DE1803674A1

DE1803674A1 - Netzgeraet fuer eine in einem Elektronenstrahlofen benutzte Elektronenstrahlschleuder

Info

Publication number: DE1803674A1
Application number: DE19681803674
Authority: DE
Inventors: Emmett Anderson
Original assignee: Air Reduction Co Inc
Current assignee: Airco Inc
Priority date: 1967-10-17
Filing date: 1968-10-17
Publication date: 1969-06-19
Also published as: BE722450A; GB1195768A; JPS4812221B1; FR1587003A; US3544913A; SE340663B; DE1803674B2

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing, F. Weickmann, Dr. Ing. A. Weickmann

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Ghem. B. Huber

in:

8 MÜNCHEN 27, DEN

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

AIII RiiiJJLiGTIUH GUfDrAiJI MO.,

Ί5υ, East ü,2ji(l otreet, l-iev/ iork, li.Y., V. St. A-.

lid;:', -;erät für eine in einem Elektronensti^alilofen
benutzte üllektronenstrahlsehleuder

Die üri'indunp; bezieht sich allgemein auf elektrische Netzgeräte und insbesondere auf ein Wetzgerät für eine Elektroneiiatrahlschleuder, die in einem Elektronenstrahlofen
verwendet v/ird.

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Die Verwendung von Elektronenstrahlofen für verschiedene Materialbehandlungsprozesse, v,ie dem Schmelzen, VerdaiuDi'en, Plattieren, etc. erfolgt in-zunehmendem Maße. Ein typisches Elektronenstrahl-Ofensystem enthält eine Elektronenschleuder, die in geeigneter Weise mit Energie versorgt wird, um einen Elektronenstrahl hoher Dichte abgeben zu können. Die Elektronenschleuder ist im allgemeinen in eher evakuierten Kammer zusammen mit dem zu behandelnden Material untergebracht. Ferner sind Einrichtungen vorgesehen, die den Elektronenstrahl auf das zu behandelnde Material zu richten gestatten.

Die Elektronenschleuder enthält gewöhnlich eine Elektronen abgebende Quelle, wie eine geheizte-Kathode oder einen Heizfaden, und eine geerdete Beschleunigungsanode. Die Kathode wird gegenüber der Anode auf einem hohen negativen Potential gehalten. Dadurch herrscht zwischen den beiden Elektroden ein starkes elektrostatisches Feld, durch das die Elektronen beschleunigt werden. Normalerweise wird auch ein geeignetes Quermagnetfeld benutzt, um die Elektronen auf das Jeweilige Zielmaterial zu richten. Wenn der Elek- tronenstrahl auf das Zielmaterial auftrifft, wird dieses erwärmt. Die sich entwickelnde Wärmemenge hängt von der Größe des Elektronenstrahlstromsund von der Elektronengeschwindigkeit ab, die durch das elektrostatische Beschleunigungsfeld bestimmt ist, durch welche die Elektronen hindurchgeführt werden.

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Während des Elektronenbeschusses des äiclniaterials mit dilfe des Elektronenstrahls werden verschiedene verct amp fungs fähige I-iaterialien emittiert, ir erne r werdenverschiedene in deia Zieliiiaterial eingeschlossene Gase frei, und zwar insbesondere dann, wenn das Zielmaterial sich in einem relativ unreinen Sustand befindet. Das Vorhandensein derartiger gasförmiger Stoffe führt häufig zu eine·.· erheblichen herabsetzung des viidersbands zwischen nen verschiedenen feilen der Elektronenstralilschleuder und α er Leitungen und umgebenden Elemente. Dies kann wiederum zu einer Lichtbogenbildung zwischen den betreffenden 'feilen und Leitungen und Elementen führen. Die Folge hiervon ist eine erhebliche Zunahme des Elektronenstrahl-Ebroras. Damit besteht eine mögliche Gefahr für die Slek-

für
tronenschleuderanordnunp und/die diese umgebenden Elemente.

um die Gefahrenauswirkung einer Lichtbogenbildung herabzusetzen, sind bereits verschiedene spannung- und stromgerej_::elte Elektronenschleuder-Ketzgeräte entwickelt v;orden.

Durch einige der bisher bekanntgewordenen Elektronenstrahlachleuder-i'i et Zierate für Elektronenstrahlofen sind die nachteiligen Auswirkungen der Lichtbogenausbildung beschränkt worden,, indem der Strom der Elektronenschleuder begrenzt oder verringert wird. Durch Begrenzen des Stromanstiegs im Augenblick der Ausbildung eines Lichtbogens auf einen bestimmten Maximalwert wird der Lichtbogen häufig

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schnell unterbrochen, und der Normalbetrieb kann wieder weitergeführt werden. In Systemen, die mit relativ hohen Leistungen arbeiten (wie in Zehn- bis^: "Zwanaig-kW-Systemen mit Strahlströmen von drei oder mehr AmpSre) kann der Elektronenschleuderstrom wieder erreicht werden, ohne daß dabei auch eine Wiederherstellung des Lichtbogens erfolgt, indem lediglich der Elektronenschleuderstrom hinreichend stark abgesenkt wird. Ein Netzgerät, das einen Elektronenschi eude'r st rom - auf die Feststellung der Ausbildung eines Lichtbogens sehr schnell abzusenken erlaubt, wird an anderer Stelle (Serial No. 642 626) näher beschrieben. Diese Betriebsweise ermöglicht, daß der Lichtbogen in seinem Entstehungszustand verbleibt. Dadurch kann eine sehr schnelle Wiederherstellung des Elektronenschleuderstroms vorgenommen werden, ohne daß damit eine Wiederherstellung des Lichtbogens verbunden ist.

Bei den zur Zeit erhältlichen Netzgeräten werden im allgemeinen Vakuumröhren verwendet. Obwohl derartige Anlagen für viele Anwendungsfälle zufriedenstellend arbeiten, kann es jedoch in einigen Fällen erforderlich sein, die jeweils erzeugte Wärme sowie die Netzteilgröße und das Netzteilgewicht herabzusetzen. Hierfür empfiehlt sich die Verwendung von Festkörperelementen.

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Aufgrund der in einer Elektronenstrahlschleuder benutzten relativ hohtn Spannungen und Ströme ist es bisher noch

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nicht möglich gewesen, festkörperelemente an die Stelle der bisher in Slektronenachleuder-Netzgträten verwendeten Vakuumröhren^inrichtungen zu setzen· Der Grund hierfür liegt in den hohen Kosten oder in der Niohtverfügbarktit über zufriedenstellend arbeitende festkörperelemente» die ijene funktionen durchzuführen erlauben, dit Vakuumröhren bei hohen Spannungen und Strömen durchzuführen erlauben» Demgemäß bringt die Entwicklung tinea Netzgerätes, das nur Featkörpereltment« enthalten soll» hinsichtlich der Bewältigung der hohen Spannung einige Probleme mit sich«

Obwohl durch die Verwendung von festkörperelemente» in einem Hetzgerät die Jeweils erzeugte Wärm» sowie das Gewicht und die Größe erheblich herabgesetzt werden könnaa., bringen magnetische Elemente» wie Iransformatoren, jedoch eine übermäßige Größe und ein übermäßiges Gewicht mit sich· Demgemäß ist es erwünscht, Einrichtungen zu finden» die die Größe und das Gewicht der in einem Netzgerät vorzusehenden magnetischen Elemente herabzusetzen, gestatten« -

Sin© weitere, mit dem Entwurf eines »ufriedenstelltnden Netzgerätθa für Elektronenetrahlachleudern verbundene Komplikation ergibt sich in dem fall, daß es erwünscht ist, sehr schnelle Stromabsenkung herbeizuführen. Wie oben

bereit» ausgeführt, ermöglicht »in® derart schnelle Strom&bsenkung* ein® schnelle Wiederherstellung des Blektronenstrahlströme» ohne dabei gleichseitig die Wiederherstellung von Lichtbögen zu verursachen.

Der Erfindung, liegt mxa die Aufgabe zugrunde» ein Netzgerät für eine Blektronenstrahltehleuder zu schaffen, die in einem llektronenstrshlofensysteia verwendet wird» Dieses * Nttigträt soll kompakt sein und ein geringes Gewicht besitxtn. Um» neu z-u schaffende Netzgerät soll insbesondere festkörperelemente verwenden, ferner soll das neu au schaffende NttEgerät geringe Eo a ten verursachen und zuverläiflig im Bitriab sein, SchlieBlich soll daa neu xu schaffend« lützgarilt den Slektronenetrahlstrom auf. »inen Wert herab-ÄUiitien gestatten, bei ata ein» Ausbildung von !lichtbogen verhindert ist, so daß eine schnelle Wiederherstellung des llektronansclileuderstrahlitroms ermöglicht ist, ohne daß gleichzeitig Lichtbögen entstehen* *

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert. - _ .

Sig· 1 zeigt scheaatisch ein Elefefcronenstralil-Ofensysteia_f unter Hervorhehmag eines gemäß der Erfindung aufgebauten .

für. die SlektEaneiistSiallschieuder des Ofen«

!Pig. 2 zeigt schemätisch eine andere Ausführungsform der Erfindung. ^; -

Das Netzgerät gemäß der Erfindung enthält allgemein eine Einrichtung 11, die eine Ausgangswechselspannung hoher Frequenz abzugeben gestattet. Diese Einrichtung 11 ist für den Anschluß an eine Wechselstromquelle 12 vorgesehen; sie gibt eine Ausgangswechselspannung bestimmter Frequenz ab, die wesentlich höher als die Frequenz der Speisespannungsquelle 12 ist. Durch Einrichtungen 15 wird die Ausgangswechselspannung der Einrichtung 11 in eine Gleichspannung bzw. in einen Gleichstrom umgesetzt, der zur Speisung einer Elektronenschleuder 14 dient. Die Einrichtung 11 enthält ferner Stromregeleinrichtungen 15 und 16, durch deren Betätigung die Einrichtung 11 auf ein Ansteigen des der ' Elektronenschleuder zugeführten Stromes zufolge eines Lichtbogens in den nichtleitenden Zustand überführbar ist.

Im folgenden sei die in Fig. 1 gezeigte Anordnung näher betrachtet, bei der die zram Betrieb der Elektronenschleuder erforderliche Leistung von einer We cha e»l spannungs quelle abgeleitet wird, die vorzugsweise durch ein Dreiphasennetz gebildet ist. Die Speisespannungsquelle kann durch eine herkömmliche Netzleistung gebildet sein, die eine Drei-Phasen-Spannung von 220 V bei einer Frequenz von 60 Hz abzunehmen gestattet. Diese Spannung wird an die Einrichtung 11 angelegt.

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Die dargestellte Einrichtung 11, die eine Au-sgangswechsel» . spannung hoher Frequenz abzugeben gestattet, gibt auf die von der Wechselspannungsquelle 12 gelieferte Wechselspannung hin einen Einphasen-Wechselstrom wesentlich höherer Frequenz ab. Die Einrichtung 11 enthält hierzu einen Dreiphasen-Voll^ weggleichrichter 17» der in geeigneter Weise gepolte und miteinander .verbundene Festkörperdioden 18,19,20,21,22 und 23 enthält. ~

Die Einrichtung 11 enthält ferner einen Serieninverter 25, der an den Ausgang des Dreiphasen-Gleichrichters 17 angeschlossen ist* Des? Inerter enthält zwei Strömst euer einrichtungen 15 und 16^ deren eine zwischen eiern positiven Pol der Glfichrichthfefc Und einem Ende einer Induktionsspule 26,geschaltet ist und deren andere zwischen dem negativen Pol der Gleichrichter und dem anderen Ende der Spule 26 geschaltet iet. Bei der Ausführungsfjorm gemäß Fig» 1" sind die Steuereinrichtungen 15 und 16 durch gesteuerte Siliziumgleichrichter gebildet. Jeder dieser gesteuerten Siliziumgleichrichter besetzt einF~To^tJ.-ek^rode, die an eine Triggerschaltung 27 angeschlossäCa,jjL|ii?i Die Trigger- · schaltung 27 zündet abwechselnd den gesteuerten SiIiziumgleichriphtftr 15 und den-gesteuerten Siliziunjgleichrichter 16, so daß das Ausgangssignal des Inverters 25 mit einer bestimmten Frequenz auftritt. Hierauf wird weiter unten noch nähir eingegangen werden. Für difn gerade betraöhljeten Zweck

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^^ Triggerschaltungen sind an sich bekannt;, einige

ffigger schaltungen, die in Verbindung mit der erfindungs-

gemäßen Vorrichtung zufriedenstellend gearbeitet haben, "sind in dem Buch "Semiconductor Controlled Rectifiers", Prentiss Hall 1964, Kapitel 5, von Gentry, Gutzwiller, Holonyak und von Zastrow beschrieben·

I Das Ausgangssignal des Inverters 25 wird der Primärwicklung 28 _f eines Aufwärts-Transformators 30 zugeführt. Ein Ende der Primärwicklung 28 des genannten Transformators ist dabei an einen Mittelabgriff der Spule 26 angeschlossen. Das andere Ende der Primärwicklung 28 ist über einen Kondensator 31 an den negativen Ausgang des Dreiphasen-Gleichrichters und über einen Kondensator 32 an den positiven Ausgang des Gleichrichters 17 angeschlossen.

Die von einer Sekundärwicklung 33 des Transformators 30 abnehmbare Ausgangsspannung wird einem Brückengleichrichter 35 zugeführt. Der Brückengleichrichter besteht aus vier geeignet gepolten Dioden 36, 37» 38 und 40. An den Verbindungspunkt zwischen den Dioden 36 und 38 ist die Elektronenstrahlschleuder 14 angeschlossen, der über diese Verbindung die Beschleunigungsspannung zugeführt wird· Die Verbindung zwischen den Dioden 37 und 40 ist über einen Widerstand 41 geerdet· Per Zweck dieses Widerstands wird weiter unten noch näher erläutert werden·

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Die Elektronenstrahlsehleuder 14 befindet sieh in einem in geeigneter Weise geerdeten Elektronenstrahlofen, der schematisch durch gestrichelte Linien 42 angedeutet ist. Der Innenraum des Elektronenstrahlofen ist evakuiert; er enthält einen Schmelztiegel 43» in welchem das mittels eines Elektronenstrahls zu erwärmende Zielmaterial 45 enthalten ist.

P Die Elektronenstrahlschleuder 14 kann von irgendeiner herkömmlichen Äuaführungsform sein, Bei der in ffig. 1 gezeigten Ausführungsform ist die Elektronenschleuder 14 in dem Ofen 42 angeordnet 5 sie enthält eine Kathode 46 und eine geerdete Beschieunigungsanode 47. Die von der Kathode emittierten Elektronen werden durch das zwischen der Kathode und der geerdeten Anode 4? vorhandene Beschleunigungspotential beschleunigt und zu einem Elektronenstrahl 48 gebündelt. Der Elektronenstrahl wird mit Hilfe eines durch einen geeignet

angeordneten Elektromagneten 50 erzeugten Quermagnetfeldes auf die Oberfläche des Zielmaterials 45 hin abgelenkt. Die

Kathode 46 kann durch in der Zeichnung nicht näher dargestellte Einrichtungen direkt oder indirekt geheiat sein. Während des Betriebs des sufor feetrachteten letigerätes : kann die an der !Elektronenschleuder 14 liegende Spannung

:·" in allgemeinen durch ein geeignetes * ^ ^öm' Zaiabaung nlobt V -näher dargar teilt m EpaaniiB^is-ibtaet- ηχχά -»reielaetsweA . konstant gehalten werde», ,■ In einer.. derartige», ßpannungs« -

Regelschaltung können geeignete Maßnahmen getroffen sein, die das Auftreten zu hoher Stromstöße verhindern, die sich aus dem Auftreten von Schaltübergängen während des Absenkens des Elektronenschleuderstroms ergeben, wie dies weiter unten noch näher ersichtlich werden wird.

Während des normalen Betriebs liefert der Dreiphasen-Gleichrichter 17 einen Gleichstrom an den Inverter 25· Dieser Gleichström wird durch abwechselndes Leitendwerden der gesteuerten Siliziumgleichrichter 15 und 16 zu einem Wechselstrom umgeformt. Bei leitendem gesteuerten Siliziumgleichrichter 15 fließt ein Strom durch diesen gesteuerten Siliziumgleichrichter 15 und durch die obere Hälfte der Spule 26 und ferner durch die Primärwicklung 28 und durch den Kondensator 31. Die Abklingzeit dieses Stromes hängt ^ von der Zeitkonstante des die Spule 26, die Primärwicklung und den Kondensator 51 umfassenden Reihen-LC-Kreises ab. Wenn der Strom durch den gesteuerten Siliziumgleichrichter auf Null absinkt, wird dieser gesteuerte Siliziumgleichrichter 15 nicht leitend, und die Triggerschaltung 27 schaltet den gesteuerten Siliziumgleichrichter 16 in seinen leitenden Zustand.

J^ gesteuerten Siliziumgleichrichter 16 fließt ein Strom durch den Kondensator 32, die Primärwicklung 28, die untereHälfte der Spule 26 und den gesteuerten

Siliziumgleichrichter 16. Die Abklingzeit dieses Stromes hängt von der Zeitkonstante des den Kondensator 32, die Primärwicklung 28 und den unteren Teil der Spule 26 umfassenden LG-Reihenkreises ab.

Zufolge der betrachteten Betriebsweise des Inverters 25 fließt in der Primärwicklung 28 des Transformators 30 ein Wechselstrom. Die dabei an der Primärwicklung 28 liegende ^ Spannung wird mit Hilfe des, Transformators 30 aufwärts transformiert.., so daß an der Sekundärwicklung ,33 eine wesentlich höhere, Spannung auftritt. Diese Ausgangsspannung wird dann in der Brückengleichrichterschaltung 35 zu einer hohen Gleichspannung gleichgerichtet, die der Elektronenstrahl schleuder 14 zugeführt wird.

Während des normalen Betriebs eines Hochvakuum-Elektroiienstrahlofens kann periodisch eine Lichtbogenbildung.zwischen verschiedenen Elementen der Elektronenstrahlschleuder und "■ . Leitungen und verschiedenen Elementen des Ofens auftreten. Obwohl die zu einer Lichtbogenbildung führenden Umstände im einzelnen noch nicht vollständig geklärt sind, wird angenommen, daß örtlich auftretende Spitzenlastpunkte zu einer Steigerung der thermischen Emission führen und daß das Vorhandensein von bedeutenden Mengen an positiven Ionen in einem bestimmten Bereich zum Entstehen eines Lichtbogens . ^: beitragen kann.

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Einem Lichtbogen können im wesentlichen zwei Zustände zugeschrieben werden, nämlich ein Anfangszuatand, der durch ein schnelles Ansteigen des der Elektronenschleuder zuzuführenden Stromes charakterisiert ist, und ein Dauerzustand, bei welchem sich der Strom bei einem Funkt stabilisiert, bei dem der Lichtbogen die maximale Leistung überschreitet. Durch Begrenzung des Stromes auf einen Wert, der unterhalb des dem Dauerzustand entsprechenden hohen Stromwertes liegt, kann vielfach eine Beschädigung der Slelrtremenschleuder und der Ofenteile verhindert werden. In einigen Systemen, in denen insbesondere mit tintr ^lektronenitrahlleistung von über etwa 10 kW bei einer normalen Arbeitsstromstärke von 2 oder 3 Ampir· gearbeitet wird, kann der Lichtbogen auch bei dem niedrigen Strompegel bestehen bleiben und zu einem Ansteigen dea Stromes auf einen dem Dauerzustand entsprechenden Wert führen, wenn die Strombegrenzung wieder aufgehoben wird.

In derartigen Hochleistungasystemen ist es normalerweise erforderlich, die an die Elektronenstrahlschleuder abgegebene Leistung wesentlich herabzusetzen und auf dem herabgesetzten Wert während etwa 4/10-tel Sekunde oder während einer noch längeren Zeitspanne zu halten, bevor wie.der auf den Ausgangswert der Leistung zurückgekehrt werden kann, ohne gleichzeitig eine Lichtbogenbildung in Kauf nehmen zu müasen. Es wird" angenommen, daß diese Verzögerungszeit eine Entladungjäer

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in de» Lichtbogenbereich vorhandenen großen Anzahl an Ionen innerhalb' des Vakuumofena ermöglicht* ferner wird angenommen, daß diese Varzögerungszeit eine Abkühlung in denjenigen Bereichen ermöglicht, in denen sich eine hohe Temperatur und eint starke thermische Emission entwickelt , hat. Eine Verzögerung!seit von einer 4/10-ttl Sekunde oder einer noch längeren Zeitspann· ist besondere bedeutsam und kann zur relativ starken Unwirksamkeit im Hinblick auf den " Ofenbetrieb und im Hinblick auf Änderungen in der an das zu exftlxttend· Material abzugebenden Inergi© beitragen. Die zuletzt betrachtete Sigtßschaft kann in dem fall einen besonders nachteiligen Effekt zur folge haben, daß Dampfablagerungen vorgenommen werden, da ee zufolge dieser Eigenschaft zu einer nicht zulässigen Änderung in der Dampfniederschlagsmenge kommen kann.

Wenn, wie an anderer Stelle bereits näher ausgeführt (siehe US-Patentanmeldung, Serial No. 642 626), der Lichtbogen an einer Ausbildung bereits in seinem Anfangs zustand gehindert wird, intern der Elektronenttrahlschleuderstrom erheblich herabgesetzt wird, bevor der Strom auf den höheren, dem Dauerzustand entsprechenden Stromwert ansteigen kann, so kann sehr schnell ein Übergang auf den vollen Arbeitsstro© ■ erfolgen, ohne gleichzeitig die Ausbildung eines Lichtbogens in Kauf nehmen zu müssen« Obwohl di© hiermit zusammenhängenden

noch nicht vollständig geklärt sind, wird angedie schnelle. Rückkehr in den Betrieb mit vollem

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OFUGtNAL INSPECTED

Arbeitsstrom dadurch möglich ist, daß eine ausgedehnte Ionisation der Dampfρartikel im Bereich des Lichtbogens verhindert ist und/o.der eine ausgedehnte örtliche Überhitzung der Elektronen-Emissionsflächen nicht auftritt.

Um den zuvor. Betrachteten, mit einem schnellen Einschalten

des Elektronenschleuderstroms verknüpften Nutzen zu verschnell größe,rn,, wird der Elektronenschleuderstrom /zu einem Zeitpunkt, abgesenkt., zu dem der Lichtbogen sich in seinem Anfangs zustand, befindet. Wann diese Stromab Senkung vor-Auftreten,des Dauerzustands erfolgen sollte, hängt von den besonderen Schaltungseigenschaften und den Werten der verwendeten Schaltungselemente sowie von dem in dem Elektronenstrahlofen herrschenden Vakuum, von der Menge und Art der im Bereich um die Elektronenstrahlschleuder vorhandenen Dämpfe und von der besonderen Gestalt der Elektronenstrahlschleuder selbst ab. Ein weiterer maßgebender Punkt sind noch die um die Elektronenstrahlschleuder angeordneten Ofeneinrichtungen. Im Zusammenhang mit Öfen, in denen mit Leitungen über 10 kW gearbeitet wird, ist es in den Fällen, daß der Elektronenschleuderstrom in einer weniger als 15 Millisekunden betragenden Zeitspanne nach Beginn eines Lichtbogens abgesenkt wird, normalerweise möglich, den Elektronenschleuderstrom innerhalb von 200 Millisekunden wieder auf den Ausgangswert zurückzuführen, ohne die Ausbildung eines Lichtbogens in Kauf nehmen zu müssen.

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Für viele Betriebsfälle ist jedoch eine Verzögerungszeit von 200 Millisekunden zu lang; kürzere Verzögerungszeiten können jedoch dadurch erzielt werden, daß die Absenkzeiten unter den 15-Millisekunden-Wert gelegt werden, wie dies nachstehend noch ausgeführt werden wird.

Es hat sich gezeigt, daß bei den meisten Ofensystemen, die - mit 10 kW übersteigenden Elektronenstrahlleistungen und einem

ψ Elektronenstrahlstrom von 3 AmpSre arbeiten, der Elektronenschleuderstrom auf einen minimalen Wert abgesenkt werden sollte, um die Ausbildung eines Lichtbogens zu verhindern. Der für eine zufriedenstellende Betriebsweise erforderliche Stromwert liegt gewöhnlich unter 2 Ampere. Aus Gründen einer höheren Zuverlässigkeit ist der Strom unter ein AmpSre abzusenken. Höchst zufriedenstellende Ergebnisse werden mit einem Arbeitsstrom von 5 AmpSre erzielt, wenn dieser Strom auf weniger als 5# seines Wertes, d.h. auf 0,1 Ampäre, abgesenkt wird. In diesem Fall ist es unter Zugrundelegung einer Absenkzeit von 10 Millisekunden normalerweise möglich, den Elektronenschleu— derstrom sehr schnell wieder auf den Arbeitsstromwert anzuheben. Die Zeit hierfür beträgt in einigen Fällen 100 Mikrosekunden von der StromabSenkung ausgehend, ohne daß sich dabei ,ein Lichtbogen ausbildet.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus dem schnellen Abschalten des Elektronenschleuderstroms bei der Ausbildung eines Lichtbogens. Die'ser Vorteil geht auf die Tatsache zurück, daß mit

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dem Auftreten eines Lichtbogens normalerweise starke hochfrequente Einschwingvorgänge verbunden sind. Die Netzspannungsschaltung kann ^auf derartige Einschwingvorgänge reagieren. Während des,Auftretens derartiger Einschwingvorgänge können sich daher Schwierigkeiten ergeben. Um die sich aus den Hochfrequenz-Einschwingvorgängen ergebenden Auswirkungen zu beseitigen, können an geeigneten Stellen in der Schaltung HP-Fallen vorgesehen sein. Dies führt jedoch zwangsläufig zu einem Ansteigen der Kosten der Schaltungsanordnung. Aufgrund der Herabsetzung der HP-Einschwingvorgänge, die sich dadurch ausbilden, daß die Lichtbögen bereits während ihres jeweiligen Anfangszustandes an einer Ausbildung gehindert werden, ergibt sich ein vereinfachter Schaltungsaufbau.

Um die Ausbildung eines Lichtbogens festzustellen, wird der Widerstand 41 benutzt. Die an dem Widerstand 41 abfallende Spannung entspricht dem Elektronenstrahlstrom. Diese Spannung wird der Triggerschaltung 27 zugeführt. In der (Triggers chaltung sind geeignete Schaltungseinrichtungen enthalten (nicht gezeigt).die eine kurzzeitige Unterbrechung des Betriebs bewirken, wenn die an dem Widerstand 41 abfallende Spannung einen bestimmten Wert übersteigt· Ist dies der Fall, so wird

I keiner der gesteuerten Siliziumgleichrichter 15» 16 in den leitenden Zustand übergeführt. Damit sinkt die Ausgangs- > spannung des Inverters 25 auf Null ab.

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Die Triggerschaltung kann auf die Feststellung einis^ :Ütrom*- ^: ' anstiege zufolge der Ausbildung eines Lichtbogens in irgendeiner geeigneten Weise kurzzeitig unwirksam geschaltet werden. Auf welche Art und Weise dies geschieht, hängt von der Art der benutzten Triggerschaltung ab.. So kann z.B. eine beim Betrieb mit Dioden oder Transistoren sonst wirksame Vorspannung abgeschaltet werden, wenn die Spannung an dem Widerstand 41 einen bestimmten Wert übersteigt. Gemäß einem weiteren Beispiel kann eine Diode oder ein Transistor dem Ausgang der Triggerschaltung parallel geschaltet sein.

Da die Stromabsenkzeit von der Zeit der Absenkung des Ausgangsstroms des Inverters 25 abhängt, sind die Zeitkonstanten von in der Inverterschaltung enthaltenen zeitbestimmenden Gliedern so gewählt, daß die Stromabsenkzeit genügend kurz ist. Es hat sich gezeigt, daß der Inverter für viele Zwecke so ausgelegt sein kann, daß er mit einer Ausgangsfrequenz über 400 Hz arbeitet, ohne daß dies eine übermäßige Schaltungskomplexität mit sich bringt« Es kann jedoch auch von Vorteil sein, "bei Frequenzen oberhalb von 1 IHz zu arbeiten, um Stromabsenkzeiten von Weniger als einer Millisekunde zu erzielen. Es sei an dieser Stelle bemerkt, daß unter der Stromabsenkzeit hfer diejenige Zeitspanne verstanden wird₉ die swisehen dem ' sehr frühen Beginn eines auf eine Lichtbogenbildung hin-@r» - ·" folgenden Elektronenetranlstromanstiegs und dem Zeitpunkt liegt zu dem der Strom auf den Minimalwert abgesenkt ist. Aus

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praktischen Gründen heraus kann die Zeitspanne vor dem

ten
Überechrei/ des bestimmten Triggerpegela durch den Strom unberücksichtigt bleiben, da dieser Wert normalerweise weniger als eine Mikrosekunde beträgt.

Nachstehend sei auf Fig. 2 näher eingegangen, in der eine andere Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist. In der Schaltungsanordnung gemäß Pig. 2 enthaltene Schaltungselemente, die in Art und Funktion mit jenen in der Schal-, tungsanordnung gemäß Fig. 1 übereinstimmen, sind unter Hinzufügung des kleinen Buchstabens "a" durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie die entsprechenden Schaltungselemente in Fig. 1. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird in Abweichung von Fig. 1, gemäß der ein Serien-Inver- -feer verwendet worden ist, ein Parallel-Inverter 51 verwendet.

Gemäß Fig. 2 ist an den Ausgang des Drei-Phasen-Gleichrichters 17a eine Spule 52 mit ihrem einen Ende angeschlossen. Das andere Ende der Spule 52 ist an einen Mittelabgriff der Primärwicklung 28a des Transformators 30a angeschlossen. Die beiden Enden der Primärwicklung 28a sind über zwei gesteuerte Siliziumgleichrichter 54· und 56 an die negatives Potential führende Klemme des Brückengleichrichters 17a angeschlossen. Die Überführung der gesteuerten Sxlxziumglexchrichter 54 und. in den leitenden Zustand wird durch die Inverter-Triggerschaltung 27a gesteuert. Ein Kondensator 57 verbindet die

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Anoden der beiden gesteuerten Siliziumgleichrichter miteinander, wodurch der jeweils leitende gesteuerte Siliziumgleichrichter in den nicht leitenden Zustand gelangt, wenn der jeweils andere gesteuerte Siliziun.gleichrichter in den leitenden Zustand gelangt, Ist der gesteuerte Siliziumgleichrichter 54 durch die Triggerschaltung 27a in den leitenden Zustand übergeführt worden, so fließt ein Strom

obere
durch die Spule 52 und die / .. Hälfte der Primärwicklung 28a.

Die dabei auftretende Stromanstiegszeit ist durch die Induktivität der Spule 52 und der oberen Hälfte der Primärwicklung 28a bestimmt.

Mit Zünden des gesteuerten Siliziumgleichrichtors 56 gelangt der gesteuerte Siliziumgleichrichter 54 in den nicht leitenden Zustand. Dadurch fließt nunmehr ein Strom durch die Spule 52, die untere Hälfte der Primärwicklung 28a und den gesteuerten Siliziumgleichrichter 56. Die Anstiegszeit diesen Stromes ist durch die Induktivität der Spule 52 und der unteren Hälfte der Primärwicklung 28a bestimmt. Das Leitendsein des gesteuerten Siliziumgleichrichters 56 hört mit erneutem Zünden des goßteuerten Siliziumgleichrichters 5^ wieder auf.

Der Inverter 51 kann die Leistungsabgabe nicht unterbrechen, wenn die Auslösung der Inverter-Triggerschaltung 58 aur.fällt. Die Ursache hierfür liegt in dem oben erwähnten Umstand, daß das Zünden eines gesteuerten Siliziumgleichrichters in der Inverterschaltung erforderlich iet, um den zu dienern geateuorton

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oiliziumgleichrichter ρ ar al"¹ el liegenden gesteuerten Siliziumgleichrichter auszuschalten. Demgemäß v/erden in der Gleichrichtersehaltung 17a drei gesteuerte Siliziumpleichrichtsr 59, 61 und 62 verwendet, um den der Elektronenstrahlschleuder zuzuführenden Strom zu regeln. An die Torelektroden der gesteuerten Siliziuragleichrichter 59» 61 und 62 ist eine weitere Gleichrichter-Triggerschaltung 63 angeschlossen. Diese Gleichrichter-Triggerschaltung 65 bewirkt in an sich bekannter V/eise, daß die gesteuerten Siliziumgleichrichter zu geeigneten Zeitpunkten während der drei Phasen gezündet werden. Triggerschaltungen, die derartige Funktionen auszuführen erlauben, sind in der eingangs genannten Druckschrift von Gentry beschrieben. Auf die Feststellung eines auf eine Lichtbogenbildung zurückgehenden Stromanstiegs doü den Widerstand 41a durchfließenden Stromes und Auswertung eier an diesem Widerstand abfallenden Spannung wird die Triggerschaltung 63 ausgeschaltet, so daß dem Inverter 51 keine Leistung mehr zugeführt wird. Demgemäß ist auch die Abgabe einer entsprechenden Leistung an die Elektronenstrahlschleuder unterbrochen.

Obwohl bei der in Fig. 2 dargeotellten Schaltungsanordnung im Unterschied zu der in Fig. 1 gezeigten Schaltungaanordnung nicht eine so schnelle Stromabeenkung erzielt werden kann, bringt die Verwendung von drei gesteuerten Siliciumgleichrichter!! anstelle der Verwendung nur eines gesteuerten Siliiiuragleichrichters doch eine gewisse Verkürzung dtr Abeenkzoit mit eiohw '

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Die mit der Verwendung von Peatkörperelementen verknüpften

Vorteile sind jedoch noch vorhanden, und die höhere Frequenz in der Ausgangsspannung des Inverters ermöglicht eine Herabsetzung der Große und des Gewichts der magnetischen Elemente, wie dies in gleicher Weiso für die in Fig. Λ gezeigte Ausführungsform zutrifft.

Aus vorstehendem dürfte ersichtlich geworden sein, daß gemäß der Erfindung ein kompaktes und leichtes Netzgerät für eine Elektronenstrahlschleuder geschaffen worden ist, die in einem Elektronenstrahlofen verwendet wird. In dem sich durch geringe Kosten und einen zuverlässigen Betrieb auszeichnenden Netzgerät; werden Festkörperelemente verwendet. Dabei sind Vorkehrungen getroffen, um den Elektronenstrahlstrom bei Auftreten eines Lichtbogens abzusenken. Diese Stromabsenkung kann während einer hinreichend kurzen Zeitsparoae erfolgen, um anschließend den Elektronenst.rahlstrom wieder auf seinen Ausgangswert ansteigen zu lassen, ohne dabei gleichzeitig die Ausbildung eines Lichtbogens in Kauf nehmen zu müssen.

Abschließend aei noch bemerkt, daß die Erfindung auf die vorstehend beschriebenen Auefühmngsbeispiele nicht beschränkt iat, sondern ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken noch in verschiedener Veiae modifiziert werden kann.

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Claims

0"· P a t e η t α ns ρ r ü c h e

1. netzgerät für eine in einem Elektronenstrahlofen benutzte Elektronenstrahlschleuder, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umformer (17,25) vorgesehen ist, der an eine Speisewechselstromquelle (12) angeschlossen ist und der einen Ausgangswechselstrom bestimmter Frequenz abzugeben vermag, die wesentlich höher ist eis die des Speisewechselstroraes, daß dem Umformer (17,25) eine Strom-Regeleinrichtung 15,16,27;41,59,61,63) zugeordnet ist, die auf einen Anstieg

sich ausbildenden des von der Elektronenstrahlschleuder (14) auf einen/Lichtbogen hin aufgenommenen Stromes die Abgabe eines Ausgangswechselstromes von dem Umformer (17,25) unterbricht, und daß an den Umformer (17,25) eine Schaltung (35) angeschlossen ist, die einen Gleichstrom an die Elektronenstrahlschleuder (14) abgibt.

2. Netzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom-Regeleinrichtung (41,15,16,27;41,59,61,62,63) gesteuerte Gleichrichter (15,16 in Pig. 1; 59,61,62 in Fig.2) enthält, denen eine Triggerschaltung (27 in Fig. 1; 63 in Fig. 2) zugeordnet ist, die die gesteuerten Gleichrichter (15,16 in Fig. 1; 59,61,62 in Fig. 2) abwechselnd leitend steuert, und daß*an die Triggerschaltung (27 in Fig. 1; 63 in Fig. 2) Einrichtungen (41;41a) angeschlossen sind, die deren Betätigung kurzzeitig verhindern.

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3. Netzgerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Umformer (17»25) der den Speisewechselstrom in einen Gleichstrom umsetzt und der mit Hilfe eines Wechselrichters (25) den Ausgarigswechselstrom bestimmter Frequenz abgibt.

4. Netzgerät nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Umformer (17) zumindest einen gesteuerten Gleichrichter (59₅61»62) enthält, zu dessen mit der Frequenz

™ des Speisewechselstroms erfolgender Steuerung in den leitenden Zustand eine Triggerschaltung (63) vorgesehen ist,

5- Netzgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (25) zumindest einen von einer Triggerschaltung (27) her im Rhythmus der Frequenz des Ausgangswechselstromes periodisch in den leitenden Zustand steuerbaren gesteuex'ten Gleichrichter (15,16) enthält.

2 0 9625/ 1 01-1

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