DE1515201A1

DE1515201A1 - Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels eines Korpuskularstrahles

Info

Publication number: DE1515201A1
Application number: DE19641515201
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys K H Steigerwald
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1964-08-08
Filing date: 1964-08-08
Publication date: 1969-06-19
Also published as: US3426173A; DE1515201B2; GB1087018A

Description

Dr. Expl.

TF15201

K.H. STEIGERWALD HEIDENHEIM / BRENZ

Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels eines Korpuskularstrahles

Es ist bekannt, mittels eines Korpuskularstrahles, beispielsweise eines Elektronenstrahles, Werkstücke zu bearbeiten. So ist es bekannt, mittels eines Korpuskularstrahles zu bohren, fräsen, schneiden, löten, schweißen, härten und sonstige Wärmebehandlungen durchzuführen.

Dabei wird üblicherweise das zu bearbeitende Werkstück in dem zur Erzeugung des Korpuskularstrahles notwendigen Vakuum angeordnet. Dies bringt vakuumtechnische Schwierigkeitm mit sich, da alle Einrichtungen zur Werkstückbewegung vakuumdicht in das Gehäuse eingeführt sein müssen. Außerdem sind zur Bearbeitung größerer Werkstücke große und deshalb aufwendige Vakuumräume erforderlich.

Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist es bekannt, das Strahlerzeugungsgerät mit einer aus mehreren, jeweils durch Blenden voneinander getrennten und jeweils mit einer Vakuumpumpe verbundenen Kammern bestehenden Druckstufenstrecke zu versehen und den Korpuskularstrahl in einen unter einem höheren Druck, beispielsweise unter Atmosphärendruck stehenden Raum auszuschleusen. Besonders das Ausschleusen des Strahles in die freie Atmosphäre ist vorteilhaft, da man auf diese Weise ein Werkstück ohne Behinderung durch eine Kammer bearbeiten kann. Dabei muß man jedoch eine Reihe von Nachteilen in Kauf nehmen. In erster Linie wird die Ausbreitung des Strahles in einem Raum höheren Druckes in bekannter Weise durch Diffusion gestört. Dabei verbreitert sich der Strahl sehr rasch, so daß sich bei weitem nicht die hohen Leistungsdichten wie im

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Vakuum erzielen lassen. Auch die Möglichkeiten der Strahlsteuerung, beispielsweise durch Strahlablenkung, werden schlechter als im Vakuum. Hinzu kommt die Tatsache, daß am Werkstück Röntgenstrahlung auftritt, die schwierige technische Schutzprobleme mit sich bringt.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, das Strahlerzeugungsgerät mit einer Druckstufe zu versehen und in Strahlrichtung gesehen hinter dieser Druckstufe ein Absperrventil anzuordnen. Die Strahlaustrittsöffnung selbst ist bei dieser Vorrichtung mit einer ringförmigen Dichtung versehen, welche auf die Werkstückoberfläche aufgesetzt wird. Der eigentliche Bearbeitungsraum wird hier also durch das Werkstück, die Dichtung und die Strahlaustrittsblende gebildet und ist sehr klein. Sobald die Dichtung auf das Werkstück aufgesetzt ist, wird das Absperrventil geöffnet und das vom Bearbeitungsraum eindringende Gas wird durch die an die Kammern der Druckstufenstrecke angeschlossenen Vakuumpumpen abgesaugt. Die Bearbeitung des Werkstücks erfolgt also hier in dem zur Erzeugung des KorpuskularStrahles notwendigen Vakuum. Diese Vorrichtung hat vor allem den Nachteil, daß nur kleine Stellen bearbeitet werden können und daß beim Wechsel von einer Bearbeitungsstelle zur nächsten jeweils der Auspumpvorgang von neuem durchgeführt werden muß.

Es ist nun das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels eines Korpuskularstrahles zu schaffen, welche frei ist von den Nachteilen der bekannten Vorrichtungen und welche zudem einige wesentliche Vorteile mit sich bringt. Vor allem soll mit der neuen Vorrichtung erreicht werden, daß auch beliebig große Werkstücke außerhalb des für die Strahlerzeugung notwendigen Vakuumsbearbeitet werden können.

Die Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels eines KorpuskularStrahles, der in einem

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Raum erzeugt wird, in dem ein von Atmosphärendruck verschiedener Ausgangsdruck herrscht. Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine auf das zu bearbeitende Werkstück aufgesetzte Bearbeitungskammer, durch eine diese Kammer umgebende, aus mehreren auf verschiedenen Drucken gehaltene Kammern bestehende Druckstufenstrecke, die in der Bearbeitungskammer einen zwischen dem Ausgangsdruck und Atmosphärendruck liegenden Druck aufrechterhält, sowie durch eine mit dem Gerät zur Erzeugung des Korpuskularstrahles verbundene, an sich bekannte Druckstufenstrecke zur Ausschleusung des Korpuskularstrahles in die Bearbeitungskammer, welche druckdicht und leicht lösbar mit dieser Kammer verbunden ist.

Das Werkstück wird hier also in einem Zwischenvakuum bearbeitet, das den jeweiligen Anforderungen an die Eigenschaften des Korpuskularstrahles an der Bearbeitungsstelle angepaßt ist. Das Zwischenvakuum ist auf jeden Fall so gewählt, daß der Korpuskularstrahl durch Diffusion nicht unzulässig verbreitert wird. Vor allem ist es auch möglich, das Zwischenvakuum so zu wählen, daß der Korpuskularstrahl einen Fadenstrahl bildet und daß auf diese Weise sein Fokussierungszustand in der Bearbeitungskammer günstig gestaltet wird. >

Das Zwischenvakuum in der Bearbeitungskammer wird durch die außerhalb der Kammer angeordnete Druckstufenstrecke aufrechterhalten, während die mit dem Strahlerzeugungsgerät verbundene Druckstufenstrecke den notwendigen Ausgangsdruck in diesem Gerät aufrechterhält. Es sind also zwischen Ausgangsdruck und Atmosphärendruck zwei getrennte Druckstufensysteme vorgesehen und zwar ein Innen- und ein Außenteil. Der Außenteil mit der Bearbeitungskammer kann jederzeit leicht ausgewechselt werden, so daß also die Vorrichtung schnell an verschieden geformte Werkstückoberflächen angepaßt werden kann. Der Außenteil mit der Bearbeitungskammer wird durch das im Inneren erzeugte Zwischenvakuum mit dem entsprechenden Druck auf die Werkstückoberfläche gepreßt.

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Die Bearbeitungskammer ist nur auf das Werkstück aufgesetzt und zwar beispielsweise mittels Laufrollen· Diese Laufrollen heben die offenen Ränder der Bearbeitungskammer derart vom Werkstück ab, daß zwischen ihnen und der Werkstückoberfläche ein möglichst feiner, freier Spalt verbleibt. Die durch diesen Spalt eindringende Luft wird durch das äußere Druckstufensystem abgesaugt. Die Bearbeitungskammer kann frei über das Werkstück bewegt werden, wobei eine laufende Bearbeitung des Werkstückes möglich ist.

Um den Ablauf des Bearbeitungsvorganges zu erleichtern, werden auf dem Werkstück zweckmäßig Schienen oder ähnliche Führungen vorgesehen oder vorübergehend angebracht, welche die Bearbeitungskammer entlang der Bearbeitungsstelle, beispielsweise einer Schweißnaht führen und auf diese ausrichten. Für den gleichen Zweck können Tast- und Messorgane, welche z.B. die Lage der zu verschweißenden Stelle bzw. Naht feststellen, innerhalb und außerhalb der Kammern eingesetzt werden.

Es ist vorteilhaft, die mit dem Strahlerzeugungsgerät verbundene innere Druckstufenstrecke und die Bearbeitungskammer über einen kegel- oder Kugelsitz miteinander zu verbinden. Dadurch ist ein leichtes und einfaches Auswechseln der Bearbeitungskammer möglich. Durch eine Auswahl von Bearbeitungskammern unterschiedlicher Vakuumeingenschaften und verschiedener Form ist es möglich, ein und dasselbe Strahlerzeugungsgerät an die verschiedensten Betriebsbedingungen und Werkstückformen an zupassen. Verwendet man einen Kugelsitz, so läßt sich die Bearbeitungskammer bis zu einem gewissen Grad beliebig gegen das Strahlerzeugungsgerät neigen.

^₀ Zur Erzielung einer Anpassung der Bearbeitungskammer an die

° Werkstückform während oder vor der Bearbeitung ist es zweck-

co mäßig, die Bearbeitungskammer und die außerhalb derselben an-

U₁ geordneten Kammern der DruckstufenstreckeVteleskopartig gegen-

Q einander verschiebbar auszubilden.

in Am Ausgang der mit dem Strahlerzeugungsgerät verbundenen Druckstufe ist vorteilhaft ein Ventil angeordnet, das sich erst bei Erreichen des gewünschten Kammerdruckes öffnet. Damit sind

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Störungen durch eventuelle wechselnde Druclcbedingungen in der Bearbeitungskaxnmer vermieden.

Durch Unregelmäßigkeiten am Werkstück können Schwankungen der zwischen den Auöendruckstufen und dem Werkstück vorhandenen Spaltbreiten entstehen, die ihrerseits zu Druckschwankungen in der Arbeitskammer führen können, um diese auzugleichen kann es zweckmäßig sein, in den einzelnen Kammern der Druckstufen Druckmessorgane vorzusehen, deren Messwerte zum Steuern von Ventilen und Pumpen mit dem Ziel der Druckstabilisierung verwendet werden.

Wird die neue Vorrichtung zum Erzeugen oder Verschweißen eines | das Werkstück durchdringenden Spaltes verwendet, so muß die der Strahlauftreffstelle gegenüberliegende Stelle des Werkstückes mit einer Kammer umgeben sein, in der mindestens derselbe Druck aufrechterhalten wird wie in der Bearbeitungskammer. Diese Abdeckkammer kann über die gesamte Länge des Spaltes vorgesehen und stationär gedichtet sein. Es ist jedoch auch möglich, eine Abdeckkammer vorzusehen, die ebenfalls wie die Bearbeitungskammer eine außenliegende Druckstufenstrecke aufweist. Bei der Bearbeitung des Spaltes werden dann Bearbeitungskammer und Abdeckkammer synchron miteinander bewegt. Dazu kann eine um das Werkstück herumführende mechanische Verbindung zwischen den beiden Kammern dienen, es kann jedoch auch eine beispielsweise elektrisch wirkende Kachführeinrichtung \ vorgesehen sein.

Sind größere, mehr oder weniger genaue Spalte zwischen den zu verschweißenden Werkstückflächen vorhanden, so kann es zweckmäßig sein, die Wände der außenliegenden Druckstufenstrecke der Bearbeitungskammer kammartig durch den Spalt hindurch zu erweitern und auf der Werkstückrückseite mit der Abdeckkammer zu verbinden. Auf diese Weise setzt sich die Wirkung der Druckstufen durch den Spalt hindurch fort. Das zur Auffüllung des Spaltes erforderliche Zusatzmaterial wird dabei beispielsweise aus der Abdeckkammer heraus zugeführt.

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Besteht bei der Herstellung einer Schweißnaht keine ganz genaue und dichte Berührung der Werkstücke an der Schweißstelle, so ist es auch möglich, den vorhandenen Spalt abzudichten und auf die Verwendung einer Abdeckkammer zu verzichten. Dies kann zweckmäßig durch Überkleben des Spaltes mit einer dünnen Kunststoff-Folie erfolgen. Diese Folie wird beispielsweise kurz vor Erreichen der jeweiligen Schweißstelle entfernt, sie kann jedoch auch einfach durchgeschweißt werden. Man kann auch die nähere Umgebung der Schweißstelle bekleben oder mit einem geeigneten Glättungsmittel, beispielsweise einen Lack, bestreichen. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß zwischen der Bearbeitungskammer mit den zugeordneten Druckstufenkammern und der Werkstückoberfläche möglichst feine und gleichmäßige Spalte entstehen.

Zur ausreichenden Abschirmung der bei der Materialbearbeitung entstehenden Röntgenstrahlung können sowohl die Abdeckkammer als auch die Bearbeitungskammer mit den zugeordneten Druckstufensystemen entsprechend dimensioniert und gegebenenfalls auch mit Blei verkleidet werden. Dabei ist zu beachten, daß das Werkstück selbst in einer solchen Breite abgedeckt wird, daß die senkrecht zu Schweißfläche und Schweißrichtung vorhandene Absorptionsfähigkeit des abgedeckten Werkstückteils für die erforderliche Schwächung der Röntgenstrahlung mindestens ausreicht.

Die neue Vorrichtung kann zur Bearbeitung der verschiedensten Werkstücke verwendet werden. Dazu ist es lediglich erforderlich, entsprechend geformte Bearbeitungskammern vorzusehen.

Die Fig. 1 bis 5 der beigefügten Zeichnungen zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele der neuen Vorrichtung, die zur Bearbeitung verschieden geformter Werkstücke dienen. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein zum Verschweißen zweier ebener Werkstücke geeignetes Ausführungsbeispiel der neuen Vorrichtung.

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Fig. 2 einen Schnitt durch eine Bearbeitungskammer, die

beim Verschweißen zweier Werkstücke, zwischen denen ein relativ breiter Spalt besteht, angewandt wird;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Bearbeitungskammer, die beim Verschweißen zweier einen Winkel miteinander bildender Werkstücke angewandt wird;

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Bearbeitungskammer, die beim Bearbeiten zweier gebogener Werkstücke angewandt wird;

Fig. 5 einen Schnitt durch eine beim Verschweißen von Rohren

angewandte Bearbeitungskammer. I

In Fig. 1 ist mit 1 eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Elektronenstrahles bezeichnet. Diese Vorrichtung enthält das aus der Kathode 2, der Steuerelektrode 3 und der Anode 4 bestehende S tr ahler zeugungssy stern. Die Geräte 5 und 6 dienen zur Erzeugung der Hochspannung, des Heizstromes und der der Elektrode 3 zugeführten Steuerspannung. Unterhalb der Anode 4 ist das zur Strahljustierung dienende Ablenksystem 7 angeordnet, zu dessen Stromversorgung das Gerät 8 dient. Unterhalb des Ablenksystems 7 ist eine Blende 9 angeordnet, die über hier nicht dargestellte Mittel in der Blendenebene verschoben werdenkann. Die elektromagnetische Linse 10, deren Stromversorgungsgerät mit 11 bezeichnet ist, dient zur "

Fokussierung des Elektronenstrahles 12 auf die miteinander zu verschweißenden Werkstücke 13 und 14. Zwischen den Polschuhen der Linse 10 ist ein mit einer engen Bohrung versehenes Röhrchen 28 aus nichtmagnetischem Material angeordnet.

Unterhalb der Fokussierungslinse 10 sind zwei, mit möglichst engen Bohrungen versehene Blenden 15 und 16 angeordnet. Dadurch werden Kammern 17 und 18 gebildet, die über Leitungen 19 und jeweils mit einer Vakuumpumpe in Verbindung stehen. An die Kammer 18 schließt sich eine weitere Kammer 21 an, die über eine Leitung 22 ebenfalls mit einer Vakuumpumpe verbunden ist. Der Raum oberhalb der Fokussierungslinse 10 ist über eine Leitung 27 ebenfalls ständig mit einer Vakuumpumpe verbunden.

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Zwischen den Kammern 18 und 21 ist ein Absperrventil angeordnet, das im wesentlichen aus dem verschiebbar angeordneten Keil 23 und dem Block 24 besteht. Ein Elektromagnet 25 zieht den Keil 23 nach links, sobald die Vakuummeßdose 26 den richtigen Druck in der Kammer 21 meldet· Wenn dieser Druck überschritten wird, so wird über den Magneten 25 der Keil 23 automatisch nach rechts geschoben und damit das Absperrventil geschlossen.

Die Kammern 17, 18, 21 stellen sogenannte Zwischendruckkammern dar, d.h., in ihnen kann über die angeschlossenen Vakuumpumpen ein bestimmter Druck aufrechterhalten werden. So können beispielsweise die Bohrungen in den Blenden 15 und 16 und die an die Kammern 17 und 18 angeschlossenen Vakuumpumpen so gewählt sein, daß im Strahlerzeugungsraum ein Druck von 1O~ Torr,

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in der Kammer 17 ein Druck von 10 Torr und in der Kammer 18 ein Druck von 10° Torr aufrechterhalten wird, falls der Druck in der Kammer 21 40 Torr beträgt.

Das untere Ende der Vorrichtung 1 ist mit einer konischen Wandung 29 versehen und weist eine öffnung 30 auf; Die Vorrichtung 1 ist mit der konischen Wandung 29 auf der ebenfalls konisch ausgebildeten Wandung 31 der Bearbeitungskammer 32 aufgesetzt. Zwischen den Wandungen 29 und 31 ist eine Dichtung angeordnet. Dadurch ist gewährleistet, daß die Vorrichtung 1 dicht und doch leicht lösbar auf der Bearbeitungskammer 32 aufsitzt.

Die Bearbeitungskammer 32 ist mittels der Rollen 34 und 35 auf den Werkstücken 13, 14 aufgesetzt. Dabei entsteht zwischen der Oberfläche der Werkstücke und der Unterkante der Wände der Bearbeitungskammer ein feiner Schlitz 36.

Die Bearbeitungskammer 32 ist mit außenliegenden Kammern 37, 38 und 39 umgeben, die über Leitungen 40, 41 und 42 jeweils mit einer Vakuumpumpe verbunden sind. Diese Pumpen saugen die durch den Spalt 36 eintretende Ljiuft ab, so daß die Kammern 37, 38, 39 Zwischendruckkammern darstellen. So kann beispielsweise

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in der Bearbeitungskammer 32 ein Druck von 4O Torr, in der Kammer 37 ein Druck von 1(X) Torr, in der Kammer 38 ein Druck von 300 Torr und in der Kammer 39 ein Druck von 500 Torr aufrechterhalten werden.

Auf der Rückseite der Werkstücke 13, 14 ist eine Abdeckkammer 43 angeordnet, die über hier nicht dargestellte Laufrollen auf die Werkstücke aufgesetzt ist. Diese Abdeckkammer ist ebenso wie die Bearbeitungskammer mit außenliegenden Zwischendruckkammern 44, 45 und 46 versehen, mit deren Hilfe in der Kammer 43 derselbe Druck aufrechterhalten werden kann wie in der Bearbeitungskammer 32. Die Kammern 44, 45 und 46 sind über Pumpleitungen entweder mit den entsprechenden Pumpen λ der Kammern 37, 38 und 39 verbunden, oder werden mit geeigneten separaten Pumpen auf dem jeweils gewünschten Unterdruck gehalten.

Xn der Abdeckkammer 43 ist eine Elektrode 47 angeordnet, auf die der Elektronenstrahl 12 nach erfolgtem Durchschweißen der Werkstücke 13, 14 auftrifft. Das dabei entstehende Signal kann dazu verwendet werden, die Abdeckkammer 43 synchron mit der Bearbeitungskammer 32 der Schweißnaht nachzuführen.

Um ein Beobachten der Schweißstelle zu ermöglichen, ist die Bearbeitungskammer 32 mit einer schematisch dargestellten Beobachtungseinrichtung 48 versehen. Eine entsprechende Be- ( obachtungseinrichtung für die Unterseite der Schweißstelle kann in der Abdeckkammer 43 vorgesehen sein.

Es ist hier zu erwähnen, daß Figur 1 nur eine beispielsweise Ausbildung der Druckstufenstrecken 17, 18, 21 und 37, 38, 39 zeigt. Es ist beispielsweise möglich, die innenliegende Druckstufenstrecke aus ineinandergeschachtelten Zwischendruckkammern auszubilden. Ferner ist es möglich, zwischen der äußersten Kammer der außenliegenden Druckstufenstrecke und der Werkstückoberfläche eine verschiebbare Dichtung vorzusehen, um den Pumpaufwand möglichst klein zu halten.

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Ist der Spalt zwischen den Werkstücken 13, 14 sehr eng, so kann man auf die Verwendung der Abdeckkammer 43 verzichten. In diesem Fall kann der Spalt z.B. mit einer dünnen Kunststoff-Folie überklebt werden. Diese wird entweder jeweils kurz vor Erreichen der Schweißstelle entfernt oder einfach durchgeschweißt.

In Fig. 2 ist eine Bearbeitungskammer 50 dargestellt, deren oberes Ende mit einem Kugelschliff 51 versehen ist. Auf diesen Schliff wird die in Fig. 1 mit 1 bezeichnete Vorrichtung aufgesetzt, welche allerdings in diesem Fall anstelle der kegelförmigen Wandung 29 mit einer halbkugelförmigen Wandung versehen ist.

Die Bearbeitungskammer 50 ist umgeben von den Zwischendruckkammern 52, 53 und 54. Deren Wände 55, 56, 57 und 58 sind an einer Stelle kammartig durch den Spalt zwischen den miteinander zu verschweißenden Werkstücken hindurch erweitert. In Fig. ist ein Schnitt entlang dieses Spaltes gezeichnet, so daß nur ein Werkstück 59 sichtbar ist. Wie man erkennt, greifen die Wände 55, 56, 57 und 58 durch den noch offenen Spalt zwischen den Werkstücken hindurch und sind auf der Rückseite der Werkstücke mit der Abdeckkammer 60 verbunden. Die Wirkung der Druckstufen setzt sich durch den Spalt zwischen den Werkstücken hindurch fort, so daß es bei genügend großem Spalt nicht notwendig ist, für die Abdeckkammer 60 eigene Vakuumpumpen oder Leitungen vorzusehen. In dem schon verschweißten Bereich 61 sind die Druckstufen auf der Werkstückober- und Unterseite voneinander getrennt.

In der Abdeckkammer 60 ist eine Vorrichtung 62 angeordnet, mit deren Hilfe laufend Zusatzmaterial 63 in den Spalt eingeführt wird.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Bearbeitungskammer wird die Abdeckkammer 60 stets mit der Bearbeitungskammer 50 bewegt, so daß spezielle Anordnungen zur Steuerung der Bewegung der Abdeckkämmer entfallen.

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Ähnlich wie in Fig. 2 kann in vielen anderen Fällen die Bearbeitungskammer mechanisch mit der Abdeckkammer verbunden werden. Die Verbindung kann fest oder durch geeignete Ausbildung leicht lösbar vorgesehen werden_# sodaß der Ansatz der Schweißeinrichtung an da» Werkstück einfach und schnell möglich ist. Dies kann insbesondere auch bei der Bearbeitung von Rohren oder speziell geformten Werkstückprofilen geschehen.

Fig. 3 zeigt eine Bearbeitungskammer 66, die beim Verschweißen der einen rechten Winkel miteinander bildenden Werkstücke 64, 65 verwendet ist. Die die Kammer 66 umgebenden Zwischendruckkammern67, 68, 69 sind hier so geformt, daß ihre Wände einen schmalen Spalt mit der Oberfläche der Werkstücke 64, 65 bilden.

Die in Fig. 4 dargestellte Bearbeitungskammer 70 wird bei der Bearbeitung eines gebogenen Werkstückes 71 verwendet. Die Zwischendruckkammern 72, 73, 74 sind so ausgebildet, daß ihre Wände einen schmalen Spalt mit der Werkstückoberfläche bilden.

In den Fig. 3 und 4 sind die Verbindungen der Zwischendruckkaramern mit den Vakuumpumpen der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Ebenso ist auf die Darstellung der Laufräder verzichtet mit denen die Bearbeitungskammern auf den Werkstücken aufliegen. Eventuell notwendige Abdeckkaramern sind entsprechend den Bearbeitungskammern ausgebildet.

Fig. 4 zeigt eine ringförmig ausgebildete Bearbeitungskammer 75, welche von den, ebenfalls ringförmig ausgebildeten Zwischendruckkaramern 76, 77, 78, 79, 80, 81 umgeben ist. Dabei können die Kammern 76, 79; 77, 80 und 78, 81 miteinander verbunden sein, die Kammern können gegebenenfalls jedoch auch gesondert mit Vakuumpumpen in Verbindung stehen. Ein Blech 82 wird von rechts nach links bewegt und durch hier nicht dargestellte Mittel so zusammengebogen, daß am Ort der Bearbeitungskammer 75 ein Rohr entsteht. In den entstehenden Spalt wird laufend Zusatzmaterial zugeführt und mittels des Elektronenstrahles 12 wird der Spalt

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zugeschweißt. Dabei bleibt die Bearbeitungskammer stehen, während das Blech 82 laufend von rechts nach links zugeführt wird.

Die Abdeckkammer ist in diesem Fall im Inneren des Rohres angeordnet. Sie ist ebenfalls ringförmig ausgebildet und mit 87 bezeichnet. Die Kammer 87 ist von Zwischendruckkamraern 84, 85, umgeben. Dabei ist die linke Kammer 84 über die öffnung 88 mit der rechten Kammer 84 verbunden. Entsprechend sind die Kammern 85 über die Öffnungen 89, 90 und die Kammern86 über die öffnungen 91, 92 miteinander verbunden. Die zu den Vakuumpumpen führenden Verbindungen sind mit 93, 94, 95, 96 bezeichnet.

In der Abdeckkammer 87 ist eine schräg zur Einstrahlungsrichtung geneigte Auffangelektrode 97 angeordnet. Das von dieser Elektrode gelieferte Signal steuert die Bewegung des Bleches 82.

In Fig. 4 sind einige, nicht näher bezeichnete Laufrollen gezeichnet, welche zur Führung des Bleches zwischen der Bearbeitungskammer 75 und der Abdeckkammer 87 dienen und welche die Breite der Luftspalte zwischen den Kammerwänden und den Werkstückflächen bestimmen.

Arbeits- und Abdeckkammern nach Art der in Fig. 4 gezeigten werden zweckmäßig zum Schweißen von Längs- und Quernähten an Rohren, Rundmaterial und Profilmaterial aller Art verwendet und sind besonders für Arbeiten an kontinuierlich durchlaufenden Strängen aller Art geeignet. Bei Vollmaterial fällt natürlich die in Fig. 4 gezeigte innere Abdeckkammer fort. So lassen sich mit ihrer Hilfe Stränge, die durch Walzen oder Stranggießen hergestellt wurden, mit Korpuskularstrahlen bearbeiten, insbesondere zum Zweck des Schneidens, Trennens, Schweißens, Lötens, thermischen Behandeins und Beschichtens der Oberfläche sowie zu Messzwecken mit den durch die Korpuskularstrahlung ausgelösten Effekten. Da solche Stränge meist nicht endlos durchlaufen, sondern Unterbrechungen vorkommen, sind an der Einlaufseite trichterförmige Erweiterungen und Vorrichtungen zweckmäßig, welche ein einwandfreies Ein- und Durchlaufen des Materials ge-

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währleisten. Wenn der Strang unterbrochen wurde und die Kammer leer ist, verschließt eine nach der Art des in Fig. gezeigten Ventils 23, 24 arbeitende Vorrichtung automatisch die Korpuskularstrahlquelle und öffnet erst wieder beim Einschieben eines neuen Stranges, um ein einwandfreies Bearbeiten der Strangenden zu sichern, ist es zweckmäßig, Vorrichtungen vorzusehen, welche das bei Strangeintritt bzw. Strangaustritt noch bzw. schon offene Kammerteil verschließen, damit der Druckabfall bzw. Druckanstieg in der Arbeitskammer nicht zu spät bzw. früh erfolgt. Unter Umständen können solche Verschlüsse dazu dienen, die Arbeitskammer während der Strangunterbrechungen ständig geschlossen und damit auf Arbeitsdruck zu halten.

In allen hier gezeigten Fällen ist es zweckmäßig, die verschiedenen Funktionen der Vakuumeinrichtung in Abhängigkeit vom Arbeitsablauf zu steuern.

Die hier beschriebenen Zwischendruckexnrichtungen lassen sich nicht nur bei Bearbeitungsvorgängen mit Korpuskularstrahlen, sondern auch bei unter Verwendung von Korpuskularstrahlen ausgeführten Messvorgängen sowie bei in Teilbereichen größerer Gegenstände angewendeten Vakuumverfahren aller Art anwenden, bei welchen an der Anwendungsstelle ein Zwischendruck zwischen dem in einem angeschlossenen Gefäß herrschenden Vakuum einerseits und höherem Außendruck andererseits erwünscht ist.

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Claims

Jl-JL· , JLj.(:\.'£.» JLj Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels eines KorpuskularStrahles, der in einem Raum erzeugt wird, in dem ein von Atmosphärendruck verschiedener Ausgangsdruck herrscht, gekennzeichnet durch eine auf das zu bearbeitende Werkstück aufgesetzte Bearbeitungskammer, durch eine diese Kammer umgebende, aus mehreren auf verschiedenen Drucken gehaltenen Kammern bestehende Druckstufenstrecke, die in der Bearbeitungskammer einen zwischen dem Ausgangsund Atmosphärendruck liegenden Druck aufrechterhält, sowie durch eine mit dem Gerät zur Erzeugung des Korpuskularstrahles verbundene, an sich bekannte Druckstufenstrecke zur Ausschleusung des KorpuskularStrahles in die Bearbeitungskammer, welche druckdicht und leicht lösbar mit dieser Kammer verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungskammer und die mit dem Korpuskularstrahl-Erzeugungsgerät verbundene Druckstufe über einen Kegel- oder Kugelsitz miteinander verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung der Bearbeitungskammer an verschiedene Formen der Werkstückoberfläche die Bearbeitungskammer und die außerhalb derselben angeordneten Kammern der DruckstufenstreckeVteleskopartig gegeneinander verschiebbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungskammer mittels Laufrollen auf die Werkstückoberfläche aufgesetzt ist.

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5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegung der Bearbeitungskammer entlang der Bearbeitungsstelle dienende Führungen auf der Werkstückoberseite angebracht sind.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4 in der Anwendung zum Verschweißen zweier Werkstücke entlang einer Naht, dadurch gekennzeichnet, daß Tast- oder Messorgane vorgesehen sind, welche die Lage der Naht feststellen und daß diese Organe mit Einrichtungen verbunden sind, welche zur Bewegung der Abdeckkammer und/oder zur Ablenkung des Strahles entlang der Naht dienen.

7· Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn- " zeichnet, daß am Ausgang der mit dem Korpuskularstrahl-Erzeugungsgerät verbundenen Druckstufenstrecke ein Ventil angeordnet ist, das sich bei Erreichen des gewünschten Kammerdruckes automatisch öffnet.

8, Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kammern der äußeren Druckstufenstrecke Druckmessorgane enthalten, welche mit Einrichtungen zur Druckstabilisierung in diesen Kammern verbunden sind.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Bearbeitungskammer eine '■ Einrichtung zur Beobachtung der Strahlaüftreffstelle verbunden ist. |

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9 in der Anwendung zum Erzeugen oder Verschweißen eines das Werkstück durchdringenden Spaltes, dadurch gekennzeichnet, daß die der Strahlauftreffstelle gegenüberliegende Stelle des Werkstückes von einer Abdeckkammer umgeben ist, in der mindestens derselbe Druck aufrechterhalten wird wie in der Bearbeitungskammer·

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11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Rückseite des Werkstücks aufgesetzte Abdeckkammer ebenso wie die Bearbeitungskammer mit einer außenliegenden Druckstufenstrecke versehen ist.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Abdeckkammer eine Einrichtung zur Beobachtung der Rückseite der Bearbeitungsstelle verbunden ist.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Bearbeitungskammer und ihrer außenliegenden Druckstufenstrecke an einer Stelle durch den Spalt zwischen zwei miteinander zu verschweißenden Werkstücken hindurchgreifen und mit den entsprechenden Wänden der Abdeckkammer verbunden sind.

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bearbeitung von Werkstücken mit über eine längere Strecke gleichbleibender Querschnittsforra die Bearbeitungskammer und die außenliegende Druckstufenstrecke die Querschnittsfläche des Werkstücks ganz oder teilweise umschließen.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 10 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bearbeitung eines Rohres eine ringförmige, von ebenfalls ringförmig ausgebildeten Zwischendruckkammern umgebene Bearbeitungskammer vorgesehen ist und daß eine ebenfalls ringförmig ausgebildete Abdeckkammer im Rohrinneren angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 und 15, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, welche die Kammern der außenliegenden Druckstufenstrecke und die Bearbeitungs- sowie die Abdeckkammer automatisch druckdicht abschließen, sobald sich der Querschnitt des Werkstücks stark ändert.

17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet,, daß zur Bearbeitung langer Werkstücke die Bearbeitungs- und die Abdeckkammern ortsfest angeordnet sind und das Werkstück zwischen diesen Kammern hindurchbewegt wird.

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18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bearbeitung einer räumlich ausgedehnten Stelle des Werkstücks die Bearbeitungs- und die Abdeckkammer synchron entlang dieser Bearbeitungsstelle bewegt werden.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, welche in Abhängigkeit von vom Strahl ausgelösten Effekten die Abdeckkammer der Bearbeitungskammer nachführt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß

in der Abdeckkammer eine Auffangelektrode angeordnet ist und daß die Nachführeinrichtung der Abdeckkammer in Abhängigkeit vom Auffängerstrom arbeitet,

21. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung möglichst feiner Spalte zwischen der Bearbeitungskammer und der Werkstückoberfläche diese mit einem Glättungsmittel versehen ist.

22. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, in der Anwendung zum Verschweißen zweier Werkstücke, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißfuge zur Erzielung einer Abdichtung mit einer Kunststoff-Folie überklebt ist.

23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch die Anwendung zur Durchführung von Messvorgängen in der Bearbeiturigskammer.

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