DE2009448A1

DE2009448A1 - Vakuumkammer, insbesondere fur Elektronenstrahlschweißmaschinen

Info

Publication number: DE2009448A1
Application number: DE19702009448
Authority: DE
Inventors: Siegfried 8063 Sixtnitgern; Kindler Hubert Dipl -Ing. 8000 München P B23k 19 00 Baumgartner
Original assignee: Krauss Maffei AG
Current assignee: Mannesmann Demag Krauss Maffei GmbH
Priority date: 1970-02-28
Filing date: 1970-02-28
Publication date: 1971-09-02
Also published as: FR2079097A5; GB1289920A; US3745320A

Description

Erauss-Haiiei 111

Aktiengesellschaft -

Vakuumkammer, insbesondere für Elektronenatrahleohweiß-

niaaoliinen

Die Erfindung "betrifft eine Vakuumkammer zur. Auf nähme von mittels Elektronenstrahlen zu bearbeitenden, auf einem verstellbaren Sohlitten aufspannbaren Werkstücken - insbesondere für Elektronenstirahlsohweißmasohinen - , deren Wände aus einer die Belastungen aufnehmenden Trägerschicht und einer die auftretenden Köntgenstrahlen abschirmenden Schicht, z.B. aus Blei₉ bestehen,' eben sind und scharfkantig aneinanderstoßen. Xn diesen während des Betriebes ein Hoch- oder Feinvakuum aufweisenden Kammern werden die Werkstücke, z.B. dielbeiden zu verschweißenden Seile, unter dem Elektronenstrahl bewegt· Dabei werden u.a. folgende Anforderungen an die Kammern gestelltt erhebliohe Vakuum- und Röntgenstrahldiohtheit und größte lormstabilität; letztere ist deshalb erforderlich, weil die Justierung des Elektronenstrahls auch dann erhalten bleiben soll, wenn zwischen zwei Arbeltsfolgen das Vakuum aufgegeben wird, wobei eine Entlastung der Kammer eintritt. Das bedeutet, daß die Kammern dicht ausgebildet sein müssen, eine röntgenBtrahlhemmende

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Schicht, z.B. Blei» aufweisen müeaen und üblicherweise mit einer starken Verrippung versehen sind.

Aber selbst stark verrlppte Kammern neigen erfahrungsgemäß a υ oh zu Verformungen, ao daß dadurch, die Jufltiergenauigkeit herabgesetzt wird, und zwar auf Qnrad des TJmstandes, daß die Justierung zunäohet bei entlasteter Kammer erfolgt, wobei mit Justierung insbesondere das senkrechte Auftreffen des Elektronenstrahls auf das Werkstüok angesprochen werden soll, also die gleichbleibende Stellung des Elektronenstrahlerzeuger quer zur Strahlaohse, ferner aber auch das Riohten des Strahls auf einen bestimmten Punkt des Werkstüok». Steht die Kammer unter Hoohvakuun, trifft die vorher vorgenommene Justierung bei der bekannten Ausbildung der Kammern durohweg nicht mehr genau zu. Denn auf Grund des Vakuums werden die Kammerwände zumindest in engen Grenzen nach innen auegebeult, wodurch sich eine andere lag« des Elektronenstrahlerzeuger zum Werkstück ergibt, insbesondere ein nicht mehr senkrechtes Auftreffen des Strahls auf das Werkstück.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kammerbau* rt vorzuschlagen, die bei geringem Material- und iertigungsaufwand eine befriedigende Formstabilität der Kammer und damit eine ausreichende Justiergenauigkeit

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gewährleistet. iSrfindungsgemafl soll die Kammer eo auegtbildet werden, da6 deren Wände feetigkeitemäflig Im Hinblick auf die Verformung der Kammer infolge des Vakuuae so ausgebildet Bind, daß die la ge der Auftreffstelle und der Auftreffwinkel des Elektronenstrahls auf den Werkstück gleichbleiben.

Die erfindungsgemäße Maßnahme sohliefit aus, daft die in jeden fall auftretenden Verformungen der Kammer eich auf die Justiergenauigkeit auswirken. Eine Aueführungeform dieser Maßnahme sieht vor, daß die einander gegenüberliegenden, senkrechten Wände und die Bodenplatte der Kammer symmetrisch zum Elektronenstrahl ausgebildet werden und daß ferner der Elektronenstrahlerzeuger auf der Mitte der Beckenplatte angeordnet wird. Unter Symmetrie wird hierbei Insbesondere die Punkt- oder zentrische Symmetrie verstanden, wobei jedem Punkt P der Kammer ein Punkt P¹ der Kammer zugeordnet ist, so, daß die Strecke TF^r durch die Strahlachse halbiert wird. Durch die symmetrische Ausbildung der Kammer wird euoh eine symmetrische Verformung derselben unter dem Einfluß des Vakuums erreicht, was bedeutet, daß der Elektronenstrahlerzeuger sich zwar längs der Strahlachse bewegt, daß aber der Auftreffpunkt und der Auftreffwinkel des Strahls auf dem Werkstüok unverändert bleiben. Ausschlaggebend dafür ist der völlig symmetrische

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dor beiden Seitenwiinde der Kammer. Durohbrüoht und I¹I ans ehe rauesen dabei aue Gründen der gleichmäßigen Verformung der senkrechten Seitenwände gleichgroß ausgebildet und spiegelbildlich angeordnet werden.

Nach einem weltfren Erfindungagedanktn wird dann, wenn der WorkstUokschlitten auf der Bodenplatte der Kammer abgestützt ist, diese Abstützung so auegebildet, daß Bie zentrl3oh symmetrisch zur Elektronenstrahlsohs* auf der Bodenplatte aufliegt· Diese Maßnehme trägt dazu bei, daß auch die Befestigung dee WerkatUokachlittens so ist, daß eine symmetrische Tarformung auftritt; ebenfalls die Anordnung, daß der Werketüolcfohlitten, β.Β. mittels Stützen oder Leisten, auf der Bodenplatte abgestützt ist und daß in dar Kraftwirkungelinie dar Abstützung die Vakuumkammer auf dam Fundament od.dgl. aufliegt, z.B. mittels Breitflanaohträgarn. Einen besonderen Vorteil im HiDbIick auf dia Juetiergenauigkeit erzielt man deduroh, dafi innerhalb dar aue dar Träger und Abeohirnßohicht bestehenden Wände tin an dieaen ladiglioh Ubar einzeln· Varbindungaatega befestigter Yakuuebehältar aus verhältniaoäSig dünnwandigen und unter dta Vakuum in festigkeitemäÄig suläeeigen Gr en β en aioh Ttrforeendan BIeoh vorgeaeheirvlrd· Auf diaaa Vaiaa wird dia Belastung dar Kamt* laftlft dta Ataoapfclrtttdmtkt isun gröiten fall auf den in dar Xaaaar sehwieBien* anft-

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ordneten Vakuumbehälter abgewälzt, dessen Verformungen unter dem Vakuumeinfluß sich nioht auf die Übrigen Kammerteile erstreckt und damit nicht die Justiergenau* igkeit beeinflußt. Der einzige relativ sehr kleine Bereich, in dem das Vakuum auf die Prägersehloht der Kammer wirken kann, liegt an der Durohtritteöffnung de« Strahls duroh den Vakuumbehälter, der an dieser Stelle einen Durchlaß für den Strahl aufweisen muß» Die Trägerschicht kann hierbei auch lediglich ala aus £rägerteilen bestehend ausgebildet werden«

Andere Weiterbildungen der Erfindung sind den ÜnteraneprUohen entnehmbar.

Xn der Zeichnung sind zwei AuafUhrungsbeispiele der Erfindung dargestellt· Hierbei zeigt

Fig. 1 den vertikalen Querschnitt duroh eine Vakuumkammer mit einer einzigen Vand naoh der Linie I-I in Pig· 2, ^

yig. 2 eine Seitenansicht hierzu,

Fig· 3 den vertikalen Querschnitt duroh eine Vakuumkammer mit einem däzinwandigen Vakuumbebülter nachder Linie 111*111 in Fig. 4 und

Fig. 4 eine Seitenansicht hierzu.

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Die Vakuumkammer I nach Fig. 1 weist vier, ebene, inn« mit 72A-PIattLöruagan ausgekleidete und miteinander mit TulpenachwelßiiLlhteii aueuumiengesohv/eiflte Stahlplatfcen 2 bis 5 (IriigecBohlohben) auf, auf deren Außenfläohen Platten 6 aue Blei (Absohimneohioht) befestigt sind. AuX der als Bodenplatte dienenden Stahlplatt» 4 sind zwei Tragleißten 7 aufgeschweißt, auf dentn je eine Führungs-Iel3te ß befestigt ist. DIceb dienen ala führung IUr einen Werketliokschiltten 9, auf dem die beiden miteinander ssu verschweißenden Werkstücke 10 und 11 festgekleaarfc sind, wobei die Schweißfuge 12 sich genau unterhalb dar den Elektronenstrahl 13 aussendenden Elektronenstrahlerzeuger 14 (Kanone) befindet· Der Siektronenafcrahl trifft genau rechtwinklig auf die entsprechenden Rendb·- reiohe der Werketüoke 10 und 11 auf.

Der Elektronenstrahlerzeuger 14 sitzt in dar Mitte dar als Beokenplfitte dienenden Stahlplatte 2· Ferner waist dia Kammer 1 zwei gleich große und eyrunetriaeh angeordnete Öffnungen 15 und 16 auf. Dia Öffnung 15 diaat ala Kammereinbliok und ist mit einem Blelglaafeneter 17 verßchlOBsen· Die andere Öffnung 16 dient izur Absaugung dar Luft bei dor Erzeugung άβο Vakuums in der Kammer 1. An sie ist ein cuoi Vakuumpumpensatz führender Saugkanal 18 angeflansoht. Ebenfalls synimetriech sind an der Boden-

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BAD ORlQINAi

platte 4 der Kammer 1 swei Breitflaneohtrager 19 und 20 angeschweißt, die ihrerseits am Fundament 25 befestigt Bind. Die Anordnune der Breitflanachtrager 19 und 20 iat daboi do gewählt, daß die reaultierendon liraftwirlcungBlinien der 'üragleieton 7 durch die Breitflaneohträ« ger verlaufen.

£ig. 2 aeigt die Kammer 1 in der Seitenansicht mit dem in der Mitte der Kanmerlüngaerstredoing aufaitzenden ElelctronenstrahleraeuGÖr 14 und dem Bleiglaßfenßter 17. und dem auf dom !Fundament 25 sitzenden Breitflanaoliträger 19· ferner iat au3 Pig. 2 eraichtlioh, daß der Elektronenstrahl 13 rechtwinklig auf die Werkstücke auftrifft (Werkatüok 11 angedeutet).

Die beiden Enden der lamaer 1 aind durch je eine frei-Mngende Tür 21 bzw. 22 verschlossen, die über eine Laache 23 an der Aufhängung 24 hängen und bei der Er-EeugunG dea Vakuums selbsttutig an die Kammer angepreßt werden und somit den Takuumrium abschließen.

Die Bauart der karnatr nach der Erfindung goQdß den Fig. 1 und 2 erlaubt ein· wesentliche Materialarsparnie. Bei einen JCaamerquerflchnitt ton ttwa 1,5 «² bütte unter dan aoraaltn 1·Ϊ1ι<«με«β stir Ärraiohunf eimer auaraiohendon roniatabilitlt ein« Vandettirk· der Stahlplattan 2 bit

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von etwa 120 mm vorgesehen werden müssen. Der symeetrieohe Aufbau der Kammer gestattet jedoch, mit einer Wandstärke von 40 mm auszukommen·

flach ?ig. 3 weist die Vakuumkammer 50 einen Vakuumbehälter 31 aus dünnem Blech auf, der sich unter dem Einfluß des Vakuums in festigkeitsmäßig erlaubten Grenzen verformen kann und der jeweils mit dem unterteil von vier jeweils aus Flaoheisen 52 bis 55 zueammengeeohweifiten Rahmen 55 (a.Flg. 4) verbunden ist, und «war über jeweile ein Flaahoiβen 59» das zur Stützung dea Vakuumbehälterfi 31 zusammen mit Flaoheisen 56 bis 58 an dieeea angeschweißt ist« Die einzelnen Rahmen 55 sind mittels Winkeleieen 56 und auf dem Fundament ruhenden Breitflanschträgern 47 und 48 miteinander verbunden· Der Vakuumbehälter 31 weist Durchbrechungen 57 und 58 auf, von denen die erster« (57) den Elektronenstrahl 59 des Elektronenstrahlerzeuger 40 durchläßt und die anderen (58) zum Durchstecken von in den Breitflaneohträgera 47 und 48 eingelassenen Tragbolzen 41 dient· Diese tragen Führungsleisten 42 zur Führung des die zu vereohweiflenden Werkstücke 43 und 44 aufnehmenden Werkstüokechlittens 45· An den beiden mittleren Rahmen 55 ist ein Ring 46 angeschweißt, der zur Aufnahme des Elektronenstrahlerzeuger 40 dient. Die Durchbrechungen 57 und 58 des Vakuumbehälters 51 sind mittels Metallbälgen 50 und 51 gegenüber dem Ring 46 bzw. den ülragbolzen 41 vakuumdicht

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abgeschlossen. Zwei Öffnungen 52 und 53 im Vakuurabe·- hälter 31 dienen -wie nach Fig. 1 - zur itufhahme einer Bleiglaseohelbe 54, die entsprechend elastisch einzusetzen 1st» und zum AnsohluS dee Saugkanals (nioht dargestellt).

Die Röntgenatrahlabeohirmung wird erreicht durch eine Verkleidung au· Bleiplatten 49» die außen an den Flaohelsen 32 bis 34 befestigt sind.

Fig· 4 zeigt die Seitenansicht der Bauart nach Pig· 3, wobei die entsprechende Bleiplatte abgenocanen ist, Mas erkennt die vier mit Abstand nebeneinander angeordneten. Rahmen 55 tnit den sichtbaren Flaoheieen 33 und 35» wobei eratere oben durch das Winkeleisen 36 und unten durch den Breitflanschträger 47 miteinander verbunden sind. Ferner sind la Fig. 4 sichtbar die Iragbolaen 411 der Vakuumbehälter.51, die Bleiglasscheibe 54, der Ring 46 zur Befestigung des Slektronen-Btrahlereeugers 40 sowie der zugehörige Metallbalg 50.

Der beidseitig· Abschluß des Yakuxuabehältsrs 31 ist nioht dargestellt. Ir kann entsprechend der Ausführung na oh Fig. 2 oder anders Vorgesehen v/erden · Für diese Bauart besteht keineswegs die Hotwandiglceit der syrometrisehen xlujfUhrung, da der Takuuiabehälter 31 eich beliebig innerhalb dar Festigkeitagrenzen varformen kann».

Sha/a. ·· 10

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Claims

Paten t ansprttehe

.1 Takuuvkaiamer ssur Aufnahme von Mittels Elektronenstrah-

tQ zu bearbeitenden, auf einea verstellbaren Sohlitten aufapannbaren Werkstücken - insbesondere für Elektronenetrehleohweiflaaechinen - , deren Wände aus tlutr dl· B«l«8ttmgtn aufnehmenden frttgersobleht und einer die auftretenden Röntgenstrahlen abaohiraenden Sohioht, z.B. aus Blei, Gestehen, eben aind und «oharfkantig aneinanderetoien, daduroh das die Wände (Platten 2 M* 5 ^zw. Bainen 55) Kaaner (1 bzw, 30) feetlgkeitmäBig in Hinblick auf die Verformung der Kammer Infolge dee Takuuae ao auegebildet «ind, daS die lege der Auftreffstelle und der Auftreffwinkel dee Slektronenstrahla (13 bzw. 39) auf des Werkstüok (10, 1t Dzw« 43t 44) gleichbleiben.

2» Kammer na oh Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden, senkrechten Wände (Platten 3 und 5) und die Bodenplatte (4) der Kamer (1) «entrißoh symmetrisch, zur Blektronenatrahlaohse (13) ausgebildet aind und daß ferner der Elektronenstrahlerzeuger (14) auf der Mifcts der Daokenplafcte (2) angeordnet: lot.

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3. Kamuer nach Anspruch. 2, bei der der Werketüokachlitten auf der Bodenplatte der Kammer abgestutzt ist* dadurch gekennzeichnet, daß dieae Abstützung (Tragleiste 7) centrlsch symmetrisch zur Elektronenstrahlachse (13) auf der Bodenplatte (4) aufliegt«

4. Kammer nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß der Yerkstüoksohlitten (9), z.B. mittels StutBen oder Leisten (7), auf der Bodenplatte (4) abgestützt ist und daß in der Xraftvlrkungslinie der Abstützung die Vakuumkammer (1) auf dem. Fundament (25) od.dgl. aufliegt, z.B. mittels Breitflansohträgern (19 und 20).

5. Kammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der aus der Träger- und Abschirmsohicht bestehenden Wände ein an diesen lediglich Über einzelne Yerbindungesteg· (Flach·teeη 59) befestigter Takuumbehälter (31) aus verhältnismäßig dünnwandigem und unter dem Vakuum in festigkeltsmäßig zulässigen Grenzen sich verformenden Blech vorgesehen ist, wobei die Trägerschicht auch lediglich aus Trägerteilen (Bahmen 55) bestehen kann.

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