehnelt-Elektrode aus einem Rohr 543 und einem daran befestigten, beispielsweise angeschrauben Formstück 544, das den eigentlichen Wehneltzylinder bildet. Bei der dargestellten Ausführungsform ist in das Rohr 543 ein Zwischenrohr 712 passend eingefügt, das als Träger für aus isolierendem Material bestehende Kontakttragplatten 582,582e dient und eine radiale Schulter 713 als Anschlag für den oberen Rand des Formstücks 544 sowie eine Passung 545 für den seitlichen oberen Rand des Formstücks 544 aufweist.

Außerdem ist in eine Ausnehmung am unteren Rand des Zwischenrohres 712 noch ein Gewindering 714 eingeschraubt. Der nach außen vorspringende obere Rand des Formstücks 544 liegt zwischen der Schulter 713 und dem Gewindering 714 an der Passung 545

ίο an. Im oberen Teil des Rohres 543 ist ein Innengewinde 715 vorgesehen, welches zum Einschrauben eines Gewinderinges 716 dient, der dabei das Zwischenrohr 712 mit dem daran angeschraubten Gewindering 714 und den oberen Rand des Form-Stücks 544 zu einer starren Einheit zusammenpreßt. Auf der Innenseite des das Formstück 544 nach unten abschließenden Bodens ist eine ebenfalls mit Mittelloch versehene Auflagescheibe 717 befestigt, beispielsweise mittels Schrauben angeschraubt. Wie die

ao Draufsicht Fig. 12 und die Schnittansicht im unteren Teil der Fig. 9 erkennen lassen, sind in der Oberseite dieser Auflagescheibe 717 zwei zueinander senkrechte Schneidenlager 718 und 719 ausgebildet.
Bei der dargestellten Ausführungsform kann nicht

as nur die Kathodenhalterung herausgenommen werden, sondern es lassen sich auch die das Beschleunigungsfeld bestimmenden Teile, die lösbar in Passungen angeordnet sind, durch die vom leicht lösbaren Gehäuseteil 578 verschlossene Öffnung 577 aus dem Gehäuse entnehmen. Dies ist in gewissen Zeitabständen zum Zweck der Reinigung erforderlich. Nach dem Losschrauben des Gewinderinges 716 und dem Lösen der Steckverbindungen 734 kann der Zwischenring 712 mit den daran befestigten Teilen, z.B. den Teilen 544 und 714, nach oben herausgezogen werden. Zu diesem Zweck läßt sich mit Vorteil ein (nicht dargestellter) Schlüssel verwenden, der in passende Eingreifteile, z.B. Nuten oder Vorsprünge (nicht dargestellt) im Zwischenring 712, eingreifen kann. Nach Entfernung des Zwischenringes 712 und der damit verbundenen Teile kann auch die Anodenblende 508 mittels eines Schlüssels losgeschraubt und das Rohr 543 hindurch nach oben herausgezogen werden. Der Außendurchmesser der Anodenblende 508 ist kleiner als der kleinste freie Durchmesser des Rohres 543, und die Anodenblende ist zweckmäßig ebenfalls mit Schlüssel-Eingriffmitteln versehen, beispielsweise mit den in Fig. 7 angedeuteten Nuten 739. Auch beim Herausnehmen und Wiedereinsetzen der genannten, für das Beschleunigungsfeld bestimmten Teile bleibt infolge der verwendeten Passungen dieser Teile die Strahlgeometrie unverändert.

Die Kathodenhalterung besteht wieder aus zwei gegeneinander elektrisch isolierten Tragstücken 562, 563, die wie die Tragstücke 62, 63 der Ausführungsform nach Fig. 1 mit einer ersten Schrägfläche 588 und einer zweiten Schrägfläche 589 versehen sind. Am unteren Ende laufen die Tragstücke 562, 563 in Kathodentragteile 567, 568 aus, die mit dachförmig abgeschrägten Anlageflächen und Schultern 570,571 für die Auflage der Kathode 561 versehen sind. Statt der Klemmhebel der Fig. 1 sind hier einfache Klemmstücke 599, 600 mit Klemmschrauben 605, 606 dargestellt.

Der Aufbau der Kathodenhalterung und insbesondere der Zusammenhalt der beiden Tragstücke 562, 563 geht aus den Fig. 8 bis 12 hervor. Zwischen die Tragstücke 562, 563 sind zwei Keramikstücke 571,

572 eingefügt, die in ihren Mittelabschnitten bis auf kreiszylindrische Stege 720, 721 verjüngt sind. Die Stege sind so lang, daß auf jedem Steg zwei metallische Spannbänder 722, 723 bzw. 724, 725 mit gegenseitigem Abstand nebeneinander Platz haben. Je eines der Spannbänder ist mit dem einen Tragstück 563 verbunden und kann mittels einer Spannschraube 726 bis 729 angezogen werden. Dadurch werden die Tragstücke 562, 563 mit den Keramikstücken 571, 572 zu einer Einheit verbunden. Die unteren Enden der Keramikstücke 571, 572 sind als zueinander senkrechte und zu den Schneidenlagern 718, 719 passende Schneiden 730, 731 ausgebildet. Die Schneide 730 wird durch zwei mit Abstand angeordnete kurze Schneidenstücke 739, 740 gebildet. Die Schneiden und Schneidenlager bilden die Orientierungsmittel für die reproduzierbare Lokalisierung der Kathodenhalterung relativ zur Wehnelt-Elektrode.

Wie aus Fig. 7 zu entnehmen ist, sind ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 die an den Kontakttragplatten 582, 582a befestigten Kontaktfedern 580, 581 so angeordnet, daß sie beim Einführen der Kathodenhalterung rastend mit den Schrägflächen 588, 589 der Tragstücke 562, 563 zusammenwirken und in der Betriebslage, die in Fig. 7 dargestellt ist, eine nach unten, d.h. zum Stecksitz hin gerichtete Kraftkomponente auf die Kathodenhalterung ausüben. An den Kontaktfedern 580,581 sind die Zuleitungen 517, 518 für den Kathodenheizstrom angeschlossen. Da die Kathodenhalterung nur mit ihren Keramikschneiden und über die Kontaktfedern 580, 581 mit der Wehnelt-Elektrode in Verbindung steht und von diesen Verbindungen die Kontaktfedern ein weitaus höheres Wärmeleitvermögen haben, fließt nahezu der gesamte auf Wärmeleitung entfallende Wärmestrom von den Tragstücken 562, 563 über die Kontaktfedern 580,581 und die Zuleitungen 517,518 ab. Wegen des relativ hohen Heizstrombedarfs der Kathode müssen die Kontaktfedern und die Zuleitungen einen auch die Wärmeleitung begünstigenden großen Querschnitt aufweisen. Um Beschädigungen des Isolierrohres 505 und der sonstigen Kunststoffgußteile zu verhindern, muß dafür gesorgt werden, daß die Temperatur der mit diesen Teilen in Berührung tretenden Bauteile genügend niedrig gehalten wird. Zu diesem Zweck sind die am Gehäuse bzw. dem Isolierrohr befestigten Halterungen für die Zuleitungen und die Wehnelt-Elektrode so großflächig anliegend ausgebildet, daß sich der Wärmestrom auf einen verhältnismäßig großen Querschnitt verteilt. Dementsprechend haben die Haltemittel für die Wehnelt-Elektrode 512, d.h. also letztlich der eingegossene Tragring 708, infolge ihres gewählten Profils eine verhältnismäßig große Berührungsfläche mit dem Isolierrohr 505, so daß eine örtliche Überhitzung des Isolierrohres durch den von der Wehnelt-Elektrode über den Tragring 708 abfließende Wärmestrom verhindert wird. Zusätzlich wirken die Haltemittel, insbesondere die ringförmige Wehnelthalterung, infolge ihrer großen Oberfläche als Kühlfahnen zur Strahlungskühlung. Ebenso sind an den Zuleitungen 517 und 518 Maßnahmen zur Wärmeabfuhr vorgesehen, und zwar sind die Zuleitungen an kreisringsektorförmige Kühlfahnen 732, 733 angeschlossen, beispielsweise angeschweißt oder über Steckerverbindungen 734. Auch die zur Zuführung der Wehneltspannung dienende Leitung 519 ist bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform an eine kreisringsektorförmige Kühlfahne angeschlossen. Bei dieser Ausführungsform sind also insgesamt drei solcher Kühlfahnen vorgesehen. Diese Kühlfahnen sind, wie aus Fig. 7 zu ersehen ist, auf der Innenseite eines am oberen Ende des Isolierrohres 505 einstückig mit diesem nach innen

', vorspringenden Randabschnitts 524 mit flächiger Berührung angebracht, beispielsweise angegossen oder angekittet. Der über die Leitungen 517, 518 und 519 angelieferte Wärmestrom verteilt sich also auf die gesamte Fläche der Kühlfahne, so daß deren Temperatur so niedrig bleibt, daß eine schädliche örtliche Überhitzung des Isoliermaterials verhindert wird. An allen Stellen ist die Dicke der zwischen den auf Hochspannung liegenden Teilen und der Gehäuse-Außenseite vorhandenen Isolierschicht so bemessen, daß ein Durchschlag nicht möglich ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 liegt keine Vakuumstrecke zwischen den Halterungen der heißen Teile und der Gehäuse-Außenseite, sondern nur eine zur elektrischen Isolie-

ao rung ausreichend dicke Schicht eines Isoliermaterials, die selbst einen Teil des Gehäuses darstellt.

Die nach Fig. 7 vorgesehene metallische Umhüllung 735 des Gehäuses liegt dicht und daher mit gutem Wärmeleitkontakt an der Außenseite des Isolierkör-

s5 pers an. Die Umhüllung 735 liegt, wie üblich, im wesentlichen auf Erdpotential. Außerdem kann noch ein Strahlenschutzmantel 528 vorhanden sein. Um zwischen den Strahlenschutzmantel 528 und der metallischen Umhüllung 735 einen guten Wärmeleitkontakt herzustellen, kann der Strahlenschutzmantel in einem unterhalb des Strahlerzeugungssystems liegenden Umfangsbereich gegen das innere Gehäuse abgedichtet sein, beispielsweise durch einen elastischen Dichtring 736, und der Zwischenraum 737 zwischen Gehäuse 505 und Strahlenschutzmantel 528 kann mit einem gut wärmeleitenden Medium gefüllt sein. Es kann auch ein Kühlmedium, etwa Luft oder Wasser, durch den Zwischenraum 737 gepumpt werden.

Für das Einführen und Herausnehmen der Kathodenhalterung sind bei der Ausführungsform nach Fi g. 7 ganz ähnliche Maßnahmen wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 getroffen. Die von dem Randabschnitt 524 des Isolierrohres 505 begrenzte Mittelöffnung 577 und die von den kreisringsektorförmigen

Kühlfahnen 732, 733 in ihrer Mitte freigelassene Öffnung sind so bemessen, daß die Kathodenhalterung 560 ohne Schwierigkeiten hindurchgeführt werden kann. Die Mittelöffnung 577 ist durch einen leicht lösbaren Gehäuseteil 578 in Form eines Schliffstopfens verschlossen. Die Schlifffläche 579 ist beispielsweise mit einem hochspannungsisolierenden Silikonfett gedichtet. Für das Erfassen der Kathodenhalterung mit einem Schlüssel sind entsprechende Verankerungsmittel an der Kathodenhalterung vorgesehen, bei- spielsweise in Form der in den Fig. 7, 9 dargestellten Öffnung 609, in die etwa ein beweglicher Stift des Schlüssels eingreifen kann. Die Oberseite des Gehäuses ist von einem entsprechend stark bemessenen metallischen Abschirmdeckel 738 bedeckt, so daß sich eine lückenlose Abschirmung des Strahlerzeugungssystems ergibt.

Der Anschluß der auf hohem Potential liegenden elektrischen Versorgungsleitungen ist in Fig. 7 nicht dargestellt. Es ist klar, daß von den drei Kühlfahnen 732, 733 aus entsprechende Leitungen zu einem mehradrigen Hochspannungsanschluß führen, der beispielsweise seitlich in das Gehäuse eingeführt ist und als Hochspannungs-Steckverbindung ausgeführt

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sein kann.

Es sind zahlreiche andere Ausführungsformen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So kann beispielsweise statt der in den Fig. 7 bis 12 dargestellten Schneidenlagerung auch eine Drei-

punktlagerung vorgesehen sein, und es können auch die bei einem Kathodenwechsel nicht bewegten Teile lösbar und in eng tolerierten Passungen sitzend ausgebildet sein, um den Auseinanderbau der Maschine ohne Störung der Aufbaugeometrie zu ermöglichen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Elektronenstrahl-Erzeugungssystem mit einer aus auswechselbarer Kathode, Kathodenhaiterung, Wehnelt-Elektrode und Anode bestehenden Strahlquelle und einem ein elektronen-optisches System aufweisenden evakuierbaren Gehäuse, das einen leicht lösbaren Gehäuseteil aufweist, der in gelöstem Zustand das Auswechsein der Kathode ermöglicht, wobei die Wehnelt-Elektrode und die Anode in fester Lagebeziehung zueinander im Gehäuse angeordnet sind und die Kathodenhalterung gegen die Wehnelt-Elektrode abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wehnelt-Elektrode (12; 512) einen Stecksitz für die Kathodenhalterung (60; 560) aufweist, und daß die Wehnelt-Elektrode und die Kathodenhalterung mit zueinander passenden Orientierungsmitteln (71, 72; 47, 48, 51; 730, 731, 718, 719) versehen sind, die der in den Stecksitz eingeführten Kathodenhalterung eine vorbestimmte und unveränderliche Betriebslage relativ zur Wehnelt-Elektrode erteilen.

2. Elektronenstrahl-Erzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenhalterung (60; 560) in Strahlrichtung in den Stecksitz (43) einführbar ist.

3. Elektronenstrahl-Erzeugungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wehnelt-Elektrode (12; 512) mit wenigstens einer Führungsbahn (47,48) versehen ist, daß die Kathodenhalterung (60; 560) wenigstens einen zur Führungsbahn passenden Führungsteil (71, 72) aufweist, der beim Einführen der Kathodenhalterung in den Stecksitz (43) mit der Führungsbahn mit gegenseitigem Spiel in Eingriff tritt, und daß wenigstens zwei um die Achse (76) der Einführbewegung der Kathodenhalterung herum gegeneinander versetzte Federvorrichtungen (53, 80, 81) vorgesehen sind, die die in den Stecksitz (43) eingeführte Kathodenhalterung gegen wenigstens zwei Bezugsflächen (47, 86, 87) drücken und dadurch die Lage der Kathodenhalterung in bezug auf die Strahlachse (76) bestimmen.

4. Elektronenstrahl-Erzeugungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahnen (47, 48) in bezug auf die Achse (76) der Einführbewegung der Kathodenhalterung (60; 560) im wesentlichen parallel und einander diametral gegenüberliegend angeordnet sind, daß eine der Federvorrichtungen (53,80, 81) aus wenigstens einer in der einen Führungsbahn (48) angeordneten Blattfeder (53) besteht, die die eingeführte Kathodenhalterung gegen die als die eine Bezugsfläche dienende andere Führungsbahn (47) drückt.

5. Elektronenstrahl-Erzeugungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (76) der Einführbewegung der Kathodenhalterung (60; 560) mit der Strahlachse zusammenfällt.

6. Elektronenstrahl-Erzeugungssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Federvorrichtung ebenfalls aus wenigstens einer Blattfeder (80) besteht, die an der eingeführten Kathodenhalterung (60; 560) federnd angreift.

7. Elektronenstrahl-Erzeugungssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der mit den Federvorrichtungen (80, 81) zusammenwirkenden Bereiche (89) der Kathodenhalterung (60; 560) so ausgebildet ist, daß die an ihm angreifende Federvorrichtung (80, 81) eine zu den Bezugsflächen (86, 87) hin gerichtete Kraftkomponente auf die eingeführte Kathodenhalterung ausübt.

8. Elektronenstrahl-Erzeugungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der mit den Federvorrichtungen (80, 81) zusammenwirkenden Bereiche der Kathodenhalterung als Schrägfläche (88) ausgebildet ist, die in Richtung der Einführbewegung von der Achse (76) der Einführbewegung weg verläuft.

9. Elektronenstrahl-Erzeugungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der mit den Federvorrichtungen (80, 81) zusammenwirkenden Bereiche der Kathodenhalterung wenigstens einen ersten Flächenabschnitt (88) aufweist, der in Einführrichtung schräg von der Achse der Einführbewegung weg verläuft, und einen in Einführrichtung daran anschließenden zweiten Flächenabschnitt (89), der in Einführrichtung schräg zur Achse der Einführbewegung hin verläuft.

10. Elektronenstrahl-Erzeugungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Flächenabschnitte (88, 89) und die damit in Eingriff tretende Federvorrichtung (80,81) eine Rastervorrichtung für die in den Stecksitz eingeführte Kathodenhalterung bilden.

11. Elektronenstrahl-Erzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung zur Kathodenhalterung über Berührungskontakte (80, 88; 580, 588) erfolgt, die sich beim Einführen der Kathodenhalterung in den Stecksitz schließen.

12. Elektronenstrahl-Erzeugungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Federvorrichtungen (80, 81) einen Teil der zur Zuführung des Heizstromes dienenden Berührungskontakte bilden.

13. Elektronenstrahl-Erzeugungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (61; 561) mit ihren Anschlußabschnitten (96, 97) auf als Paßstücke ausgebildete Kathodentragteilen (67, 68; 567, 568) der Kathodenhalterung (60; 560) festgeklemmt ist und daß für das Aufsetzen der Kathode auf die Kathodentragteile eine mit der Kathodenhalterung in Eingriff bringbare Lehrenvorrichtung vorgesehen ist, mit welcher die Kathode in einer vorbestimmten Lage auf die Kathodentragteile aufsetzbar ist.

14. Elektronenstrahl-Erzeugungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungsmittel (71, 72; 47, 48, 51; 730, 731, 718, 719) eine Dreipunktlagerung aufweisen.

15. Elektronenstrahl-Erzeugungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungsmittel (730, 731, 718, 719) zwei in einer zum Strahl radialen Ebene erstreckte und gegeneinander im Winkel versetzte Schneidenlager (718, 719) aufweisen.

16. Elektronenstrahl-Erzeugungssystem nach

einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenhalterung (60; 560) Verankerungsmittel (109, 609) aufweist, in die beim Auswechseln ein passender Schlüssel eingehängt werden kann.

17. Elektronenstrahl-Erzeugungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungsmittel (71, 72; 47, 48, 51; 730, 731, 718, 719) nahe an der Kathode angeordnet sind.