DE1929446B2

DE1929446B2 - Verfahren zum regeln und abschalten der strahlleistung in einer elektronenbestrahlungsanlage und elektronenbestrahlungsanlage zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE1929446B2
Application number: DE19691929446
Authority: DE
Inventors: Igor Pavlovic Moskau Brukovskij
Original assignee: Moskowskij Ordena Lenina Energetitscheskij Institut, Moskau
Priority date: 1968-06-10
Filing date: 1969-06-10
Publication date: 1972-07-27
Also published as: CS162029B1; DE1929446A1; FR2010604A1; BE734363A; AT304716B; GB1263532A; SU469163A1; SE360539B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln und Abschalten der in einer Elektronenbestrahlungsanlage mit einer Elektronenkanone, deren Kathode von einer gesonderten Stromquelle versorgt wird, an ein zu bestrahlendes Gut abgegebenen Strahlleistung, bei dem die gesamte elektrische Lei- _w stung gemessen und mit einer Vergleichsgröße verglichen wird und bei dem aus diesem Vergleich eine elektrische Stellgröße abgeleitet wird, die zur Abschal tung der Strahlleistung im Falle des Überschreitens eines vorgegebenen Wertes der Strahlleistung der Energieversorgungseinheit der Anlage zugeführt wird und auf eine Elektronenbestrahlungsanlage zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die deutsche Auslegeschrift 1.151.884 betrifft ein Steuerverfahren für Elektronenstrahlgeräte, insbeson- ^₁ dere für Elektronenstrahlschmelz und Aufdampfanla gen, bei denen der gesamte Verbraucherstrom über eine Elektronenröhre mit Kathodenwiderstand fließt und die Spannung an dem Kathodenwiderstand mit einer Bezugsspannung in einem Spannungsvergleichsgerät verglichen wird, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß das Spannungsvergleichs gerät mit einer Sperrstufe elektrisch verbunden wird, die'die Gitterspannung der Elektronenröhre so beeinflußt, daß der beim Auftreten von Entladungen im Efektronenstrahlgerät ansteigende Verbraucherstrom selbsttätig beim Überschreiten eines vorgegebenen Wertes unterbrochen und nach einer sehr kurzen Zeitdauer, während der der Arbeitsprozeß keine Unterbrechung erfahrt, wieder eingeschaltet wird.

Ein Steuerverfahren, bei dem der gesamte Verbraucherstrom Grundlage für die Steuerung ist, hat aber den Nachteil, daß dabei die Konstanthaltung der Leistung, die zur unmittelbaren Erwärmung des Erzeugnisses verbraucht wird, nicht mit genügender Genauigkeit erfolgen kann, da die Leistung am Ausgang der Speisequelle sich von der an die Oberfläche des zu erwärmenden Erzeugnisses angelegten Leistung unterscheidet, und zwar um die G'öße der in der Elektronenkanone und im Strahlführungssystem auftretenden Energieverluste sowie der Verluste, die beim Durchgang des Elektronenbündels durch die Arbeitskammer der Anlage auf der Strecke zwischen dem Strahlführungssystem und der Oberfläche des zu erwärmenden Erzeugnisses entstehen. Die Energieverluste in der Elektronenkanone liegen gewöhnlich unter 0,5 bis 1,5% von der Gesamtleistung der Anlage. Eine Erhöhung dieser Verluste, die durch irgendeine Ursache hervorgerufen wird, kann aber infolge der Abschmelzung der fokussierenden Anodenelektrcde oder einer Beschädigung der magnetischen Fo kussierungslinsen im Strahlführungssystem zum Ausfall der Anlage führen.

Bei einer Druckerhöhung im Strahlführungsraum bis zum Wert von 5.10 ⁴ bis 5.10 ³ Torr entstehen im Strahlführurigssystem zusätzliche Verluste, die durch Zusammenwirkung des Elektronenbündels und der Restgase sowie der Dämpfe des Werkstoffes verursacht werden, der in der Anlage bearbeitet wird. Diese Verluste betragen 3 bis 8% von der Leistung, die von der Elektronenkanone verbraucht wird.

Beim Durchgang des Elektronenbündels zwischen dem Strahlführungssystem und der Oberfläche des zu erwärmenden Erzeugnisses können die Verluste in der Arbeitskammer der Anlage je nach dem Restdruck einen Wert von 20 bis 25% der Leistung am Ausgang der Speisequelle dieser Anlage erreichen. Da bei dem bekannten Steusrverfahren die Energieverteilung zwischen der Oberfläche des Erzeugnisses und der restlichen Atmosphäre nicht erfaßt wird sondern nur die Gesamtleistung, welche die Elektronenkanone von der Speisequelle der Anlage aufnimmt, kann eine genaue Regelung der vom Elektronenstrahl an das zu erwärmende Erzeugnis abgegebenen Leistung nicht erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur automatischen Regelung einer Elektronenbestrahlungsanlage anzugeben, das eine hohe Genauigkeit bei der Konstanthaltung der zur Erwärmung des Erzeugnisses benötigten Leistung gewährleistet, sowie eine Elektronenbestrahlungsanlage zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.

Dies wird bei dem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Vergleichsgröße aus Regelsignalen gebildet wird, die aus in einer Kammer der Elektronenkanone, im Strahlführungssystem und in einer Arbeitskammer gemessenen Strahlverluste anzeigenden Betriebsparametern abgeleitet werden und daß die elektrische Stellgröße zur Regelung der gesonderten Stromquelle mitbenutzt wird.

Zur Durchführung dieses Verfahrens dient vorteilhaft eine Elektronenbestrahlungsanlage, die eine Leistungsregeleinheit mit drei Meßorganen der Betriebsparameter besitzt, von denen ein Meßorgan in der Kammer der Elektronenkanone, das zweite im Strahlführungssystem und das dritte in der Arbeitskammer der Anlege angeordnet ist und daß das Meßorgan für die Gesamtleistung mit der Leistungsregeleinheit verbunden ist,

Das erfindungsgemäße Verfahren zur automat!-

der Speisequelle 5 der Anlage über ein Meßorgan 8 für die Gesamtleistung elektrisch verbunden. Die Meßorgnne 9, IO und 11 für die Energieverluste (Fig. 2) als Betriebsparameter sind in der Kammer der Elektronenkanone 2, im Strahlführungsystem 3 sowie in der Arbeitskammer 4 der Anlage 1 angeordnet und mit entsprechenden Eingängen der Leistungsregelungseinheit über Verstärker 12, 13 bzw. 14 verbunden.

Die Leistungsregeleinheit 7 ist mit dem Ausgang sehen Regelung einer Elektronenbestrahlungsanlage und die zur Durchführung dieses Verfahrens entwikkelte Elektronenbestrahlungsanlage ermöglichen es, die Genauigkeit der Konstanthaltung der zur Erwärmung des Erzeugnisses benötigten Leistung zu e.höhen. Dadurch ergibt sich eine bessere Stabilisierung der Wärmebehandlung des Erzeugnisses sowie eine

¹J^""' Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit der Anlage, weil

Uie vom Meßorgan 9 über den Verstärker 12, m eine Kontrolle der Leistungsverlusre an den Elektroden der Elektronenkanone und des Strahlführungssystems möglich wird.

Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausfuhrungsbeispiel einer Elektronenbestrahlungsanlage unter Bezugnahme auf d^:,e Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Elektronenbestrah-

lungsanlage

Fig. 2 den Aufbau dieser Anlage im Prinzip.

Bei der automatischen Regelung der Elektronenbestrahlungsanlage werden gleichzeitig die Gesamtleistung, die durch die Anlage von der Speisequelle verbraucht wird, und die Energieverluste in der Elektronenkanone, im Strahlführungssystem und in der Arbeitskammer der Anlage ermittelt, und durch Gegenüberstellung der ermittelten Werte ergibt sich die Leistung, die unmittelbar für die Erwärmung der Erzeugnisse verbraucht wird. Diese Leistung wird als elektrische Stellgröße bei der Regelung der Anlage be-

vom Meßorgan 10 über den Verstärker 13 und vom Meßorgan 11 über den Verstärker 14 gelieferten Signale gelangen zu den Eingängen der Leistungsregelungseinheit 7, wobei einem der Eingänge dieser Einheit 7 vom Meßorgan 8 für die Gesamtleistung standig ein der Gesamtleistung der Anlage proportionales Signal zugeführt wird.

In der Leistungsregelungseinheit 7 werden die vom Meßorgan 8 und gleichzeitig von den Meßorganen 9, 10, 11 bzw. von einem dieser MetSorgane gelieferten Signale miteinander verglichen und dann werden von der Einheit 7 Signale abgegeben, die der zur unmittelbaren Erwärmung des Erzeugnisses verbrauchten Leistung proportional sind. Vom Ausgang der Einheit 7 werden die Signale der Kathodenstromquelle 6 zur Regelung des Betriebszustandes der Anlage 1 zugeführt, und bei gestörtem Betrieb der Anlage gelangen diese Signale zur Speisequelle 5 zur Abschaltung der Anlage.

Die Verstärker 12, 13, 14 ermöglichen es, bei der 30 nutzt.
Regelung des Betriebszustandes der Anlage 1 den ver- Wie in den Zeichnungen (Fig. 1 und hig. L) zu

änderlichen Einfluß der Größe der Parameter auf den entnehmen ist, enthält die Elektronenbestrahlungsanlage 1 in ihrem Vakuumraum eine Elektronenkanone 2, ein Strahlführungssystem 3 und eine Arbeitskam-

Betriebszustand der Anlage und ihre Leistung zu berücksichtigen. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit

der gleichzeitigen Anwendung von verschiedenartigen 3 5 mer 4 und wird von der Speisequelle 5 der Anlage ge-Meßorganen. Zum Beispiel können als Meßorgane 9, speist. Die Kathode der Elektronenkanone Z wird 10, 11 gegen die Erde isolierte Sonden, Temperatur-
und Druckgeber verwendet werden.

speist. Die Kathod

von einer besonderen Kathodenstromquelle b

speist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Regeln und Abschalten der in einer Elektronenbestrahlungsanlage mit einer Elektronenkanone, deren Kathode von einer gesonder- ι ten Stromquelle versorgt wird, an ein zu bestrahlendes Gut abgegebenen Strahlleistung, bei dem die gesamte elektrische Leistung gemessen und mit einer Vergleichsgröße verglichen wird und bei dem aus diesem Vergleich eine elektrische Stellgröße ab- κι geleitet wird, die zur Abschaltung der Strahlleistung im Falle des Überschreitens eines vorgegebenen Wertes der Strahlleistung der Energieversorgungseinheit der Anlage zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichs- n größe aus Regelsignalen gebildet wird, die aus in einer Kammer der Elektronenkanone (2), im Strahlführungssystem (3) und in einer Arbeitskammer (4) gemessenen Strahlverluste anzeigenden Betriebsparametern abgeleitet werden und daß die elektrische Stellgröße zur Regelung der gesonderten Stromquelle (6) mitbenutzt wird,

2. Elektronenbestrahlungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leistungsregeleinheit (7) drei Meßorgane (9, 10, II) der Betriebsparameter besitzt, von denen ein Meßorgan in der Kammer der Elektronenkanone (2), das zweite im Strahlführungssystem (3) und das dritte in der Arbeitskammer (4) der Anlage angeordnet ist und daß das Meßorgan (8) für die Gesamt¹ iistung mit der Leistungsregeleinheit (7) verbunden ist.