DE19904948C2 - Druckstufensystem für eine Vorrichtung zum Elektronenstrahlschweißen in Druckbereichen >10 hoch-4mbar - Google Patents

Description

Das Schweißen mittels eines Elektronenstrahls hoher Leistung (24 bis 36 kW), der vom Vaku­ um an die Atmosphäre geführt und dort angewendet wird, ist bekannt. Vorteilhaft sind vor allem die hohen erzielbaren Schweißgeschwindigkeiten von 8 bis 15 m/min und eine gute Spaltüberbrückbarkeit, die eine Anwendung von Schweißdraht meistens lediglich zur Erzielung bestimmter metallurgischer Effekte notwendig macht. Die erforderliche Strahlbreite, um Spal­ te bis zu 1 mm zu überbrücken, wird einfach durch die Wahl eines genügend großen Arbeits­ abstands (ca. 25 bis 35 mm bei 175 kV-185 kV) erzielt. Weder dieser Arbeitsabstand noch die Strahlleistung oder die Schweißgeschwindigkeit sind besonders kritisch. Sie müssen nicht so genau eingehalten werden, wie das bei anderen Verfahren der Fall ist.

Da im Vergleich zum Vakuum-Elektronenstrahlschweißen keine Vakuumkammer erforderlich ist, können prinzipiell beliebig große Werkstücke geschweißt werden. Allerdings erfordert die entstehende Röntgenstrahlung eine ausreichende Bleiabschirmung der Schweißstelle. Die Einbindung des NV-EBW (non vakuum elektron beam welding) in eine Fertigungsstraße ist je­ doch mittels einer "Röntgenfalle" möglich. Dabei muß sichergestellt sein, daß kein direkter geradliniger Sichtkontakt zur Strahlquelle möglich ist.

Beim NV-EBW sind darüber hinaus die Wartungs- und Stückkosten niedriger, und die Fügetole­ ranzen können größer sein als beim Laserstrahlschweißen.

Anlagen zum Elektronenstrahlschweißen unter erhöhtem Druck, d. h. in der Regel unter Atmo­ sphärendruck, sind seit ca. 30 Jahren bekannt (vgl. Kluger, H./Dietrich, W.: Elektronenstrahl­ schweißen an freier Atmosphäre. Schweißen und Schneiden, Jg. 16 (1964), Heft 10).

Der Druck im Strahlerzeuger ist durch die erforderliche Spannungsfestigkeit nach oben hin begrenzt. Er beträgt für 150 kV Hochspannung und übliche Elektrodenabstände weniger als 5 . 10^-4 mbar. Nach dem Austritt aus dem Strahlerzeugersystem kann der Strahl in Räume hö­ heren Drucks bis zum Atmosphärendruck geführt werden, wobei NV-EBW- und EBW-Strahl­ erzeuger für den Vakuumeinsatz weitgehend baugleich sind. Dies wird nach dem heutigen Stand der Technik dadurch erreicht, daß der im Vakuum erzeugte Strahl nach Verlassen des Generators über ein mehrstufiges Druckstufen- und Düsensystem an die Atmosphäre geführt wird. Die dem Strahlerzeugerraum mit einem Vakuum von 10^-4 mbar nachgeschalteten Druck­ kammern, mit jeweils höherem Druck (10^-2 und 1 mbar), werden getrennt abgepumpt und sind durch Druckdüsen vakuumtechnisch voneinander getrennt. Der Strahl wird auf die Austritts­ düse fokussiert, die einen Innendurchmesser von 1-2 mm aufweist. Nach Eintritt des Strahls in die Atmosphäre behält der Kernstrahl zwar noch auf einem kurzen Wegstück seine Lei­ stungsdichte, wird aber nach Überschreiten einer Maximaldistanz mit zunehmender Entfer­ nung überproportional stark gestreut, so daß ein Schweißen nicht mehr möglich ist. Aus die­ sem Grund ist diese Technik nur bei höheren Beschleunigungsspannungen, die im allgemeinen zwischen 150 und 185 kV liegen, einsetzbar. Je nach Beschleunigungsspannung muß ein ma­ ximaler Werkstückabstand von 10-30 mm eingehalten werden.

Aus der US 4,607,167 beispielsweise ist ein derartiges Druckstufensystem bekannt, das aus koaxialen Kegeln mit einem Längen-Durchmesser-Verhältnis etwa 1 : 1 ausgebildet ist. In der EP 0 924 019 ist in Fig. 1 eine handelsübliche NV-EBW-Anlage dargestellt, in deren Druckstu­ fensystem die bekannten koaxialen Kegel teilweise angeschnitten und anderenteils in ein grö­ ßeres Gehäuse integriert sind. In derselben Schrift wird eine Verfeinerung dieses Druckstu­ fensystems vorgestellt.

Die heute verfügbaren Anlagen schränken die Anwendungsmöglichkeiten des NV-EBW Verfah­ rens noch stark ein. So sind innenliegende Fügestellen in komplexen räumlichen Bauteilen kaum erreichbar. Die Anwendungen des Verfahrens beschränken sich auch heute noch auf gut erreichbare Außennähte.

Prinzipiell stehen sich die fertigungstechnischen und die vakuumtechnischen Anforderungen konträr gegenüber. Das Erreichen niedriger Arbeitsdrücke ist nur unter Ausnutzung möglichst großer Absaugquerschnitte möglich. Der Einsatz in der Praxis erfordert es aber, daß ein Füge­ werkzeug möglichst jede beliebige Nahtgeometrie und Lage erreicht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, unter Vermeidung der aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile ein Druckstufensystems zu schaffen, das eine größtmögliche Nahtzugänglichkeit auch "in der Tiefe" von Bauteilen ermöglicht, die Art der möglichen Naht- und Bauteilformen also nicht stark einschränkt. Darüber hinaus soll es effektiv vor den Ein­ flüssen des Schweißprozesses geschützt sein und die schnelle und preiswerte Nachrüstung bestehender Vakuum-Elektronenstrahlschweißanlagen zu Non-Vakuum-Elektronenstrahl­ schweißanlage erlauben.

Diese Aufgabe wird bei einem Druckstufensystem der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß das Druckstufensystem aus koaxialen Druckrohren ausgebildet ist und ein Ver­ hältnis Länge : Durchmesser von mehr als 4 : 1 bei einem Durchmesser nicht größer als 80 mm aufweist. Zur Erzielung dieses überraschenden und scheinbar einfachen Ergebnisses wa­ ren zahlreiche Vorversuche und Studien sowie umfangreiche vakuumtechnische Berechnun­ gen erforderlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer bevorzugten Ausführungsform und mit Bezug auf die beigefügte Zeichnungsfigur näher erläutert, die einen Schnitt durch das Druckstufen­ system zeigt.

Wie aus der Figur ersichtlich, besteht das Druckstufensystem 1 aus folgenden Bauteilen: Ei­ nem ersten Druckrohr 2, einem koaxial innerhalb des ersten Druckrohres 2 angeordneten zweiten Druckrohr 3, einem Druckstufenhalter 4, einer ersten Düse 5, einem Düsenkegel 6, einer zweiten Düse 7, einem Deckkegel 8 und einer Grundplatte 9, deren Aufbau und Funktion im Folgenden beschrieben werden:

Vorbemerkung

Nach der vakuumtechnischen Abschätzung der Absaugquerschnitte im Grob- und Feinvaku­ um-Bereich und der Berechnung der Effektivsaugleistung am Rezipienten muß bei der Ausle­ gung der ersten und zweiten Druckstufe 2 und 3 auf die Besonderheiten der vorhandenen Elektronenstrahlanlage eingegangen werden. Dabei sollten die Druckstufen jeweils aus einer Düsenaufnahme und einer Düse selbst bestehen. Für beide Druckstufen gelten gemeinsam folgende Anforderungen:

• - rotationssymmetrische Geometrie
• - Sicherstellen ausreichender Kühlung
• - Trennung der gegenüberliegenden Druckbereiche
• - leichte Auswechselbarkeit der Druckdüsen
• - strömungsgünstige Geometrie zwischen innerer und äußerer Druckstufe

Erstes Druckrohr 2/erste Druckstufe

Das Druckrohr 2 dient zunächst als Stütz- bzw. Tragkörper des Druckstufensystems 1 und der Zentrierung der weiteren Komponenten. Es weist weiter die erforderliche Anbindung von Was­ ser-, Arbeitsgas- und Vakuumzuführungen auf.

Gleichzeitig bildet es eine Abschirmung des Grobvakuum-Bereiches (innerhalb des Druckroh­ res 2) gegen die Atmosphäre (außerhalb des Druckrohres 2).

Neben der mechanischen Belastbarkeit des zu wählenden Materials der Außenhülle muß be­ achtet werden, daß es korrosionsbeständig und nicht magnetisierbar ist, da magnetisierbare Werkstoffe zu unkontrollierten Strahlablenkungen im Druckstufensystem führen und es so zerstören.

Ebenso sollte es kostengünstig und leicht zu beschaffen sein. Da dieses Bauteil der Strahl­ energie nicht direkt ausgesetzt ist, sind seine wärmeleitenden Eigenschaften zweitrangig. Aus den in Frage kommenden Werkstoffen Kupfer, Aluminium und CrNi-Stahl kann z. B. ein Alumi­ nium-Rundrohr 80 × 8 aus AlMgSi 1 gewählt werden. Die Wandstärke von 8 mm bietet die Möglichkeit, alle erforderlichen Zuführungen vakuumneutral in der Hülle unterzubringen. Zu­ sätzlich kann durch die Einbringung von vier Befestigungsbohrungen M4 × 15 die vakuumdichte und biegesteife Verbindung mit dem Strahlerzeuger gesichert werden. Dies ist besonders deshalb von Bedeutung, weil es aufgrund der Länge des Druckstufensystems 1 bei einer Kolli­ sion zu hohen Biegekräften in der Befestigung kommen kann. Aus der Innenbohrung des er­ sten Druckrohres 2 folgt der Querschnitt der Grobvakuumabsaugung für die weitere Ausle­ gung des Druckstufensystems.

Die Konstruktion der Grobvakuum-Druckstufe orientiert sich stark an der vorliegenden Form der äußeren Abdeckung. Dabei ist es wichtig, daß die Austrittsöffnungen der äußeren Druck­ düse 7 so nah wie möglich an die Fügestelle herangeführt werden kann. Um dies zu erreichen ist es notwendig, eine effektive Kühlung der in Schweißbadnähe liegenden Bauteile zu gestal­ ten. Ebenso muß die äußere Düse 7 ausreichend gekühlt werden, da zu erwarten ist, daß sie durch die Strahlaufweitung des Elektronenstrahls stark erwärmt wird. Aus diesem Grund wur­ de für die Abdichtung der Düse gegen Kühlwasser und Vakuum eine Graphitfolie von 0,2 mm Stärke gewählt, die sich durch einfaches Stanzen mittels Locheisen in die gewünschte Form bringen läßt. Die Graphitfolie ist bis 400°C temperaturbeständig und kann darüber hinaus Form- und Lagetoleranzen in Axialrichtung durch Anpassen ihrer Stärke ausgleichen. Um den vakuumtechnischen Anforderungen Rechnung zu tragen, wurde auf eine separate Befestigung des äußeren Düsenkegels 6 sowie der dazu gehörenden Düse 7 verzichtet.

Beide Teile werden durch die Abdeckung in ihren Sitz gepreßt. Die Abdichtung am Fuß der äußeren Druckstufe erfolgt durch einen O-Ring. Eine entsprechende Nut ist auf dem Umfang des Düsenkegels 6 einzubringen. Dadurch wird eine ausreichende Abdichtung des Grobvaku­ um-Bereiches gegen den Kühlwasser-Bereich erzielt. Um die Kühlleistung des Kühlwasser­ stromes effektiv zu nutzen, wird der gesamte Raum zwischen Düsenkegel 6 und Abdeckung 8 geflutet. Dadurch wird die größtmögliche Kühlung erzielt und gleichzeitig kann auf zusätzliche Kühlmittelbohrungen verzichtet werden, die ansonsten für eine Kühlmittelzufuhr zur äußeren Druckdüse 7 nötig wären. Besonders an der äußeren Druckstufe zeigt sich, daß die gewählte Kegelform nicht nur vakuumtechnische, sondern auch mechanische Vorteile bietet. Trotz der geringen Wandstärke der Vorvakuumdruckstufe kann in axialer Richtung eine sehr hohe Mon­ tagekraft ohne Gefahr des Verzugs aufgenommen werden. Dies ist besonders wichtig, da nur durch die Vorspannkraft in der Spitze des Druckstufensystems 1 die Dichtwirkung sicherge­ stellt wird. Aus mechanischen Gründen wurde als Material für den äußeren Düsenkegel 6 CrNi-Stahl gewählt. Aufgrund der guten Abschirmung des Systems durch den Kühlwasser­ strom ist auch hier die schlechte Wärmeleitung des gewählten Materials zu vernachlässigen. Als Material für die äußere Druckdüse 7 kann nur Kupfer gewählt werden, da es den größten Wärmeleitkoeffizenten der zu Verfügung stehenden Materialien besitzt.

Zweites Druckrohr 3/zweite Druckstufe

Das koaxial innerhalb des ersten Druckrohres 2 liegende zweite Druckrohr 3 übernimmt die Trennung von Grobvakuum-Bereich (zwischen erstem Druckrohr 2 und zweitem Druckrohr 3) und Feinvakuum-Bereich (innerhalb des zweiten Druckrohres 3).

Die Abdichtung der Anschlußstellen erfolgt ergänzend zu den Übergangspassungen, die einen sehr hohen Durchlaßwiderstand aufweisen, mit zusätzlichen O-Ringen. Um einen sicheren Zusammenbau des Druckstufensystems zu gewährleisten, wird das innere Druckrohr 1/10 mm kürzer gefertigt als es das Nennmaß zuließe, um eine Überbestimmung und damit einher­ gehende Undichtigkeit zu vermeiden. Der Durchmesser des inneren Druckrohres ergibt sich aus den vakuumtechnischen Notwendigkeiten. Der Außendurchmesser darf nicht zu groß werden, da sonst der Querschnitt für die Absaugung der Vorvakuumstufe verringert wird. Der Innendurchmesser muß jedoch so groß wie möglich gewählt werden, um das Feinvakuum bis zur ersten Düse 5 zu erhalten. Es ist also ein Kompromiß zu finden, der sowohl die geometri­ schen Erfordernisse der Vorvakuumdruckstufe als auch der Feinvakuumstufe in ausreichender Weise berücksichtigt. Unter Einbeziehung der auswählbaren Al-Rohre und der zugrundeliegen­ den vakuumtechnischen Berechnungen kann z. B. ein nahtlos gezogenes Präzisionsrohr aus AlMgSi 1 mit den Maßen 39 × 3 gewählt werden. Durch die Wahl des äußeren Durchmessers des zweiten Druckrohres 3 ergibt sich der Absaugquerschnitt der Vorvakuumseite. Die Wand­ stärke (hier 3 mm) für das innere Druckrohr ist nötig, um die Verbindungsstellen spanend be­ arbeiten zu können und die entsprechenden Passungen einzubringen. Es ist weiter darauf zu achten, daß der Absaugquerschnitt der Vorvakuumstufe ausreichend groß ist, damit es nicht zu einer Verblockung (Strömungsgeschwindigkeit < Schallgeschwindigkeit) im Absaugquer­ schnitt kommt. Dies ist bei den hier gewählten Dimensionen nicht der Fall.

Für die Auslegung der inneren Druckstufe sind aufgrund der vorangegangenen Konstruktionen bereits eine Vielzahl von Randbedingungen festgelegt. Die Düse der inneren Druckstufe muß folgende Bedingungen erfüllen:

• - Anbindung einer Kühlwasserbohrung mit einem Durchmesser von d_i = 6 mm
• - Ausblendung des zu erwartenden Randstrahls durch gleichzeitige Funktion als Aper­ turblende
• - koaxiale Position zum Elektronenstrahl

Die Distanz zwischen der inneren und der äußeren Druckdüse 5 und 7 sollte so kurz wie mög­ lich sein, da der Elektronenstrahl sich im Bereich des Grobvakuums bereits beträchtlich auf­ weitet. Gleichzeitig darf aber der Abstand zwischen beiden Druckstufen nicht zu gering wer­ den, da sonst die Gefahr besteht, daß der Absaugquerschnitt für den Grobvakuum-Bereich zu sehr eingeschnürt wird. Die gewählte Düsengeometrie basiert auf Untersuchungen verschie­ dener Düsenanordnungen und Strahlführungsprinzipien, die bereits Anfang der 70er Jahre gemacht wurden [Arata, Y.: Some fundamental properties of nonvacuum electron beam. Plasma, Electron and laser beam technology, american society for metals, 1986, pp. 71-90]. Dabei wurde ein Plasmafokussierungseffekt beschrieben, der sich bei der Wahl eines Strahl­ führungskanals mit engem Querschnitt bemerkbar macht. Es kommt durch die Ionisation der Restatmosphäre zu einer Einschnürung des Elektronenstrahls. Um diesen Effekt zu nutzen, wurde die innere Druckstufe so konzipiert, daß sie sowohl den zu erwartenden Randstrahl ausblenden als auch die Düsenfunktion übernehmen kann. Die Funktion der Strahlausblen­ dung wird von dem unteren Teil der Druckstufe erfüllt, in den eine Kegelbohrung mit einer Steigung von 10 : 1 eingebracht wird. Diese Kegelbohrung wird über ihre gesamte Länge ge­ kühlt. Durch diese Ausblendung des Elektronenstrahls auf einer Länge von 20 mm wird ver­ hindert, daß der Randstrahl seine Energie konzentriert abgibt und die Druckstufe zerstört. Die dann folgende zylindrische Bohrung mit einem Maximaldurchmesser von 2 mm erfüllen die Funktion des Plasmakanals. Die Düse wird direkt durch die Wasserzuführung im Druckstufen­ halter gekühlt.

Druckstufenhalter 4, Grundplatte 9

Das erste Druckrohr 2 und das zweite Druckrohr 3 sind an ihrem einen Ende mittels der Grundplatte 9 verbunden, die auch als Schnittstelle für den jeweils eingesetzten Strahlerzeu­ ger dient und also an dessen Geometrie anzupassen ist. Die anderen Enden des ersten Druck­ rohres 2 und des zweiten Druckrohres 3 sind mittels des Druckstufenhalters 4 verbunden.

Diesem Bauteil kommt eine zentrale Bedeutung zu und es muß eine Vielzahl von Funktionen übernehmen:

• - Zentrierung der Bauteile zueinander
• - Sicherstellen der Koaxialität des Druckstufensystems
• - Verteilen der Medien Wasser, Arbeitsgas und Vakuum
• - Abdichtung des Fein- und Grobvakuum-Bereiches
• - Aufnahme der Druckstufen
• - Verbinden der Druckrohre zu einer Montageeinheit
• - Ermöglichen eines einfachen und schnellen Düsenwechsels

Die Geometrie des Druckstufenhalters 4 orientiert sich am einzuhaltenden Außendurchmesser von hier 80 mm. Er stellt die Verbindung zwischen erstem Druckrohr 2 und Abdeckung 8 her, so daß er alle Durchführungen und erforderlichen Dichtungen aufnehmen muß. Darüber hin­ aus muß der Kühlwasserstrom für die innere Düse 5 unterverteilt werden. Die Aufnahme der Druckstufen sollte einfach, aber vakuum- bzw. wasserdicht erfolgen. Der Saugvolumenstrom des Grobvakuums soll möglichst ungestört bis zur äußeren Düse 7 herangeführt werden. Schließlich muß die Abdeckung 8 am Druckstufenhalter 4 zu befestigen sein. Da sich im Druckstufenhalter 4 sehr kleine Gewindebohrungen befinden und er eine hohe Stabilität auf­ weisen muß, wurde als Werkstoff CrNi-Stahl gewählt. Er ist antimagnetisch und korrosionsbe­ ständig und bietet unter den vorhandenen Werkstoffen die höchste Stabilität. Seine niedrige Wärmeleitfähigkeit ist hier von untergeordneter Bedeutung. Die Aufnahme der Druckstufen erfolgt selbstklemmend durch Schiebesitze wobei die Position zusätzlich durch die Pressung der O-Ringe gesichert ist. Im Betrieb können die Druckstufen sich nicht lösen, da sie durch den Unterdruck in ihrer jeweiligen Stellung fixiert werden. Im gefluteten Zustand ist so ohne spezielle Werkzeuge ein schnelles und einfaches Wechseln der Düsen möglich. Die Befesti­ gung am ersten Druckrohr 2 erfolgt durch vier Messingschrauben M3 × 15. Dabei wird gleichzeitig das innere (zweite) Druckrohr 3 positioniert und gegenüber dem Grobvakuum-Bereich abgedichtet. Da bei diesem Bauteil eine Vielzahl von Positionieraufgaben in einer Montage erfolgt, kommt es auch hier wieder sehr auf die genaue Einhaltung der Toleranzangaben an. Die lagerichtige Positionierung der Bauteile erstes Druckrohr 2, Druckstufenhalter 4 und Ab­ deckung 8 zueinander erfolgt mittels eines 3 mm Zylinderstiftes, der in einer entsprechenden Bohrung aller drei Bauteile sitzen muß. So wird vor allem sichergestellt, daß die O-Ringe der Wasser- und Gasdurchführungen auf ihren Dichtflächen anliegen.

Abdeckung 8

Um die Prämisse der Rotationssymmetrie und gleichmäßiger Zugänglichkeit der Fügestellen zu erfüllen, wurde der Kopf des Druckstufensystems 1 als Kegel ausgeführt.

Dabei sollte ein Kegelwinkel von max. 90° eingehalten werden. Größere Winkel wären bei der Gestaltung der Absaugung nützlich, würden aber das Erreichen von Kehlnähten an zu fügen­ den Bauteilen stark einschränken. Mit einem Kegelwinkel bis 90° lassen sich Kehlnähte unter einem Kehlnahtwinkel ≧ 90° mit einem günstigen Anstellwinkel von 45° und bis zum minima­ len Arbeitsabstand hin bearbeiten. Ein Kegelkopf dieser Geometrie läßt aber unter Berücksich­ tigung des nötigen Absaugquerschnittes keine zusätzliche innenliegenden Zuführungen für Wasser und Arbeitsgas zu. Deshalb wurde eine Zufuhr des Arbeitsgases innerhalb des Kegel­ mantels gewählt. Versuche mit bereits bestehenden Druckstufensystemen haben gezeigt, daß man entweder eine He geflutete Überdruckstufe vor die Strahlaustrittsdüse installieren oder den Gasstrom koaxial zuführen sollte. Dadurch erreicht man eine Schutzgasatmosphäre an der Fügestelle und saugt überwiegend Helium in das Druckstufensystem hinein. Zusätzlich verringert sich die Strahlaufweitung. Für die konstruktive Auslegung der äußeren Abdeckung bedeutet dies, daß der Heliumgasstrom bis zur Strahlaustrittsstelle geführt wird, um die ver­ schiedenen Arbeitsgasfunktionen zu erfüllen. Dabei kann der Gasstrom sowohl als sogenann­ ter Cross-Blow querströmen als auch zum Teil in einer Überdruckstufe münden. Man erreicht so einen minimalen Aufwand bei der Gaszufuhr und den maximalen Nutzen bei der Gasan­ wendung. Neben der Arbeitsgaszufuhr muß die äußere Abdeckung 8 des Druckstufensystems 1 noch folgende Funktionen übernehmen:

• - Kühlung der äußeren Düse 7 des Druckstufensystems 1
• - Abschirmung des Druckstufensystems 1 gegen äußere Einflüsse

Der Außendurchmesser der Abdeckung 8 entsprechend des ersten Druckrohres 2 mit 80 mm festgelegt. Da zur Abdichtung der verschiedenen Medien (Kühlwasser, Arbeitsgas) und Vaku­ um Dichtelemente nötig sind, und da auch die Arbeitsgaszufuhr in der Wand der Abdeckung 8 erfolgen soll, kann seine Wandstärke nicht beliebig klein gewählt werden. Unter Berücksichti­ gung der erforderlichen Nuten und Bohrungen wurde bei einem Außendurchmesser 80 mm ein Innendurchmesser von 68 mm gewählt. Die Weiterleitung von Wasser und Arbeitsgas in­ nerhalb der Abdeckung erfordert die Einbringung verschiedener Bohrungen bzw. Nuten. Bei der Fertigung dieses wie auch aller anderen Teile des Druckstufensystems 1 ist besonders auf die Einhaltung der Koaxialität zu achten.

Schlußbemerkung

Das vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellte Druckstufensystem löst die eingangs gestellte Aufgabe in besonders effektiver Weise, wobei insbesondere auch die Mög­ lichkeit einer Umrüstung bestehender Vakuum-Elektronenstrahlschweißanlagen zu NV-EBW- Anlagen zu erwähnen ist.

Claims (6)

1. Druckstufensystem für eine Vorrichtung zum Elektronenstrahlschweißen in Druckberei­ chen < 10^-4 mbar, wobei das Druckstufensystem aus mindestens zwei kaskadierenden Stufen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstufen in Form eines ersten Druckrohres (2) und eines koaxial innerhalb des er­ sten Druckrohres (2) angeordneten zweiten Druckrohres (3) ausgebildet ist und daß das Druckstufensystem (1) ein Verhältnis Länge : Durchmesser von mehr als 4 : 1 bei einem Durchmesser nicht größer als 80 mm aufweist.

2. Druckstufensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine äußere Form im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist.

3. Druckstufensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze der Ausgangsdruckstufe (6, 8) im wesentlichen die Form eines Kegels oder Kegel­ stumpfes aufweist.

4. Druckstufensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch die innenliegenden Bauteile (3, 5, 6, 7) des Druckstufensystems (1) im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet sind.

5. Druckstufensystem nach einem Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß inner­ halb des Druckstufensystems (1) Druck-, Kühlmittel- und/oder Arbeitsgasleitungen aus­ gebildet sind.

6. Druckstufensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus
einer die ersten Enden des ersten Druckrohrs (2) und des zweiten Druckrohrs (3) ver­ bindenden Grundplatte (9), die an einen Strahlerzeuger ankoppelbar ist;
einem die zweiten Enden des ersten Druckrohrs (2) und des zweiten Druckrohrs (3) verbindenden Druckstufenhalter (4);
einer in dem Druckstufenhalter (4) koaxial aufgenommenen ersten Düse (5);
einem an dem Druckstufenhalter (4) koaxial aufgenommenen Düsenkegel (6);
einem an dem Druckstufenhalter (4) koaxial aufgenommenen, den Düsenkegel (6) umschließenden Deckkegel (8); und
einer zwischen der Spitze des Düsenkegels (6) und der Spitze des Deckkegels (8) an­ geordneten zweiten Düse (7).