DE19603037C1 - Electron beam multi-chamber unit, e.g. for welding and hardening - Google Patents

Electron beam multi-chamber unit, e.g. for welding and hardening

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Abstract

An electron beam multi-chamber unit consists of an electron gun (9) of axial type with an intermediary chamber (7) arranged on it having vacuum valves for alternating the supply of the electron beam to several process positions separated by vacuum and several receivers (1') arranged below it and which can be separately evacuated. The receivers (1') are arranged in parallel rows of desired length and have a vacuum sealed (4) opening (3) in the side facing the electron gun (9). The electron gun (9) can be displaced together with the intermediary chamber (7) parallel to the rows of receivers (1'). A sprung metallic strip (6) is displaceably arranged between the receivers (1') and the intermediary chamber (7) parallel to the rows of receivers (1') such that it vacuum-tightly covers all the openings (3) in each position. The intermediary chamber (7) is vacuum-tightly fixed to the strip (6) such that the electron gun (9) moves with movement of the strip (6). The strip (6) has the same number of openings (10) as the adjacent receivers (1'); the gap between and the position of the openings (10) in the strip (6) are selected such that they coincide with the openings (3) in the receivers (1') for letting the electron beam (8) into the receivers (1'). The strip (6) is rolled onto and rigidly held at both ends of the receivers (1') arranged in parallel rows.

Description

Die Erfindung betriff eine Elektronenstrahl-Mehrkammeranlage, in welcher in mehreren Rezipienten in Folge elektronenstrahltechnologische Prozesse, wie beispielsweise Härten oder Schweißen, ausgeführt werden. Die Anlage arbeitet mit einer Elektronenkanone vom Axialtyp.The invention relates to an electron beam multi-chamber system in which in several recipients in Follow electron beam technological processes, such as hardening or welding, be carried out. The system works with an axial type electron gun.

Die üblichen Elektronenstrahlanlagen haben einen Rezipienten, an dem die Elektronenkanone angeordnet ist. Die Werkstücke werden in den Rezipienten eingebracht und nach dem Evakuieren bearbeitet. Der Nachteil derartiger Anlagen besteht darin, daß die Nebenzeiten, die sich aus dem Be- und Entschicken und dem Evakuieren und Belüften zusammensetzen, bei Chargenanlagen die Produktivität bestimmen. Meist sind die Nebenzeiten länger als die eigentliche Prozeßzeit.The usual electron beam systems have a recipient on which the Electron gun is arranged. The workpieces are placed in the recipient and processed after evacuation. The disadvantage of such systems is that the non-productive times resulting from loading and unloading and evacuating and venting put together, determine productivity in batch systems. Most of them are Non-productive times longer than the actual process time.

Es ist bekannt, diesen Mangel dadurch zu beseitigen, daß an der Elektronenkanone eine Zwischenkammer angeordnet ist, die als sogenannte Strahlweiche arbeitet. In dieser Zwischenkammer wird der Elektronenstrahl durch elektronenoptische Mittel und entsprechende Ventile zur Vakuumsteuerung wechselweise in zwei sich anschließende Rezipienten gelenkt. Somit kann in einem Rezipienten der elektronenstrahltechnologische Prozeß ausgeführt werden, während in dem anderen Rezipienten die Vorbereitung für den nächsten Prozeß erfolgt. Das bedeutet, die Nebenzeiten verlaufen während dieser Zeit (DD 2 11 983).It is known to remedy this deficiency in that a Intermediate chamber is arranged, which works as a so-called jet switch. In this Intermediate chamber is the electron beam by electron optical means and Corresponding valves for vacuum control alternately in two subsequent ones Directed recipients. Thus, the electron beam technology in a recipient Process while the other recipient is preparing for the process next process takes place. This means that the idle times run during this time (DD 2 11 983).

Diese Anlage bringt nur dann den gewünschten Nutzen, wenn die Prozeßzeit gleich oder größer als die Nebenzeit ist. Weiterhin sind derartige Anlagen auch auf relative kleine Rezipienten begrenzt, da die Strahlablenkung, d. h. der Strahlwinkel, nicht beliebig groß gewählt werden kann. Deshalb werden dabei meist sogenannte Nullrezipienten verwendet.This system only brings the desired benefit if the process time is equal to or is greater than the idle time. Furthermore, such systems are also relatively small Recipients limited because the beam deflection, i. H. the beam angle, not arbitrarily large can be chosen. Therefore, so-called zero recipients are mostly used.

Es ist weiterhin bekannt, eine Elektronenkanone zwei Rezipienten derart zuzuordnen, daß die Elektronenkanone entlang dem nebeneinander angeordneten Rezipienten verschoben wird. Zwischen der Elektronenkanone und den Rezipienten ist eine entsprechend ausgebildete Platte angeordnet, die immer die Öffnung des Rezipienten, in dem kein Prozeß abläuft, verschließt, um dort die Vorbereitung für den nächsten Prozeß zu treffen (DE 94 18 814 U1). Die Platte und die Rezipienten haben entsprechende Öffnungen und sind mit Dichtungen versehen, um den Elektronenstrahl in den jeweiligen Rezipienten zu führen und die vakuummäßige Dichtung zu gewährleisten. Diese Anlage ist mit dem Mangel behaftet, daß die vakuummäßige Trennung durch die Verschiebung relativ kompliziert ist. Außerdem wird es sehr ungünstig, wenn mehr als zwei Rezipienten verwendet werden, da die Länge der Platte sehr groß sein muß und in den Endstellungen weit übersteht. D.h. der Platzbedarf für die gesamte Anlage wird sehr hoch. Diese Lösung ist auch für große und sperrige Teile unzureichend, da hierbei die Nebenzeiten noch größer sind. Die Pumpzeit ist extrem lang und bestimmt die Nebenzeit. Ebenso sind mit derartigen Teilen hohe Rüst-, bzw. Montagezeiten für den Prozeß notwendig.It is also known to assign an electron gun to two recipients such that the Electron gun moved along the side by side recipient becomes. There is a corresponding one between the electron gun and the recipient trained plate arranged, always the opening of the recipient, in which no process expires, closes in order to prepare for the next process there (DE 94 18 814 U1). The plate and the recipient have corresponding openings and are with Provide seals to guide the electron beam in the respective recipient and to ensure the vacuum seal. This facility is deficient that the vacuum separation due to the shift is relatively complicated. Furthermore  it becomes very inconvenient if more than two recipients are used because of the length the plate must be very large and survives far in the end positions. I.e. the space requirement for the entire plant is very high. This solution is also for large and bulky parts inadequate, since the non-productive times are even greater. The pumping time is extremely long and determines the non-productive time. Likewise, with such parts, high set-up or Assembly times necessary for the process.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektronenstrahl-Mehrkammeranlage zu schaffen, mit welcher mit einer Elektronenkanone in mehreren Rezipienten in Folge Prozesse ausgeübt werden können. In den Rezipienten, in denen gerade keine Prozeßführung erfolgt, sollen alle Arbeiten und Pumpvorgänge vor und nach einem Prozeß durchführbar sein. Das Verfahren der Elektronenkanone soll einfach mit wenig apperativem Aufwand erfolgen und keine wesentlichen Dichtungsprobleme hervorrufen. Die Elektronenkanone soll beliebig dem einzelnen Rezipienten zuordenbar sein. Die Nebenzeiten für jeden einzelnen Rezipienten können größer sein als die Prozeßzeit, ohne die Produktivität zu beeinträchtigen.The invention has for its object to provide an electron beam multi-chamber system with which carries out processes in succession with an electron gun in several recipients can be. In the recipients, in which no litigation is currently taking place, everyone should Work and pumping operations can be carried out before and after a process. The procedure the electron gun should simply be done with little apperative effort and none cause significant sealing problems. The electron gun is supposed to do that can be assigned to individual recipients. The non-productive times for each individual recipient can be longer than the process time without affecting productivity.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe nach den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst, eine vorteilhafte Ausgestaltung ist im Anspruch 2 angegeben.According to the invention the object is achieved according to the features of claim 1, an advantageous embodiment is specified in claim 2.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß durch die Anordnung von beliebig vielen Rezipienten in einer Doppelreihe in mehreren Rezipienten die Prozeßvorbereitung einschließlich des Evakuierens durchführbar ist. Besonders bei großen und komplizierten Teilen ist dieser zeitliche Aufwand sehr hoch und wesentlich länger als die eigentliche Prozeßzeit. Die Anlage ist damit äußerst wirtschaftlich, aber auch erweiterungsfähig und universell einsetzbar.The advantage of the device according to the invention is that by the arrangement of any number of recipients in a double row in several recipients Process preparation including evacuation is feasible. Especially with big ones and complicated parts, this time is very high and much longer than that actual process time. The system is extremely economical, but also expandable and universally applicable.

Es ist auch vorteilhaft, die Rezipienten auswechselbar und in unterschiedlichen Größen auszubilden, wodurch die Einsatzmöglichkeit erhöht wird, indem unterschiedlich große Teile eingebracht und bearbeitet werden können. Bedingung ist nur, daß die Rezipienten durch einheitliche Anschlüsse an die Elektronenkanone kompatibel sind.It is also advantageous that the recipients are interchangeable and in different sizes train, which increases the possible use by different sized parts can be introduced and edited. The only condition is that the recipients by uniform connections to the electron gun are compatible.

Ebenso zweckmäßig ist auch die Ausführung mit einem einzigen großen Rezipienten, der durch innere Trennwände vakuummäßig in einzelne Prozeßkammern unterteilt ist. Diese Ausführung ist besonders für Bearbeitung von Kleinteilen in hoher Stückzahl vorteilhaft.The execution with a single large recipient, the is vacuum-divided into individual process chambers by internal partitions. This Version is particularly advantageous for processing small parts in large quantities.

Die Abdichtung der Rezipienten gegen das über diese bewegbare Band wird dadurch verbessert, daß nicht nur die um die Langlöcher im Rezipienten angebrachten Dichtungen wirken, sondern auch der bestehende Druckunterschied, d. h. daß der Unterdruck im Rezipienten das Band dichtend gegen das Langloch drückt.The sealing of the recipient against the band that can be moved by this is thereby improved that not only the seals around the elongated holes in the recipient  act, but also the existing pressure difference, d. H. that the negative pressure in Recipients press the tape sealingly against the elongated hole.

An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung ist eine Mehrkammeranlage perspektivisch dargestellt. (Zwischen dem Rezipienten und dem Band ist in der Zeichnung zwecks besserer Darstellung ein Abstand.)The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment. In the associated Drawing is a perspective view of a multi-chamber system. (Between the Recipients and the tape are a distance in the drawing for better illustration.)

Die Anlage besteht aus einem Rezipienten 1, der durch Trennwände 2 vakuummäßig in sechs einzelne Teilrezipienten 1 als getrennte Prozeßkammern unterteilt ist. Jeder Teilerrezipient 1′ hat oben ein Langloch 3 mit einer Vakuumdichtung 4. Die Teilrezipienten 1′ haben je eine Öffnung 5 und separate Evakuierungseinrichtungen (nicht gezeichnet). Über der Oberseite des Rezipienten 1 ist ein metallisches Band 6 geführt, welches vakuumdicht mit einer Zwischenkammer 7 verbunden ist, in der die Ablenkeinheiten für den Elektronenstrahl 8 angeordnet sind. Über der Zwischenkammer 7 ist die Elektronenkanone 9 angeordnet. In dem Band 6 sind im Abstand der Langlöcher 3 Öffnungen 10 eingebracht, damit der Elektronenstrahl 8 in die nebeneinander angeordneten Teilrezipienten 1′ wechselweise gelenkt werden kann.The system consists of a recipient 1 , which is subdivided by partition walls 2 into six individual partial recipients 1 as separate process chambers. Each divider recipient 1 'has an elongated hole 3 with a vacuum seal 4th The partial recipients 1 'each have an opening 5 and separate evacuation devices (not shown). A metallic band 6 is guided over the top of the recipient 1 and is connected in a vacuum-tight manner to an intermediate chamber 7 , in which the deflection units for the electron beam 8 are arranged. The electron gun 9 is arranged above the intermediate chamber 7 . In the band 6 3 openings 10 are introduced at a distance from the elongated holes so that the electron beam 8 'can be alternately directed into the adjacent partial recipients 1 '.

Das Band 6 ist in Pfeilrichtung bewegbar und wird an beiden Enden auf- bzw. abgewickelt und dabei gestrafft. Zweckmäßig dient dazu ein Federmotor. Die Bandführung erfolgt mit üblichen Rollen 11 und Führungselementen entsprechend den örtlichen Gegebenheiten. Die Bewegung der Elektronenkanone 9 wird mittels einer bekannten Antriebseinheit 12 unterstützt.The band 6 is movable in the direction of the arrow and is wound up or unwound at both ends and tightened in the process. A spring motor expediently serves this purpose. The tape is guided using conventional rollers 11 and guide elements in accordance with the local conditions. The movement of the electron gun 9 is supported by a known drive unit 12 .

Die Arbeitsweise der Mehrkammeranlage ist folgende:
In zwei nebeneinander angeordneten Teilrezipienten 1′ erfolgt der elektronenstrahl­ technologische Prozeß, in dem die Elektronenkanone 9 mit ihrer Zwischenkammer 7 über diesen durch Verschieben des Bandes 6 positioniert ist. Der Elektronenstrahl 8 wird nun wechselweise in diese Teilrezipienten 1′ geführt und kann durch das Langloch 3 seitlich abgelenkt werden. Während dieses Prozesses können in den nächsten Teilrezipienten 1′ die Prozeßvorbereitungen, wie Bestücken und Evakuieren, getroffen werden, denn diese sind durch das Band 6 vakuumdicht verschlossen. Diese Vorbereitungen können auf beliebig weitere Teilrezipienten 1′ ausgedehnt werden, um den elektronenstrahltechnologischen Prozeß ohne Unterbrechung fortzuführen.The multi-chamber system works as follows:
In two side-by-side recipients 1 ', the electron beam technological process takes place, in which the electron gun 9 with its intermediate chamber 7 is positioned above it by moving the belt 6 . The electron beam 8 is now alternately guided in these partial recipients 1 'and can be deflected laterally through the slot 3 . During this process, the process preparations, such as loading and evacuation, can be made in the next partial recipient 1 'because these are sealed by the tape 6 in a vacuum-tight manner. These preparations can be extended to any other partial recipient 1 'in order to continue the electron beam technological process without interruption.

Claims (2)

1. Elektronenstrahl-Mehrkammeranlage, bestehend aus einer Elektronenkanone (9) vom Axialtyp mit daran angeordneter Zwischenkammer (7) mit Vakuumventilen zur wechselweisen Führung des Elektronenstrahls an mehrere vakuummäßig getrennte Prozeßorte und mehreren darunter angeordneten Rezipienten (1′), die getrennt evakuierbar sind, bei der
  • - die Rezipienten (1′) im parallelen Reihen von beliebiger Länge angeordnet sind,
  • - auf der der Elektronenkanone (9) zugewandten Seite jedes Rezipienten (1′) eine Öffnung (3) eingebracht ist,
  • - jede Öffnung (3) mit einer zur Elektronenkanone (9) gerichteten Vakuumdichtung (4) versehen ist,
  • - die Elektronenkanone (9) mit der daran angeordneten Zwischenkammer (7) parallel zu den in parallelen Reihen angeordneten Rezipienten (1′) verschiebbar ist,
  • - zwischen den Rezipienten (1′) und der Zwischenkammer (7) ein federndes metallisches Band (6) parallel zu den in parallelen Reihen angeordneten Rezipienten (1′) beweglich und in jeder Lage alle Öffnungen (3) vakuumdicht abdeckend, angeordnet ist,
  • - die Zwischenkammer (7) mit dem Band (6) derart fest und vakuumdicht verbunden ist, daß mit der Bewegung des Bandes (6) die Elektronenkanone (9) bewegbar ist,
  • - das Band (6) die gleiche Anzahl Öffnungen (10) besitzt, wie Rezipienten (1′) nebeneinander angeordnet sind, und der Abstand und die Lage der Öffnungen (10) im Band (6) so gewählt sind, daß sie mit den Öffnungen (3) in den Rezipienten (1′) zum Eintreten des Elektronenstrahls (8) in die Rezipienten (1′) übereinstimmen, und
  • - das Band (6) an beiden Enden der in Parallelreihen angeordneten Rezipienten (1′) aufgerollt und straff gehalten ist.
1. electron beam multi-chamber system, consisting of an electron gun ( 9 ) of the axial type with an intermediate chamber ( 7 ) arranged thereon with vacuum valves for alternately guiding the electron beam to several vacuum-separated process locations and several recipients arranged below it ( 1 ' ), which can be separately evacuated of the
  • - The recipients ( 1 ' ) are arranged in parallel rows of any length,
  • - An opening ( 3 ) is introduced on the side of each recipient ( 1 ' ) facing the electron gun ( 9 ),
  • - each opening ( 3 ) is provided with a vacuum seal ( 4 ) directed towards the electron gun ( 9 ),
  • - The electron gun ( 9 ) with the intermediate chamber ( 7 ) arranged thereon can be moved parallel to the recipients ( 1 ' ) arranged in parallel rows,
  • - Between the recipients ( 1 ' ) and the intermediate chamber ( 7 ), a resilient metallic band ( 6 ) is arranged parallel to the recipients ( 1' ) arranged in parallel rows and is arranged to cover all openings ( 3 ) in a vacuum-tight manner in every position,
  • - The intermediate chamber ( 7 ) with the band ( 6 ) is so firmly and vacuum-tightly connected that the electron gun ( 9 ) can be moved with the movement of the band ( 6 ),
  • - The band ( 6 ) has the same number of openings ( 10 ) as recipients ( 1 ' ) are arranged side by side, and the distance and position of the openings ( 10 ) in the band ( 6 ) are selected so that they with the openings ( 3 ) in the recipient ( 1 ' ) for entering the electron beam ( 8 ) in the recipient ( 1' ) match, and
  • - The tape ( 6 ) is rolled up and held taut at both ends of the recipients arranged in parallel rows ( 1 ' ).
2. Elektronenstrahl-Mehrkammeranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Rezipienten (1′) ein gemeinsames Gehäuse (1) besitzen und durch Trennwände (2) vakuummäßig voneinander getrennt sind.2. Electron beam multi-chamber system according to claim 1, characterized in that all recipients ( 1 ' ) have a common housing ( 1 ) and are vacuum-separated from one another by partitions ( 2 ).
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