DE2008387C3 - Abschirmvorrichtung für Röntgenstrahlen - Google Patents

Description

Zur Erzielung eines zeitweiligen Strahlenschutzes bei Montagearbeiten an Rohreinführungen in radioaktiv verseuchte Räume ist bereits eine Abschirmblende bekannt, die aus drei Teilen besteht, nämlich einem halbkreisförmigen Hauptteil und zwei an dieses Hauptteil angelenkten Kreissektoren, wobei noch ein Führungsteil vorgesehen ist, welches die einzelnen Blendenteile so führt, daß sich die Blendenteile um die Rohreinführung schließen und hierdurch insgesamt eine Kreisblenae bilden (deutsche Auslegeschrift 1 171545).

Die Erfindung bezieht sich demgegenüber auf eine Abschirmvorrichtung für Röntgenstrahlen bei einer mittels Elektronenstrahlen Werkstücke bearbeitenden Maschine, z. B. Elektronenstrahlschweißmaschine, 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 die Abschirmvorrichtung mehrere im Saugkanal befindliche, nicht dessen gesamten Querschnitt einnehmende, so ausgebildete und angeordnete Blenden aufweist, daß alle in den Saugkanal eintretenden Röntgenstrahlen mehrfach auf die Blenden auftreffen und somit weitgehend absorbiert und nur zu einem geringen Anteil gestreut werden.

Bei der Bearbeitung von Werkstücken mittels Elektronenstrahlen treten als Sekundärerscheinung Röntgenstrahlen auf, und es ist daher größte Sorgfalt daraut zu legen, daß die Röntgenstrahlen nicht in schädlichem Maße ins Freie gelangen können. Aus diesem Grunde ist auch der beim Arbeiten unter Vakuum stehende Arbeitsraum beispielsweise mit Bleiplatten strahlungsdicht verkleidet.

Problematisch wird die Maßnahme der strahlungssicheren Abdeckung im Hinblick auf den Saugkanal. Denn es muß unter allen Umständen vermieden werden, daß Röntgenstrahlen in Richtung des Vakuumpumpensatzes entweichen können. Da der Saugkanal aus verschiedenen Gründen relativ groß sein muß— bei handelsüblichen Elektronenstrahlschweißmaschinen beispielsweise 300 mm Durchmesser — ist hierdurch von vorneherein eine große Austrittsöffnung für die Röntgenstrahlen gegeben, die nicht einfach abgedeckt werden kann, sondern in besonderer Weise abgesichert werden muß.

Zur Lösung dieses Problems hat man bereits mehrere fest im Saugkanal hintereinander angeordnete Blenden vorgesehen, die zur Aufrechterhaltung des Luftdurchtritts zwar jeweils nur einen Teil des Saugkanalquerschnitts abdecken, aber so angeordnet sind, daß sie resultierend alle Röntgenstrahlen durch mehrfaches Auftreffen auf Materie und damit mehrfache Umlenkung unschädlich machen. Bekanntlich können Röntgenstrahlen durch Auftreffen auf Materie abgeschwächt werden. Dreimal abgeschwächte Röntgenstrahlen (Strahlen 4. Ordnung) gelten allgemein als unschädlich für das Bedienungspersonal. Eine andere Lösung dieses Problems besteht darin, daß der Saugkanal mehrfach (bis viermal), z. B. um je 90°, gekrümmt ausgebildet ist.

Diesen Maßnahmen haftet der Mangel an, daß der Stromungswiderstand im Saugkanal wesentlich erhöht wird. Wenn der Widerstandswert eines gerade verlaufenden Saugkanals ohne Einbauten mit 1 angenommen werden, so liegt unter Berücksichtigung des Umsiandes, daß in einem Vakuumbereich von 1()~' Torr gearbeitet wird, dieser Wert bei bekannten Saugkanälen bei 0,5, war zur Folge hat, daß die Vakuumpumpenleistung entsprechend erhöht, irr, angegebenen Beispiel verdoppelt werden muß, falis die Zeit zur Erzeugung des Vakuums gleichbleiben soll. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden und den Widerstandswert des Saugkanals bei gleicher Wirksamkeit der Strahlenabschirmung auf zumindest fast 1 zu erhöhen. Gemäß der Erfindung wird, ausgehend von der eingangs genannten Abschirmvorrichtung, vorgenannte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Blenden während der Erzeugung des Vakuums mindestens mit ihren Strahlenauftreffflächen aus dem Strahlengang der Röntgenstrahlen heraus und während bzw. bereits vor der Elektronenstrahlbearbeitung in den Strahlengang hineinkippbar oder schwenkbar sind. Die Erfindung geht hierbei von der bisher offenbar unberücksichtigt gebliebenen Tatsache aus, daß während der Vakuumerzeugung keine Elektronenstrahlerzeugung notwendig ist. In diesem Zeitraum kann somit der Saugkanal ohne Abschirmvorrichtung sein, ohne daß die Gefahr einer schädlichen Abstrahlung über den Saugkanal und die Vakuumpumpe besteht. Der Saugkanal kann dadurch mehr als bisher nach strömungstechnischen Erkenntnissen ausgebildet sein, also beispielsweise unter Vermeidung von Krümmern.

Die Blenden der erfindungsgemäßen Abschirmvorrichtung können an ihren an der Saugkanalwand befindlichen Befestigungsstellen längs zu ihrer Fläche aus dem Kanalquerschnitt herausschwenkbar — nach Art eines Verschlusses bei einer Kamera — oder mittels Scharnieren od. dgl. kippbar ausgebildet werden, wobei sie sich im letztgenannten Fall in Offenstellung an die Saugkanalwand anlegen und bei einem Saugkanal mit rundem Querschnitt entsprechendgebogen ausgebildet sind.

Eine besondere Ausführungsart besteht darin, daß die Kippachse längs zur Bleiidcnfläche verläuft und an oder außerhalb der Saugkanalwand senkrecht zu; Saugkanalachse vorgesehen ist und daß die Saugkanalwand entsprechende Ausnehmungen für die Blenden in Offenstellung aufweist. Der Vorteil liegt hierbei darin, daß der bereits erwähnte Leitwert 1 in voller Höhe erreicht werden kann, wenn die Blenden in Offenstellung samt den Scharnieren außerhalb der lichten Weite des Saugkanals angeordnet sind.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Ahschirmvorrichtung, bei der die Slröniungsveiluste einerseits noch niedrig sind und andererseits der Fertigungsaufwand für den Saugkanal klein ist, ist gekennzeichnet durch eine parallel zur Blendenfläche, in dieser liegende, in einer Saugkanalquersehnittsfläche verlaufende Anordnung der Kippachse. Hierbei werden die Schwenkzapfen der Blenden in einfacher Weise in der Saugkanalwand gelagert und von außen betätigt. In Offenstcllung befinden sich 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 beispielsweise als glatter Zylinder ausgebildet sein.

Zweckmäßigerweise werden die Kippachsen aller Blenden parallel nebeneinander in bezug auf die Saugkanalachse angeordnet, und zwar so, daß sich 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 wenn die Blenden in größerem Abstand voneinander angeordnet würden,
ίο Ferner werden mit Vorteil an den Saugkanalwänden Anschlagleisten vorgesehen, und zwar derart, daß die Blenden in Abschirmstellung an den Anschlagleisten zur Anlage kommen. Die den Luftwiderstand im Saugkanal nur geringfügig erhöhenden Anschlagleisten verhindern mit Sicherheit ein Durchtreten der Röntgenstrahlen zwischen der Blende in Abschirmstellung und der Saugkanalwand, was andererseits den weiteren Vorteil hat, daß die Blenden nicht genau in den Saugkanal eingepaßt werden müssen, sondern daß in Abschirmstellung ein Spalt zwischen Blende und Wand durchaus zulässig ist.

Weitere Merkmale der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.

Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung, und zwar in

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Saugkanal einer Elektronenstrahlschweißmaschine mit in seitliche Ausnehmungen hinein umkippbaren Blenden,

F i g. 2 einen Querschnitt nach der Linie H-II in F i g. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Saugkanal einer Elektronenstrahlschweißmaschine mit im Saugkanal selbst umkippbaren Blenden und

Fig. 4 eine Seitenansicht der Anordnung nach F i g. 3 mit dem Antrieb zum Kippen der Blenden.

In F i g. 1 ist mit 1 der Saugkanal bezeichnet, der zwischen der evakuierbaren Bearbeitungskammer einer Elcktronenstrahlschweißmaschine und dem Vakuumpumpensatz (beides nicht dargestellt) angeordnet und mitcls Flanschen 4 und 5 mit diesen befestigt ist und der ferner aus einem äußeren MaiHei 2 aus normalem Material, 1. B. Stahl, und aus einer strahluiigshemmcndcn Schicht3, z.B. Blei, besteht. Im Inneren 6 des Saugkanals 1 befinden sich drei um Wellen 7 kippbare und mittels Zapfen 17 (s. Fig. 2) betätigbare Blenden 8 bis 10, die wiederum jeweils aus einer tragenden Schicht 11 und einer Bleischicht 12 bestehen.

Die Blenden 8 bis 10 sind — wie aus Fig. 2 hervorgeht — im wesentlichen rechteckig mit einer geradlinigen Begrcnzungskante 19, durch die in Abschirmstellung jeweils etwa '/„ des gesamten Kanalquerschnitts blendenfrei gehalten wird, und so versetzt angeordnet, daß die Wellen 7 der außengelegenen Blenden 8 und 10 am oberen und die der mittleren Blende 9 am unteren Kanalrand liegen. Diese Anordnung gewährleistet — wie weiter unten im einzelnen gezeigt werden soll — ein mehrfaches Auftreffen und damit Umlenken der Röntgenstrahlen und damit deren erforderliche Abschwächung und läßt doch gleichzeitig den Saugkanal in einem derartigen Ausmaß frei, daß das Vakuum während des Schweißens praktisch ohne Strömungsverlust aufrechterhalten werden kann. Da es sich hierbei um den Ausgleich lediglich geringer Leckverluste handelt, bilden die Blenden nämlich keine ins Gewicht fallende Behinderung.

Die Anordnung der Blender, 8 bis 10 nach den

F i g. 1 und 2 erfordert, daß der Saugkanal 1 für jede Blende in dessen oberen bzw. unteren Teil eine quaderförmige Ausnehmung 13, 14 bzw. 15 aufweist, die bis zur Hälfte der Saugkanalhöhe herab- bzw. heraufreicht (waagerecht iängsverlaufende strichpunktierte Linie 16). Damit in Abschirmstellung der Blenden 8 bis 10 zwischen diesen und der Schicht 3 keine Strahlen hindurchtreten, sind Anschlagleisten 18 vorgesehen, die fest und strahldichtend auf dieser Schicht befestigt und so ausgebildet sind, daß in der in F i g. 1 gezeigten Abschirmstellung der Blenden diese an der den Strahleneintritt abgewandten Seitenfläche der Anschlagleisten anliegen.

In Fig.3 ist der Saugkanal 20 mit Flanschen 21 und 22 ähnlich wie nach Fig. 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. Anschlagleisten 28 sind ähnlich wie nach Fi g. 1 vorgesehen.

Der Vorteil dieser Blendenanordnung besteht in der einfacheren Konstruktion. Die Wirksamkeit der Strahlenabschwächung ist ebenso groß wie nach Fig. 1. Fig.3 zeigt den Strahlenverlauf an Hand zweier eintretender Strahlen 29 und 30. Die mit 29 a und 30 α bezeichneten Strahlen sind Strahlen zweiter Ordnung, die mit 29 b und 30 b bezeichneten solche dritter Ordnung und die mit 29 c und 30 c 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 29 rf fünfter Ordnung aus.

Die in den F i g. 1 und 3 gezeigte Stellung der Blenden (Abschirmstellung) ist lediglich dann notwendig, wenn die auch Röntgenstrahlen zur Folge

ίο habende Elektronenstrahlemission auftritt, d. h. im wesentlichen während des Schweißvorgangs selbst. In den übrigen Betriebszeiten ist die in Fig.4 gestrichelt angedeutete Offenstellung der Blenden 23 bis 25 vorzusehen, insbesondere während der Erzeugung des Vakuums in der Arbeitskammer der Elektronenstrahlschweißmasehine. Der Luftwiderstand ist bei der Anordnung der Blenden nach den Fig. 1 und3 praktisch Null bzw. sehr klein (vgl. Fig. 4). Fig. 4 zeigt schließlich ein Beispiel für die zweckmäßiger-

ao weise außerhalb des Saugkanals erfolgende Betätigung der Kippvorrichtung der Blenden 23 bis 25 nach F i g. 3. Die Zapfen 26 sind hierbei aus dem Saugkanalgchäuse herausgeführt und über Hebel 35, 36 und 37 miteinander verbunden. Das eine Ende des Hebels 37 wird an ein hydraulisch betätigbares Glied 38 einer Verstellvorrichtung 39 angeschlossen, die an die Maschinensteuerung angeschlossen ist, so daß eine gesonderte und Irrtümer einschließende Betätigung entfällt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Abschirmvorrichtung für Röntgenstrahlen bei einer mittels Elektronenstrahlen Werkstücke bearbeitenden Maschine, z. B. Elektronenstrahlschweißmaschine, 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 die Abschirmvorrichtung mehrere im Saugkanal befindliche, nicht dessen gesamten Querschnitt einnehmende, so ausgebildete unJ angeordnete Blenden aufweist, daß alle in den Saugkanal eintretenden Röntgenstrahlen mehrfach auf die Blenden auftreffen und somit weitgehend absorbiert und nur zu geringem Anteil gestreut werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden (8 bis 10 bzw. 23 bis 25) während der Erzeugung des Vakuums zumindest mit ihren Strahlenauftreffflächen aus dem Strahlengang der Röntgenstrahlen heraus und während bzw. bereits vor der Elektronenstrahlbearbeitung in den Strahlengang hinein kippbar oder schwenkbar sind.

2. Abschirmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippachse (Welle 7) längs der Blendenfläche verläuft und an oder außerhalb der Saugkanalwand (1) senkrecht zur Saugkanalachse vorgesehen ist und daß die Saugkanalwand entsprechende Ausnehmungen (13 bis 15) für die ausgekippten Blenden (8 bis 10) aufweist.

3. Abschirmvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine parallel zur Blendenfläche in dieser liegende, in einer Saugkanalquerschnittsfläche verlaufende Anordnung der Kippachse (Zapfen 26).

4. Abschirmvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden (8 bis 10 bzw. 23 bis 25) so ausgebildet sind, daß deren Rand in Abschirmstellung der Blenden zum größten Teil an der Saugkanalwand (1 bzw. 20) anliegt, wobei eine geradlinige Ausbildung des nicht anliegenden Blendenrandteils (19 bzw. 27) vorgesehen ist.

5. Abschirmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für einen Saugkanal mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Fläche der Blende zur Querschnittsfläche (6) des Saugkanals etwa 1 : 1,2 bis 1 : 1,3 beträgt.

6. Abschirmvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippachsen aller Blenden parallel in bezug auf die Saugkanalachse nebeneinander angeordnet sind, und zwar so, daß sich die Blenden in Offenstcllung ein wenig überdecken.

7. Abschirmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Saugkanalwänden (1 bzw. 20) Anschlagleisten (18 bzw. 28) vorgesehen sind, und zwar derart, daß die Blenden (8 bis 10 bzw. 23 bis 25) in Abschirmstellung an den Anschlaglcisten anliegen.

8. Abschirmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden mit von außen betätigbaren Zapfen (17 bzw. 26) versehen sind und eine gemeinsame, hydraulische, an die Maschinensteuerung angeschlossene Betätigung (38/39) vorgesehen ist.