DE2316257C3 - Einrichtung zur Bearbeitu ng von Stoffen Im Vakuum mittels eines Elektronenstrahls - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bearbeitung von Stoffen im Vakuum mittels eines Elektronenstrahls mit einem Elektronenstrahl-Erzeugungssystem, mit Mitteln zur Erzeugung eines zeitlich konstanten Magnetfeldes zur Umlenkung des Elektronenstrahls auf das zu erhitzende Gut und mit Mitteln zur Erzeugung eines variablen Magnetfeldes zur periodischen Ablenkung des Brennfleckes auf dem Gut. Eine derartige Einrichtung ist aus der DL-PS 64 107 bekannt.

Um größere Oberflächenteile des Gutes erhitzen zu können, wurden zur periodischen Ablenkung des Brennfleckes auf dem Gut zusätzliche magnetische Felder variabler Intensität angewendet, die meist durch von Wechselstrom durchflossene Spulen erzeugt wurden, die aber wegen ihres großen Platzbedarfes, und weil sie wegen ihrer Impedanz nur für eine verhältnismäßig niederfrequente Strahlablenkung brauchbar sind bzw. bei höheren Frequenzen eine unerwünscht hohe Betriebsspannung erfordern, nachteilig sind.

Aus DT-AS 12 04 342 ist ein Axialstrahler — bei dem also der Strahl im zeitlichen Mittel in der Achse der Strahlerzeugungsanordnung verläuft und keine Umlenkung durch ein zeitlich konstantes Magnetfeld erfährt — bekannt, bei dem zur Erzeugung eines variablen Magnetfeldes für eine periodische Ablenkung zwei zueinander und zur Achse der Anordnung parallele elektrisehe Leiter vorgesehen sind. Diese Anordnung ist auf Umlenk-Elektronenstrahlkanonen kaum anwendbar, oder wäre mindestens nur auf konstruktiv umständliche Weise zu verwirklichen, denn sie würde je einen Leiter auf der Innen- und der Außenseite der gekrümmten Bahn des Elektronenstrahls erfordern, um eine periodische Ablenkung senkrecht zur Krümmungsebene zu ermöelichen.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welcher die Mittel zur Erzeugung eines variablen Magnetfeldes raumsparend aufgebaut sind und eine geringe Impedanz aufweisen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Mittel zur Erzeugung eines variablen Magnetfeldes ein im Betrieb von einem Wechselstrom durchflossener elektrischer Leiter vorgesehen ist, welcher parallel zu den Kraftlinien des zeitlich konstanten Magnetfeldes in der Nähe der gekrümmten Elektronenbahn auf der Innenseite derselben angeordnet ist.

Der wesentliche Vorteil, den die erfindungsgemäße Anordnung bietet, liegt darin, daß der Leiter zur Erzeugung des variablen Ablenkfeldes nur eine sehr geringe Impedanz aufweist und daher auch eine hochfrequente Ablenkung des Elektronenstrahls leicht möglich ist. wozu eine Hochfrequenzspannung von wenigen Volt genügt. Im Gegensatz zur bekannten Ablenkung eines Elektronenstrahls mittels Spulen, bei denen wesentlich höhere Betriebsspannungen erforderlich sind, benötigt der erfindungsgemäß zur Ablenkung vorgesehene Leiter keine eigene Hochspannungsdurchführung durch die Wand der Vakuumkammer. Gegenüber der Verwendung von Spulen als Ablenkelemente bietet die Erfindung ferner den Vorteil einer kompakteren Bauweise und benötigt zum Aufbau weniger Isoliermaterial (Spulenisolation), so daß auch beachtliche vakuumtechnische Vorteile erzielt werden.

Wie die Erfindung beispielsweise ausgeführt werden kann, soll an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen erläutert werden.

Die F i g. 1 und 2 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform, bei welcher der Leiter selbst als Teil der Anode ausgebildet ist.

Die F i g. 3 und 4 zeigen ein Beispiel, bei dem ein eigener Leiter zur Erzeugung des variablen Ablenkfeldes vorgesehen ist. In den Zeichnungen bedeutet:

1 den Elektronenstrahl,

2 eine Elektronen emittierende Kathode, üblicherweise eine Glühkathode,

3 eine Fokussierungselektrode (Wehneltelektrode),

4 und 5 Polschuhe eines Magneten zur Erzeugung eines der Führung des Elektronenstrahls auf das zu erhitzende Gut dienenden Magnetfeldes,

6 die magnetischen Kraftlinien des Führungsfeldes,

7 die Hochspannungs- und gegebenenfalls Heizstromzuführung für die Kathode,

8 die Hochspannungszuführung für die Fokussierelektrode,

9 und 10 die beiden äußersten vom Brennfleck auf dem zu behandelnden Gut im Zuge der periodischen Ablenkung des Strahls eingenommenen Positionen,

11 eine Erregerspule oder einen Permanentmagneten zur Magnetisierung der Polschuhe des zeitlich konstanten Magnetfeldes, wobei Nord- und Südpol mit Nund Sbezeichnet sind,

12 die Anode des Elektronenstrahlerzeugungssystems,

13 die Grundplatte, auf welcher das System aufgebaut ist, und

14 das Werkstück, welches mit dem gebündelten und periodisch abzulenkenden Strahl bearbeitet werden soll.

Mit 15 ist in allen Figuren jener Teil eines Leiters bezeichnet, welcher mit Wechselstrom oder pulsierendem Gleichstrom beschickt zur Erzeuüune des Deriodi-

sehen Ablenkfeldes dient. Bei Verwendung einer länglichen Kathode zur Erzeugung eines Elektronenbandstrahls wird der ablenkende Teil cieses Hochstromleiters zweckmäßigerweise parallel zur Längserstreckung der Kathode, in der Nähe einer der das System bildenden übrigen Elektroden (2, 3, 12) jedoch unmittelbar neben der Bahn des umgelenkten Elektronenstrahls angeordnet, derart, daß seine Kraftlinien, wie die F i g. 1 und Z erkennen lassen, senkrecht zu den Kraftlinien 6 des Umlenkfeldes verlaufen. Wird der Leiter 15 beim Betrieb mit einem periodisch veränderlichen Strom beschickt, be.vtrkt das von ihm erzeugte magnetische Wechselfeld eine periodische Ablenkung des Elektronenstrahls zwischen den beiden Endlagen 9 und 10. Ohne Ablenkfeld befindet sich der Brennfleck etwa in is der Mitte dazwischen. Mit Wechselströmen von 100 A wurden beispielsweise Ablenkungen von ±10 mm von der Miitellage erzielt.

Es ist vorteilhaft, beim Betrieb die Kathode auf negative Hochspannung und die Fokussierungselektrode auf eine gegenüber der Kathode negative Spannung (also ebenfalls Hochspannung) zu legen, v>obei sich dann die Anode auf Erdpotentia! befinden kann. Dies ermöglicht die Unterbringung der auf Hochspannung befindlichen Teile innerhalb eines von der Grundplatte 13 und dem entsprechend geformten Anodenblech 12 gebildeten Schut/gehäuses. Bei einem solchen Aufbau ist im Ani'dcnblcch eine Durchtrittsöffnung, meist in der Form eines Schlitzes, für den Durchtritt des Elektronenstrahls vorzugehen. Im Beispiel der F i g. 1 und 2 ist, wie bereits erwähnt, der Leiter zur Erzeugung des variablen Ablenkfeldes in der Ebene des Anodenbleches 12 angeordnet und stellt auf diese Weise — funktionell gesehen — selbst einen Teil der Anode dar.

Im Beispiel der F i g. 3 und 4 ist der Leiter zur Erzeugung des variablen Ablenkfeldes als separater Leiter ausgebildet, jedoch \um Anodenblech gehalten. Er könnte auch zwischen der Anode und der Fokussierungselektrode angeordnet sein oder zwischen dieser und der Kathode, jedoch stets so, daß er auf der konkaven Seite der Bahn des umgelenkten Elektronenstrahls liegt.

Die Zu- und Ableitungen des Stromes zum Leiter 15 zur Erzeugung des variablen Ablenkfeldes sollen sich nicht in unmittelbarer Nähe der Bahn des Elektronenstrahls befinden. Am einfachsten ist es, sie von außen an die Polschuhe 4 und 5 und durch diese hindurch /u führen, wie die F i g. 1 und 2 andeuten. Man kann die Zu- und Ableitungen aber auch, wie die F i g. 3 und 4 erkennen lassen, innerhalb der Polschuhe anbringen, wobei die I.eiterteile 16 und 1/ so weit entfernt vom Elektronenstrahl angeordnet sind, daß sie auf diesen im Vergleich /um Leiterteil 15 keinen nennenswerten Einfluß mehr ausüben.

Erwähnt sei noch, daß der Leiter 15 auch aus mehreren parallelen Leiterbahnen bestehen kann.

Hierzu 2 Blatt Zeiclinunccii

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Bearbeitung von Stoffen im Vakuum mittels eines Elektronenstrahls mit einem Elektronenstrahl-Erzeugungssystem, mit Mitteln zur Erzeugung eines zeitlich konstanten Magnetfeldes zur Umlenkung des Elektronenstrahls auf das zu erhitzende Gut und mit Mitteln zur Erzeugung eines variablen Magnetfeldes zur periodischen Ablenkung des Brennfleckes auf dem Gut, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Erzeugung eines variablen Magnetfeldes ein im Betrieb von einem Wechselstrom durchflossener elektrischer Leiter vorgesehen ist, welcher parallel zu den Kraftlinien des zeitlich konstanten Magnetfeldes in der Nähe der gekrümmten Elektronenbahn auf der Innenseite derselben angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode mit einer spaltförmigen Durchtrittsöffnung für den Elektronenstrahl ausgebildet ist, daß die auf der Innenseite der Bahn des umgekehrten Elektronenstrahls liegende seitliche Begrenzung der Durchtrittsöffnung durch den für die Erzeugung des variablen Magnetfeldes vorgesehenen elektrischen Leiter gebildet wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter aus mehreren Leiterbahnen besteht.

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