DE2008387A1 - Verfahren zum Betrieb einer mittels Elektronenstrahlen Werkstucke bearbeitenden Maschine und Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens - Google Patents

Description

Krause- M affei 3MO

Aktiengesellschaft
Münohen 50

Yerfahren zum Betrieb einer mittels Elektronenstrahlen Werkstücke "bearbeitenden Maschine und Vorrichtung zur

Ausübung des Verfahrens

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer mittels Elektronenetrahlen Werkstücke bearbeitenden Maschine - vorzugsweise ElektronenGtrahlsohweißmasohine - , bei der die Elektronenstrahlen in einem unter Vakuum stehenden und hierzu mit einem Saugkanal in Verbindung stehenden Raum auf das Werkstück auftreffen und bei der im Saugkanal eine Abschirmvorrlohtung für die austretenden Röntgenstrahlen vorgesehen ist, und eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens. Es ist bekannt, daß bei der Bearbeitung von Werkstücken mittels Elektronenstrahlen" als Sekundärersohelnung Röntgenstrahlen auftreten. Demgemäß ist größte Sorgfalt darauf zu legen, daß die Röntgenstrahlen nicht in schädlichem Maße ins Freie gelangen könn·»· Aue diesem Grunde ist der beim Arbeiten unter Vakuum etehend© Arbeitsraum beispielsweise mit Bleiplatten otrahliaigedicüt verkleidet.

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Problematisch wird dio I-Iaßnahme der strahlungssicheren Abdeckung im Hinblick auf den Saugkanal. Denn es muß unter allen Umständen vermieden werden, daß Röntgenstrahlen in Richtung deo Vakuumpumpensatsea entweichen können. Da der Saugkanal aus verschiedenen Gründen relativ groß sein muß - bei handelsüblichen Elektronenstrahlschweißiaaschinen beispielsweise 300 mm Durchmesser - ist hierdurch von vorneherein eine große austrittsöffnung für die Röntgenstrahlen gegeben, die nicht einfach abgedeckt werden kann, sondern in besonderer V/eise abgesichert v/erden muß.

Zur Lösung dieses Problems hat man mehrere feot im Saugkanal hintereinander angeordnete Blenden vorgesehen, die zur Aufreohterhaltung des Luftdurchtritts zwar jeweils nur einen Teil dea Saugkanalquerschnitts abdecken, aber so angeordnet aind, daß resultierend alle Röntgenstrahlen durch mehrfaches Auftreffen auf llntorie und damit mehrfache Umlenkung unschädlich machen. Bekanntlich können Röntgenstrahlen durch /.uftrcffon auf Ilaterie abgenchv/ücht werden. Dreimal abgeschwächte Röntgenstrahlen (Strahlen 4. Ordnung) gelton allgemein ala unschädlich für das Bedienungspersonal . Eine andero Lösung dieses Problems besteht darin, daß der Saugkanal mehrfach (bis viermal), 2.B. um Jo 90°, gekrümmt ausgebildet ist.

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Diesen "bekannten Maßnahmen haftet der Mangel an, daß der Strömungswiderstand im Sauskanal wesentlich erhöht v/ird. Wenn der Vjideratanclsv.'srt eines gerade ν erlaufenden Saugkanals ohne Einbauten mit 1 angenommen werde, so liegt unter Berücksichtigung des Umatandes, daß in einem Vakuumbereich von 10"^ Torr gearbeitet wird, dieser Wert bei bekannten Saugkanälen bei 0,5, was zur Folge hat, daß die Vakuumpumpenleistung entsprechend erhöht, im angegebenen Beispiel verdoppelt werden muß,-falls die Zeit zur Erzeugung des Vakuums gleichbleiben soll. Der i

Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Uaohteil zu vermeiden und den Viderstandswert dea Saugkanals bei gleicher Wirksamkeit der Strahlenabschirmung auf sumindeat fast 1 au erhöhen· G-ernäß der Erfindung wird, ausgehend von der eingangs genannten Anordnung, ein Verfahren vorgeschlagen, gemäß dem die Abschirmvorrichtung während der Elektronenstrahlemiesion wirksam und während der Erzeugung des' Vakuums durch Wegnahme der Auftrefffläche der Abschirmvorrichtung unwirksam gemacht wird. j Das erfindungagemäße Verfahren geht hierbei von der bisher offenbar unberücksichtigt gebliebenen !Eatsaohe aus, daß während der Vakuumerzeugung keine Elektronenstrahleraeugung notwendig ist. In diesem Zeitraum kann somit der Saugkanal ohne Abεchirnvorrichtung sein, ohne daß die Gefahr einer schädlichen Abstrahlung über den Saugkanal und die Vakuumpumpe besteht. Der Saugkanal kann dadurch

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mehr als bisher nach etrömungstechnischen Erkenntnissen auegebildet sein, also beispielsweise unter Vermeidung von Krümmern.

Die Abschlagvorrichtung zur Ausübung des erfindungsgerailßen Verfahrens geht von einem Saugkanal mit mehreren nicht dessen gesamten Querschnitt einnehmenden, so ausgebildeten und angeordneten, insbesondere ebenen Blenden, daß alle in dtn Saugkanal eintretenden Röntgenstrahlen mehrfaoh auf die Blenden auftreffen und somit umgelenkt werden, aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden zumindest mit ihren Strehlenauftrefflachen aus dem Strahlengang der Röntgenstrahlen heraus kippbar oder schwenkbar ausgebildet werden.

Auf Grund dieaer Maßnahme ergibt sich eine Reihe von vorteilhaften lösungen. So können die Blenden an ihren an der Saugkanalwand befindlichen Befeotigungeetellen längs zu Ihrer Fläche aus dem Kanalquerechnitt herauasohwenkbar - naoh Art einea Verschlusses bei einer Kamera - oder mittels Scharnieren od.dgl. kippbar ausgebildet werden, wobei sie sich im letztgenannten Pail in Offenotellung an die Sauglcanalwand anlegen und bei einem Saugkanal mit rundem Querochnitt entsprechend gebogen ausgebildet sind.

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Eine besondere Ausführungsart bestellt darin, daj3 die Kippaohse längs zur Blendenflache verläuft und an oder außerhalb der Saugkanalwand senkrecht zur Saugkanalaota.se vorgesehen ist und daß die Saugkanalwand entsprechende Ausnehmungen für die Blenden in Offenstellung aufweist. Der Vorteil liegt hierbei darin, daß der bereite erwähnte Leitwert 1 in voller Höhe erreicht werden kann, wenn die Blenden in Offenstellung samt den Soharnieren außerhalb der Höhten Weite des Saugkanals angeordnet sind.

Eine andere vorteilhafte Aueführungsform der Absehirmvorrlohtung, bei der die Strömungsverluste einerseits noch niedrig sind und andererseits der Fertigungsaufwand für den Saugkanal klein ist, ist gekennzeichnet dufoh eine parallel zur Blendenfläche, vorzugsweise in dieser liegende, in einer Saugkanalquerechnittsflache verlaufende Anordnung der Kippachse. Hierbei werden die Schwenkzapfen der Blenden in einfaoher Weise in der Saugkanalwand gelagert und von außen betätigt. In Offenatellung befinden sioh die Blenden zumindest etwa parallel zur Saugkanalachse und bilden dabei einen vernachlässigbar kleinen Strömungswiderstand; der Saugkanal bedarf hierbei keiner besonderen Ausnehmung od.dgl. und kann beispielewtiae ale glatter Zylinder ausgebildet sein.

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Zweckmäßigerweise werden die Zi^pachsen aller Blenden parallel nebeneinander in Bezug auf die Saugkanalaohse angeordnet, und zwar so, daß aioh die Blenden in Offenstellung ein wenig überdecken. Durch diese fächerartige Anordnung der Blenden sind diese nicht nur auf engem Raum untergebracht, sondern verursachen auch einen geringeren luftwiderstand, als v/enn die Blenden in größerem Abstand voneinander angeordnet würden.

Ferner werden mit; Vorteil an den Saugkanalwlinden Ansohlagleisten vorgesehen, und zwar derart, daß die Blenden in Abschirmstellung an den Anschlagleisten zur Anlage kommen. DLe den luftwiderstand im Saugkanal nur geringfügig erhöhenden Ansohlagleisten verhindern mit Sioherheit ein Durohtrettn der Röntgenstrahlen zwischen der Blende in Abschirmstellung und der Saugkanalwand» was andereraeits den v/eiteren Vorteil hat, daß die Blenden nicht genau in den Saugkanal eingepaßt werden müssen, sondern daß in Abschirmatellung ein Spalt zwischen Blende und Wand durchaus zulässig ist.

Weitere Merkmale der Erfindung können den Unteranaprllohtn entnommen werden.

Die Zeiohnung zeigt zwei Ausführungebeiepiele der Erfindung, und zwar in

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. 1 einen Längsschnitt durch, den.. Saugkanal einer ' Elektronenntrahlsohweißmaschlne mit in seitliche .Ausnehmungen hinein umklppbaren Blenden, Fig. 2 einen Querschnitt nach der linie H-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Saugkanal einer Elehtronenotrahlschweißnaschine mit im Saugkanal solbnt unkip-ibaren Blenden und

Fig. 4 eine Seitenansicht der Anordnung nach Fig. 3 mit dem Antrieb sum Kippen der Blenden.

In Fig. 1 ist mit 1 der Saugkanal bezeichnet, der zwischen der evakuierbaren Bearbeitungskammer einer Elektronenstrehlschweißmaschine und dem Vakuumpumpen-satz (beides nicht dargestellt) angeordnet und mitttls Flanschen 4 und 5 mit diesen befestigt ist und der ferner aus einem äußeren Mantel 2 aus normalen Material, s.B. Stahl, und aus einer strahlungshemmenden Schicht 3, E.B. Blei, besteht. Im Inneren 6 des Saugkanals 1!befinden sich drei um V/eilen 7 kippbare und mittels Zapfen 17 (e.Fig. 2) betllticbare Blenden 8 bis 10, die wiederum "jeweils aus einer tragenden Schicht 11 und einer Blei-Bchicht 12 bestehen.

Die Blenden 8 bis 10 sind - wie aua Fig. 2 hervorgeht im wesentlichen rechteckig mit einer geradlinigen Begrenzungskante 19, durch die in Abschirmetellung Jeweils

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etwa 1/6 des gesamten Kanalquerschnitts blendenfrei gehalten wird, und go versetzt angeordnet, dai3 die Wellen 7 der außengelegenen Blenden 8 und 10 am oberen und die der mittleren Blende 9 am unteren ICanalrand ließt. Diese Anordnung gewährleistet - wie weiter unten im einzelnen Gezeigt werden soll - ein mehrfaches Auftreffen und damit Umlenken der Röntgenstrahlen und damit deren erforderliohe Abschwäohung und läßt doch gleichzeitig den Saugkanal in einem derartigen Ausmaß frei« daß das Vakuum während des Schweißens pralctleoh ohne Strömungsverlust aufrechterhalten werden kann. Do es sich hierbei um den Ausgleich lediglich geringer Leckverluste handelt, bilden die Blenden nftmlioh keine ino Gewicht fallende Behinderung.,

Die Anordnung der Blenden 3 bis 10 nach den Fig. 1 und 2 erfordert, daß der Saugkanal 1 für Jede Blende in dessen oberen bsw. unteren Teil eine quaderförmig Ausnehmung 13, 14 baw. 15 aufweist, die bis zur Hälfte der Sau£kanalhühe herab- baw. heraufreicht (wuagereoht längsverlaufende strichpunktierte Linie 16). Damit in Abochirmstellung der Blenden 8 bis 10 zwisohen diesen und dor Schicht 3 keine Strahlen hindurohtreten, sind Anschlagleioten 13 vorgesehen, die fest und strahldiohtend auf dieser Schicht befestigt und so auegebildet sind, dnß in der in Fig. 1 gezeigten Abfohirmstellung

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der Blenden diese an der den Strahleneintritt abgewandten Seitenfläche der Ansohlagleisten anliegen.

In Fig. 3 ist der Saugkanal 20 mit Planaohen 21 und ähnlich wie nach Pig. 1 ausgebildet. Ausnehmungen sind jedoch bei dem zylindrischen Saugkanal nicht erforderlich, da die drei Blenden 23 bis 25 um in der Querschnittsmitte des Saugkanals liegende Zapfen 26 kippbar sind. Demgemäß sind die Blenden 23 bis 25 Im wesentlichen kreisrund mit einem ausgeschnittenen Sektor mit einer geraden Begrenzungskante 27 ausgebildet. Anaohlagleisten 28 sind ähnlich wie naoh Fig. 1 vorgesehen.

Der Vorteil dieser Blendenanordnung besteht in der einfacheren Konstruktion. Die Wirksamkeit der Strahlenabschwäohung ist ebenso groß wie nach Mg. 1. Pig. 3 zeigt den Strahlenverlauf anhand zweier eintretender Strahlen 29 und 30. Die mit 29a und 30a bezeichneten Strahlen sind Strahlen zweiter Ordnung, die mit 29b und 30b bezeichneten solche dritter Ordnung und die mit 29o und 3Oo bezeichneten solche vierter Ordnung, also ungefährlich, und zwar auf Grund ihres mehrfachen Auftreffens auf die Blenden bzw. Saugkanalwand. Der Strahl 29 tritt sogar als Strahl 29d fünfter Ordnung auo»

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Diö in den Fig. 1 und 3 gezeigte Stellung der Blenden (■AbGchirrastellung) ist lediglich dann nötv/endig, wenn die auoh Rönfcgenotrahlen zur Folge habende BlekbronenotrahlemiBöion auftritt, d.h. im weaentlichen während des ScliW3ißvor£ont;o selbst. In den Übrigen Betriebene! ten iot die in Pie. 4 cestriohelt angedeutete Offenstellung dor Llenden 23 bis 25 vorsusehen, Insbesondere willirend der Erzeugung des Vnkimine in der Arbeitskammer der SlekfcronenntrahlDchv/oißmaachine. Der luftwiderstand iut bei der Anordnung der Blenden nach den Pig. 1 und 3 nralrfcißch Hull bsv/. aehr klein (vgl. Fig. 4). Pig. A zeigt rjchließlloh oin Beiojlel ftir di« aweokmäßigerwelöe außerhalb deo SaugkanalB erfolgende Betätigung dor Hippvorrichtung der Blenden 23 ble 25 nach Fig. 3. Die Sation 26 Bind hierbei aus dem Saugkanalgehrluso heratwgofllhrt und Ubor Hebel 35» 36 und miteinander verbunden. Dna eine Ende des Hebels 37 wird an oin hydraulisch befcätigbares Glied 30 elnor-Verstellvorrichtung 39 ancoschloaeen, die an die Maechinenc'uoueninc angecohloauon lot, do daß oine gesonderte und Irrtüiaor eincolilleöendo Botlvtlgung entfällt.

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Claims (9)

Patentansprüche

1.!Verfahren zum Betrieb einer mittels lälektronenstrahlen Werkstücke bearbeitenden Maschine - vorzugsweise Elektronenstrahlschweißmaschine - , bei der die Elektronenstrahlen in einem unter Vakuum stehenden und hierau mit einem Saugkanal in Verbindung stehenden Raum auf das' Werkstück auftreffen und bei der im Saugkanal eine Abochirmvorrichtung für die austretenden Röntgenstrahlen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmvorrichtung während der Elektronenstrahlemission wirksam und während der Erzeugung dee Vakuums durch YJegnehme der Auftreffläohe der Abschirmvorrichtung unwirksam gemacht wird·

2. Abschirmvorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit mehreren, insbesondere drei, im Saugkanal befindlichen, nicht dessen gesamten Querschnitt einnehmenden, so ausgebildeten und angeordneten, vorzugsweise ebenen Blenden, daß alle in den Saugkanal eintretenden Röntgenstrahlen mehrfach auf die Blenden auftreffen und somit umgelenkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden

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(8 bis 10 bzw. 23 bis 25) zumindest mit ihren Strahlenauftrefjftilchen oug dem Strahlengang der Röntgenstrahlen heraus kippbar oder schwenkbar ausgebildet aind.

3. Abechirnvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch Gekenn zeichnet, daß die Kippachae (Uelle 7) län^D der Blondenfläche verläuft und an oder außerhalb der ßuugkanalv/aud (1) senkrecht stir Sau^kenalachse vorgeoehcu ist und daß die Sau^l:aiiQli/cnd entsprechende Auonelujungen (13 biß 15) für die ausgekippten Ilenden (6 bie 10) aufweisen·

4. /.bochiravorrichtung nach Anspruch 2, {,'ekennseiehnet durch ο ine parallel sur BleiidenflUche, vor?JU£;ov,'cieo in dice er liegende, in einer SauskinjülquerGchnittsilüche verlaufende Anordnung der Kippechse (Zapfen 26).

5. AbschirnvorricLtun^ nach i.nopruch 3 oder A _t dadurch Gekennzeichnet, daß die Elenden (8 Mc 10 Tjüv. 23 bio 25) co ausgebildet eind, daß deren Rand in Ab-

uu^ der Blenden sum grüßten i'eil an dor iid (1 biiv· 20) anlio^jt, vorLu^cvcii-e nit r Ausbildung deo nicht dnlicGcndoii Blendenrandteilö (19 baw. 27). %

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BAD OPiGlNAi.

6. Abschlagvorrichtung naoh einem der Ansprüche 1 bis 5, vorzugsweise mit einem kreisförmigen Querschnitt des Saugkanals, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der PiaohQ der Blende zur Querschnittsflache (6) des Saugkanals etwa 1t1,2 bis 1i1,3 beträgt.

7. Abschirmvorriohtung naoh Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Kippachsen aller Blenden | parallel in bezug auf die Saugkanalaob.se nebeneinander angeordnet sind, und zwar so, daß sich die Blenden in Offenstellung ein wenig übexdeoken.

8. Abschirmvorrichtung naoh einem der Ansprüche 2 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß an den Saug"* kanalwänden (1 bzw. 20) Ansohlagleisten (18 bzw. 28) vorgesehen sind, und zwar derart, daß die Blenden (8 biß 10 bzw. 23 bis 25) in Abschirmet«llung an . a den Ansohlagleisten anliegen·

9. Absohirmvorrichtung naoh einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden mit von außen betatigbaren Zapfen (17 bzw. 26) versehen sind, vorzugsweise mit gemeinsamer, hydraulischer» an die Maeohinensteuerung angeschlossener Betätigung (38/39).

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