DE1929446C - Verfahren zum Regeln und Abschalten der Strahlleistung in einer Elektronen bestrahlungsanlage und Elektronenbe Strahlungsanlage zur Durchfuhrung dieses Verfahrens - Google Patents

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 Leistung gemessen una mit einer Vergleichsgröße verglichen wird und bei dem aus diesem Vergleich eine elektrische Stellgröße abgeleitet wird, die zur Abschaltung der Strahlleistung im Falle des Überschreitens eines vorgegebenen Wertes der Strahlleistung der ?nergieversorgungseinheit der Anlage zugeführt wird und auf eine Elektronenbestrahlungsanlage zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die deutsche Auslegeschrift 1,151,884 betrifft ein Steuerverfahren für Elektronenstrah'geräte, insbesondere für Elektronenstrahlschmelz- und Aufdampfanlagen, bei denen der gesamte Verbraucherstrom über eine Elektrunenröhre mit Kathodenwiderstand fließt und die Spannung an dem Kathodenwiderstand mit einer Bezugsspannung in einem Spannungsvergleichsgerät verglichen wird, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß das Sprnnungsvergleichsgerät mit einer Sperrstufe elektrisch verbunden wird, die' die Gitterspannung der Elektronenröhre so beeinflußt, daß der beim Auftreten von Entladungen im Elektronenstrahl_gerät r,o ansteigende Verbraucherstrom selbsttätig beim Überschreiten eines vorgegebenen Wertes unterbrochen und nach einer sehr kurzen Zeitdauer, während der der Arbeitsprozeß keine Unterbrechung erfährt, wieder eingeschaltet wird. μ

Ein Steuerverfahren, bei dem der gesamte Verbraucherstrom Grundlage für die Steuerung ist, hat aber dcü Nachteil, daß dabei die Konstanthaltung der Leistung, die^iir 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 Größe der in der Elektronenkanone und im Strahlführungrsystem auftretenden Energicverluste sowie der Verluste, die beim Durchgang des Elektronenbündels durch die Arbeitskammer de. Anlage auf der Strecke zwischen dem Strahlführungssystem und der Oberfläche des zu erwärmenden Erzeugnisses entstehen. Die Energieverlus+e 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 Anodenelek trode oder einer Beschädigung der magnetischen Fo kussierungslinsen im Strahlführungssystem zum Aus fall der Anlage führen.

Bei einer Druckerhöhung im Strahlführungsraum bis zum at-rt von 5.10⁴ bis 5.10"' Torr entstehen im Strahlführungssystem zusätzliche Verluste, die durch Zusammenwirkung des Elektron^nbündels und der Restgase sowie üer Dämpfe des Werkstoffes ver ursacht werden, der in der Anlage bearbeitet wird. Diese Verluste betragen 3 bis 8% von der Leitung, die von der Elektronenkanone verbraucht wird.

Beim Durch :ang des Elektronenbündels zwischen dem Strahlführungssystem und der Oberfläche des zu erwärmenden Erzeugnisses können die Verluste in der Arbeitskammer der Anlage je nach dem Rest druck einen Wert von 20 bis 25% der Leistung am Ausgang der Speisequelle dieser Anlage erreichen. Da bei dem bekannten Steuerverfahren die Ener gieverteilung 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 d;r 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 ElektronenbestiaMungsanlage zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.

Dies wird bei dem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Vergleichsgröüj aus Regelsignalen gebildet wird, die aus in einer Kammer der Elektronenkanone, im Strahlführungssystem und in einer Arbeitskammer gemessenen Strahlverluste anzeigenden Betriebsparametern pbgeleitet 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 Betriebsparatneter besitzt, von denen ein Meßorgan in der Kammer der Elektronenkanone, das zweite im Strahlführungssystem und das dritte in der Arbeitskammer der Anlage angeordnet ist und daß das Meßorgan für die Gesamtleistung mit der Leistungsregeleinheit verbunden ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur automati-

der Speisequelle 5 der Anlage über ein Meßorgan 8 für die Gesamtleistung elektrisch verbunden. Die Meßorgane 9, 10 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 vom Meßorgan 9 über den Verstärker 12, 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 stan- >' dig ein der Gesamtleistung der Anlage proportionales Signal Zi.geführt wird.

In der Leistungsregelungseinheit 7 werden die vom Meßorgan 8 und gleichzeitig von den Meßorgar.en 9, 10, 11 bzw. von einem dieser Meßorgane 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 zvr Speisequelle 5 zur Abschaltung der Anlage.

Die Verstärker 12, 13, 14 ermöglichen es, bei der Regelung des Betriebszustandes der Anlage 1 den veränderlichen Einfluß der Größe der Parameter auf den Betriebszustand der Anlage und ihre Leistung zu berücksichtigen. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit der gleichzeitigen Anwendung von verschiedenartigen Meßorganen. Zum Beispiel können als Meßorgane 9, 10, 11 ge^en die Erde isolierte Sonden, Temperatur- und Druckgeber verwendet werden. Die Leistungsregeleinheit 7 ist mit dem Ausgang sehen Regelung einer Elektronenbestrahlungsanlage und die zur Durchführung dieses Verfahrens entvikkelte Elektronenbestrahlungsanlage ermöglichen es. die Genauigkeit der Konstanthaltung der zur Erwärmung des Erzeugnisses benötigten Leistung zu erhöhen. Dadurch ergibt sich eine bessere Stabilisierung der Wärmebehandlung des Erzeugnisses sowie eine Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit der Anlage, weil eine Kontrolle der Leistungsverluste an den Elektroden der Elektronenkanone und des Strahlführungssystems möglich wird.

Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel einer Elektronenbestrahlungsanlage unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der Elektronenbestrah

lungsanlage

Fig. 2 den Aufbau dieser Anlage im Prinzip.

Bei der automatischen Regelung der Elektronenbestrahlungsanlage werden gleichzeitig die Gesamtlei stung, die durch die Anlage von der Speisequelle ver brau:ht wird, und die Energieverluste in der Elektronenkanone, im Strahlführungssystem und in der Ar beitskammer der Anlage ermittelt, und durch Gegenüberstellung der ermittelten Werte ergibt sich die Lei stung, die unmittelbar für die Erwärmung der Erzeug nisse verbraucht wird. Diese Leistung wird als elektrische Stellgröße bei der Regelung der Anlage benutzt.

Wie in den Zeichnungen (Fig. 1 und Fig. 2) zu entnehmen ist, enthält die Elektronenbestrahlungsanlage 1 in ihrem Vakuumraum eine Elektronenkanone 2, ein Strahlführungssystem 3 und eine Arbeitskammer 4 und wird von der Speisequelle 5 der Anlage gespeist. Die Kathode der Elektronenkanone 2 wird von einer besonderen Kathodenstromquelle 6 gespeist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche: ie ταιτ

1. 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 Strahlleisumg, bei dem die gesamte elektrische Leistung gemessen und mit einer Vergleichsgröße verglichen wird und bei dem aus diesem Vergleich eine elektrische Stellgröße abgeleitet 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 Vergleichsgröße aus Regelsignalen gebildet wird, die aus in einer Kammer der Elektronenkanone (2). im Strahlführungsrystem (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. Elektronenbestrahlur.gsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß eine Leistungsregeleinheit (7) drei Meßorgane (9, 10, 11) der Betriebsparameter besitzt, von denen ein Meßorgan in der Kammer der Elektronenkanone (2), das zweite im Strahlführungssystem (3) Tid das dritte in der Arbeitskammer (4) der Anlage angeordnet ist und daß das Meßorgan (8) für die Gesamtleistung mit der Leistungsregcleinheit (7) verbunden ist