DE1565089B1 - Elektronenstrahlschweissvorrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahl- auftretende gleitende Reibung führt zu Abnutzungsschweißvorrichtung mit an ein Elektronenstrahl- erscheinungen und Ventilundichtigkeiten, erzeugungsgerät angeschlossener, mit letzterem ver- Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, Verbind- und gegen es abschließbarer Vakuumkammer besserungen an Schweißvorrichtungen der eingangs sowie mit einer Verschluß- und Verbindungsvorrich- ? genannten Art vorzuschlagen, die es ermöglichen, in tung zwischen Gerät und Kammer. Schweißpausen die Pumpleistung der Vakuum-

Beim Schweißen mit einem Elektronenstrahl wird aggregate wesentlich herabzusetzen oder sogar auf der Strahl in einer Kammer erzeugt, die auf einem ihren Betrieb vollständig zu verzichten, außerordentlich niedrigen Druck von beispielsweise Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

1O~⁵ Torr gehalten wird. In der Kammer herrscht io löst, daß ein ausschließlich runde Begrenzungssomit ein sehr niedriger Gasdruck, wobei die Dichte flächen aufweisender Verschlußkörper der Verdes Gases gegenüber der Atmosphäre um 1: 76 Ml- schluß- und Verbindungsvorrichtung unter dem Einlionen vermindert ist. Um einen so weitgehenden fluß zweier Betätigungsvorrichtungen mit zugehöri-Unterdruck zu erzielen, ist eine erhebliche Pumpen- gen Handhaben und mit Verstellbewegungen steht, leistung erforderlich, so daß es außerordentlich 15 die einerseits unter vollständiger Freilegung der wünschenswert ist, eine Vorrichtung der eingangs Mündung des zu eröffnenden Verbindungsraumes genannten Art in der Weise zu verbessern, daß man quer zu einer Längsachse des letzteren, andererseits mit einer möglichst geringen Pumpenleistung aus- zu einem kraftschlußgesicherten Abschluß des Verkommt. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn bindungsraumes in dessen Achse verlaufen, der Elektronenstrahl in einer Unterdruckkammer er- 20 Dadurch wird es möglich, den notwendigerweise zeugt und zur Durchführung der Schweißarbeit in hochevakuierten Raum, in dem das Elektronenstrahldie Außenatmosphäre geleitet wird. Aus Kosten- erzeugungsgerät untergebracht ist, vakuumdicht abgründen ist weiter anzustreben, während der Be- zuschließen, so daß in Betriebspausen nach dem Betriebspausen der Vorrichtung die Pumpenaggregate tätigen des Verschlußkörpers die Leistung der abzuschalten oder mindestens in ihrer Leistung 25 Vakuumaggregate herabgesetzt oder ihr Betrieb wesentlich herabzusetzen. Dabei soll jedoch mög- vollständig eingestellt werden kann, liehst gewährleistet sein, daß das Vakuum im Elek- I_n weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens

tronenstrahlerzeugungsgerät erhalten bleibt, da sonst weist die Betätigungsvorrichtung des vorzugsweise zum Wiederherstellen des erforderlichen Hoch- kugelförmigen Verschlußkörpers ein stangenförmivakuums im Elektronenstrahlerzeugungsgerät sehr 30 ges Verstellglied mit in seiner Längsrichtung und lange Pumpzeiten notwendig werden und/oder die quer zu derselben verlaufenden Verstellrichtungen Kathode beschädigt werden kann. aiif, wobei zur Abdichtung des stangenförmigen Ver-

Es sind Vorrichtungen bekannt, bei denen der Stellgliedes bei Querbewegungen desselben gegen Elektronenstrahl in einer Vakuumkammer erzeugt eine zur Durchführung des stangenförmigen Verstell- und durch eine besonders ausgebildete Öffnung in 35 gliedes dienende Abschlußwandung der Vakuunvdie Außenatmosphäre geleitet wird. Hierbei wird an kammer letztere eine Gleitfläche aufweist, an der der Durchtrittsöffnung ein sogenannter Venturi- ein die Betätigungsstange haltendes Gleitstück aneffekt dadurch erzielt, daß inertes Gas unter hohem hegt. Vorteilhaft ist das Gleitstück in Querbewe-Druck in Elektronenstrahlrichtung und somit in die gungsrichtung des stangenförmigen Verstellgliedes Außenatmosphäre geblasen wird und dabei den 40 abgefedert ausgebildet und unter dem Einfluß einer Elektronenstrahl umgibt. Bei Anwendung des Ven- knebeiförmigen Handhabe in zwei Grenzstellungen turieffektes ist es möglich, den Elektronenstrahl aus verlegbar, in deren erster der-Verschlußkörper einen der Vakuumkammer in die Außenatmosphäre über- zur vollständigen Freilegung der Mündung des Vertreten zu lassen, ohne daß Luft oder anderes Gas in bindungsraumes führenden Abstand von derselben die Unterdruckkammer gelangt. 45 aufweist und in deren zweiter der Verschlußkörper

Damit das Hochvakuum auch in Betriebspausen kraftschlüssig an der zu einem Sitz für den Verim Elektronenstrahlerzeugungsgerät erhalten bleibt, schlußkörper ausgestalteten Mündung des Verbinmüssen die Pumpenaggregate stetig in Betrieb sein. dungsraumes anhegt. Dadurch wird eine sichere Es sind auch bereits von außen zu betätigende, inner- Betätigung des Verschlußkörpers ermöglicht, die eine halb des Vakuumbereiches wirksame, eine Öffnung 50 einwandfreie Dichtwirkung des Verschlußkörpers in für den Elektronenstrahldurchtritt ganz oder teil- Betriebspausen gewährleistet und eine Verschlechteweise abdeckende Schieber bekannt, die jedoch rung des Vakuums durch Leckverluste an der Durchlediglich die Strahlstärke beeinflussen und somit eine führungsstelle der Betätigungsvorrichtung verhindert. Blendenwirkung besitzen. Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung

Weiter ist bekannt, vor einer Elektronenstrahlaus- 55 wird nachstehend an Hand der Zeichnung betrittsöffnung innerhalb des Vakuumbereiches einen schrieben. Es zeigt

rotierenden Hohlzylinder vorzusehen, der eine An- Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungs-

zahl derart gegenüber angeordneter radialer Öffnun- gemäßen Vorrichtung in Seitenansicht, gen aufweist, daß der Elektronenstrahl bei Rotation Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch die Vorder Trommel periodisch durch diese hindurchtreten 60 richtung nach F i g. 1 und

kann, wobei gleichzeitig die unterschiedlichen Druck Fig. 3 einen Teilschnitt in vergrößertem Maßstab

aufweisenden Vakuumräume abwechselnd miteinan- durch Fig. 1, wobei das Ventil in der Unterdruckder verbunden und wieder gegeneinander ver- kammer in Öffnungsstellung dargestellt ist. schlossen werden, so daß eine erhebliche Einsparung Gemäß Fig. 2 ist ein Elektronenstrahlerzeugungs-

an Pumpenleistung erzielt wird. Schließlich sind auch 65 gerät 10 im Inneren einer Unterdruckkammer 11 anbereits Kugelventile bekannt, deren Kugeln durch- geordnet. Die Unterdruckkammer ist von den senkgehende Ausnehmungen aufweisen und zur Ventil- rechten Wänden 12 und 13 und einer unteren betätigung um eine Achse gedreht werden. Die dabei Trennwand 16 begrenzt. Die senkrechten Wände 12

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und 13 sind bei 14 und 15 nach innen umgebogen. Platte 42 hindurchgeführt werden soll, ist diese mit

Zwischen der Trennwand 16 und den nach innen einer Ausnehmung zur Aufnahme eines Einsatzes 47

umgebogenen Teilen 14 und 15 der Seitenwähde be- (F i g. 2 und 3) ausgestattet. Der Einsatz 47 weist

finden sich weiter unten zu erläuternde Einrichtun- die Mittelöffnung 48 auf und besteht aus nichtoxy-

gen. Die Unterdruckkammer 11 kann, obwohl sie 5 dierendem Stahl.

eine in die Außenatmospähre führende Öffnung auf- Die Öffnung 48 fluchtet in axialer Richtung mit weist, während des Nichtgebrauches des Elektronen- dem Verbindungsraum 40, der die Anode durchsetzt. Strahlerzeugungsgerätes verschlossen werden, um das Der Einsatz 47 ist mit Hilfe von Schrauben 49 aus-Eindringen von Gas zu verhindern. Es ist somit mög- wechselbar an der Platte 42 befestigt, lieh, den in der Kammer benötigten Unterdruck bei io Unterhalb der Kammer 44 ist eine zweite Zwi-Betriebspausen aufrechtzuerhalten. Eine Pumpvor- schenkammer 50 vorgesehen, die auf der dem Strahlrichtung zur Evakuierung der Kammer 11 ist an eine erzeugungssystem abgewandten Seite durch ein Ab-Leitung 17 angeschlossen. Mit Hilfe der Pumpe wird schlußwand 51 begrenzt und radial durch ein Ringder Unterdruck in der Kammer während des Be- stück 52 abgeschlossen ist. Diese zweite Kammer triebes des Strahlerzeugungsgerätes auf die erfor- 15 steht ebenfalls mit einer an ein Rohrstück 53 angederliche Größe gebracht. schlossenen Pumpe in Verbindung. In der Abschluß-Das Strahlerzeugungsgerät weist ein inneres und wand 51 der Kammer 50 ist ein metallischer Einein äußeres Gehäuse 20 bzw. 21 auf. Der Elek- satz 54 mit Hilfe von Schrauben 55 befestigt. Der tronen aussendende Draht 22 ist im Inneren des Einsatz 54 trägt eine Anschlußklemme 56, die gegeninneren Gehäuses 20 an nicht dargestellten Elek- 20 über der umgebenden Metallwand isoliert eingesetzt troden befestigt, durch die der zur Beheizung des ist. Von der Anschlußklemme 56 führt ein Leiter 57 Drahtes benötigte Gleichstrom mit der erforderlichen zu dem aus nichtoxydierendem Stahl bestehenden Spannung zugeführt wird. Eine Kathode 23 ist im Einsatz 47. Es ist somit möglich, das Spannungsinneren Gehäuse aufgehängt und mit Hilfe eines potential des Einsatzes 47 beliebig von außen einzu-Gewinde tragenden Ringes 24 auswechselbar be- 25 stellen und dadurch den Durchgang des Elektronenfestigt. Die Kathode ist zum Draht 22 in der Weise Strahls durch die Öffnung 48 zu erleichtern, angeordnet, daß der Draht dicht an der in der Ka- Die Abschlußwand 51 trägt eine zur Elektronenthode vorgesehenen mittleren Öffnung liegt. Strahlachse koaxial angeordnete Venturidüse 66 mit Ein metallischer Ring 25 ist an den nach innen Absaugeeinrichtungen 70, 75 und ein magnetisches umgebogenen Teilen 14 und 15 der senkrechten 30 Fokussiersystem 63, 64 bekannter Anordnung. Seitenwände der Unterdruckkammer 11 in geeigne- Während der Betriebspausen der mit dem Elekter Weise befestigt. tronenstrahl arbeitenden Schweißvorrichtung ist es Am Ring 25 ist mit HiHe eines weiteren Ringes 26 wünschenswert, den Unterdruck in dem Elektronendie untere Trennwand 16 der Kammer 11 gehaltert. Strahlerzeugungssystem 10 aufrechtzuerhalten. Um Auf der linken Seite des Ringes 26 ist, wie Fig. 2 35 dies zu erreichen, .ist ein Ventil vorgesehen, das die zeigt, eine Öffnung zur Aufnahme eines Verschluß- Öffnung des Verbindungsraumes 40 in der Anode 38 teils aus Glas 27 vorgesehen, das mit Hilfe von verschließt. Das Ventil weist einen Verschlußkörper Schrauben 28 am Ring 26 befestigt ist. Am Ver- 76 in Form einer Kugel auf, die an einem stangenschlußteil ist eine Blende 30 angeordnet, die in einer förmigen Verstellglied 77 befestigt ist. Das Versteil-Fassung auf geeignete Weise gehaltert und mit Hilfe 40 glied ist zunächst in Axialrichtung innerhalb der eines Dichtungswulstes abgedichtet ist. In der Nähe Vakuumkammer 44 bewegbar. Um das Ventil öffnen der Blende 30 ist eine Bleiglasscheibe 31 befestigt, und schließen zu können, ist das Verstellglied außerdie durch eine geeignete Halterung gesichert ist. dem in Querrichtung bewegbar. Zu diesem Zweck ist Die Trennwand 16 ist bei 32 mit dem Ring 26 ver- das Verstellglied 77, etwa in seinem mittleren Beschweißt. In der Trennwand ist eine Mittelöffnung 45 reich, in einem Block 78 gefaßt, der seinerseits mit zur Aufnahme einer Anodenhalterung 33 vor- Hilfe von Schrauben 79 an der die Kammer 44 oben gesehen. Die Anodenhalterung ist an dem äußeren abschließenden Trennwand 16 festgelegt ist. Gehäuse 21 und an der Trennwand 16 mit Hilfe von Unterhalb des Blockes 78 ist das Druckstück 80 Sockeln 34 und 35 befestigt, die mit Hilfe von angeordnet, das mittels der Stiftschraube 81 senk-Schrauben 36 festgelegt sind. Eine Anode 38 ist in 50 recht zur Längserstreckung des Verstellgliedes 77 der Halterung 33 mit Hilfe von Schrauben 39 be- geführt ist, so daß das als Stange ausgebildete Verfestigt. Die Anode 38 weist einen Verbindungsraum stellglied 77 zwischen Block 78 und Druckstück 80 40 auf, der in Axialrichtung mit dem Draht 22 Längsbewegungen in Richtung der Längserstreckung fluchtet und durch den der vom Draht 22 aus- der Stange und Kippbewegungen um eine Kippachse gesandte Elektronenstrahl hindurchtritt. Die Anode 55 des Druckstückes 80 auszuführen in der Lage ist. 38 ist an den positiven Pol einer eine hohe Gleich- Das Verstellglied 77 weist an seinem äußeren Ende spannung üefernden Stromquelle angeschlossen. eine Handhabe 82 auf, die mit Gewinde bei 83 auf-

Zwischen einer zur Trennwand 16 parallelen geschraubt ist.

Platte 42 und deren in senkrechter Richtung verlau- Da das als Stange ausgebildete Verstellglied 77 fenden Abschlußwandung 43 sowie der Anode 38 6_Q eine Öffnung in der Vakuumkammer 44 durchsetzen befindet sich eine als Zwischenkammer ausgebil- muß, ist es erforderlich, für eine zuverlässige Abdete Vakuumkammer 44. Die Kammer 44 steht mit dichtung Sorge zu tragen, ohne daß die Bewegungseinem von dem Ring 26 und einem Rohransatz 46 möglichkeit des Verstellgliedes in Längs- und Querbegrenzten Raum in Verbindung. An den Anschluß richtung aufgehoben wird. Zu diesem Zweck durchist eine Pumpe angeschlossen, die für die Auf- 65 setzt die Betätigungsstange 77 eine Ausnehmung in rechterhaltung des erforderlichen Unterdrucks in der der Abschlußwandung 43, an die ein Rohransatz 84 Kammer 44 sorgt. Da der Elektronenstrahl, der von angeschweißt ist. Das Gleitstück 86 liegt verschiebdem Strahlerzeugungssystem 10 ausgeht, durch die bar an der Stirnfläche des Rohres 84 an. Zur Vakuum-

abdichtung der aneinanderliegenden Flächen kann eine wulstförmige Ringdichtung 87 vorgesehen sein. Darüber hinaus ist das Verstellglied 77 gleitend und abgedichtet in dem Gleitstück 86 geführt, so daß auch eine das Vakuum der Kammer 44 nicht beeinträchtigende Querverschiebung des Verstellgliedes möglich ist. Durch die Längs- und Kipplagerung des Verstellgliedes 77 in dem Block 78 wird eine Längsbewegung des Verstellgliedes unmittelbar, eine Querbewegung dagegen unter Richtungsvertauschung auf den Verschlußkörper 76 übertragen. Die Längsbewegung wird unmittelbar von der mit dem Verstellglied 77 verschraubten Handhabe auf ersteres übertragen, eine Querbewegung kann durch diese Handhabe unterstützt werden.

Zur Querbetätigung des Gleitstücks 86 und damit auch des Verstellgliedes 77 dient hierbei eine zweite Handhabe 88, deren Mehrkantfußstück 89 an einem Widerlager anliegt. Das Mehrkantfußstück 89 weist eine Querbohrung mit einem Gelenkbolzen 92, der gleichzeitig einen Zapfen 91 durchsetzt, auf.

Der Zapfen 91 ist mittels einer Schraubenfeder 93 abgefedert, die sich einerseits auf das Widerlager 90 und andererseits auf das Gleitstück 86 abstützt. Wenn eine Längsbewegung des Verstellgliedes 77 und des Verschlußkörpers 76 durchgeführt werden soll, wird die Handhabe 88 in eine Lage parallel zum stangenförmigen Verstellglied 77 gebracht, wie in Fig. 3 gezeigt wird. In dieser Lage der Handhabe 88 verschiebt die Feder 93 das Gleitstück 86, das Verstellglied 77 und den Verschlußkörper 76 kraftschlüssig derart, daß keine Berührung zwischen Verschlußkörper 76 und Anode 38 möglich ist. Ist die Handhabe 82 zudem herausgezogen und dadurch der Strahlenweg freigegeben, so kann ein vom Elek-'■"tronenstrahlerzeugungsgerät ausgehender Elektronenstrahl die Werkstücke 67 und 68 miteinander verschweißen. Unmittelbar nach dem Abschalten des Elektronenstrahlerzeugungsgerätes wird die öffnung des Verbindungsraumes 40 durch den Verschlußkörper 76 mittels der Betätigung der Handhaben 82 und 88 verschlossen, indem hierzu zunächst die Handhabe 82 nach links verschoben wird, so daß das Verstellglied 77 eine Längsbewegung ausführt. Der Verschlußkörper 76, der die gleiche Bewegung mitmacht, gelangt somit unter die Öffnung des Verbindungsraumes 40. Daraufhin wird die Handhabe 88 in die zum stangenförmigen Verstellglied 77 senkrechte Lage gebracht, so daß infolge der Lagerung des stangenförmigen Verstellgliedes 77 um den Block der Verschlußkörper gegen die Öffnung des Verbindungsraumes 40 gedruckt wird, wobei infolge der Federwirkung des langerstreckten, stangenförmigen Verstellgliedes 77 der Andruck kraftschlüssig erfolgt. Damit ist die Öffnung des Verbindungsraumes 40 wirksam verschlossen.

Die dargestellte Vorrichtung ist mit mehreren Unterdruckkammern zwischen dem Elektronenstrahlerzeugungssystem und der innenliegenden Düse ausgestattet. Das Strahlerzeugungsgerät ist im Zentrum der Vakuumkammer eingebaut, und die zusätzlichen Kammern liegen zwischen der das Strahlerzeugungsgerät aufnehmenden Vakuumkammer und der Außenatmosphäre. Da durch das ausströmende Gas für eine ausreichende Abdichtung der Unterdruckkammer gesorgt ist, ist es möglich, eine Austrittsöffnung von verhältnismäßig großem Querschnitt zwischen der das Strahlerzeugungsgerät aufnehmenden und der ersten Zwischenkammer anzubringen. In gleicher Weise kann der Querschnitt der zwischen den nachgeschalteten Kammern vorgesehenen Öffnung verhältnismäßig groß gewählt werden. Die Pumpvorrichtung, welche die mit dem Strahlerzeugungssystem versehene evakuiert, ist von den Pumpen zur Evakuierung der Zwischenkammern unabhängig. In den meisten Fällen ist es hierbei vorteilhaft, auch jede der Zwischenkammern an eine gesonderte Pumpe anzuschließen. Die Zwischenkammern werden unter ein stufenweise zur Arbeitsseite der Vorrichtung hin abnehmendes Vakuum gesetzt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektronenstrahlschweißvorrichtung mit an ein Elektronenstrahlerzeugungsgerät angeschlossener, mit letzterem verbind- und gegen es abschließbarer Vakuumkammer sowie mit einer Verschluß- und Verbindungsvorrichtung zwischen Gerät und Kammer, dadurchgekennzeichnet, daß ein ausschließlich runde Begrenzungsflächen aufweisender Verschlußkörper (76) der Verschluß- und Verbindungsvorrichtung (77 bis 93) unter dem Einfluß zweier Betätigungsvorrichtungen mit zugehörigen Handhaben (82; 88) und mit Verstellbewegungen steht, die einerseits unter vollständiger Freilegung der Mündung des zu eröffnenden Verbindungsraumes (40) quer zu einer Längsachse des letzteren, andererseits zu einem kraftschlußgesicherten Abschluß des Verbindungsraumes in dessen Achse verlaufen.

2. Elektronenstrahlschweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung des vorzugsweise kugelförmigen Verschlußkörpers (76) ein stangenförmiges Verstellglied (77) mit in semer Längsrichtung und quer zu derselben verlaufenden Verstellrichtungen aufweist, wobei zur Abdichtung des stangenförmigen Verstellgliedes bei Querbewegungen desselben gegen eine zur Durchführung des stangenförmigen Verstellgliedes dienende Abschlußwandung (43) der Vakuumkammer (44) letztere eine Gleitfläche aufweist, an der ein die Betätigungsstange haltendes Gleitstück (86) anliegt.

3. Elektronenstrahlschweißvorrichtung nach den Ansprüchen! und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitstück (86) in Querbewegungsrichtung des stangenförmigen Verstellgliedes (77) abgefedert ausgebildet ist und unter dem Einfluß einer knebeiförmig ausgebildeten Handhabe (88) in zwei Grenzstellungen verlegbar ist, in deren erster der Verschlußkörper (76) einen zur vollständigen Freilegung der Mündung des Verbindungsraumes (40) führenden Abstand von derselben aufweist und in deren zweiter der Verschlußkörper kraftschlüssig an der zu einem Sitz für den Verschlußkörper ausgestalteten Mündung des Verbindungsraumes anliegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen