DE2627862C2

DE2627862C2 - Elektronenstrahler

Info

Publication number: DE2627862C2
Application number: DE2627862A
Authority: DE
Inventors: Paul Saint Maur Val de Marne Dumonte
Original assignee: Sciaky SAS
Current assignee: Sciaky SAS
Priority date: 1975-06-23
Filing date: 1976-06-22
Publication date: 1986-01-23
Also published as: DE2627862A1; GB1556405A; US4057746A; FR2315766A1; FR2315766B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektronenstrahler zur Erzeugung eines insbesondere zum Schweißen bestimmten Elektronenstrahls, bestehend aus einer me- chanischen Abstützung zur koaxialen Festlegung und elektrischen isolierung einer indirekt geheizten Kathode, eines Heizdrahtes, eines Wehneltzylinders und einer Anode innerhalb eines Rahmens. Ein Elektronenstrahler dieser Art ist z. B. aus der FR- PS 13 37 385 bekannt. Die Vorteile des Schweißens mit Elektronenstrahl zur Verbindung von Blechen großer Dicke, wie sie bei der Errichtung von Druckbehältern verwendet werden, sind bekannt da sie es in bezug auf andere Schweißverfahren insbesondere ermöglichen, derartige Verbindungen mit einer begrenzten Anzahl von Schweißlagen durchzuführen. Man hat festgestellt, daß es möglich wäre, zwei Bleche mit einer Dicke von 200 mm in einer einzigen Lage mittels eines Elektronenstrahlers stumpf zu verschweißen, der eine Leistungsab- gäbe von 100 Kilowatt hat

Die bekannten Elektronenstrahler der angegebenen Art sind in der Regel für einen Spannungsbereich von 150 Kilovolt ausgelegt. Die Isolierung der wirksamen Bereiche des Strahlers wird im allgemeinen in üblicher Weise derart ausgeführt, daß diese wirksamen Bereiche vollständig unter Vakuum gesetzt werden, wobei sich jedoch das Problem der Wärmeabfuhr von den Halteeinrichtungen der Kathode und der angrenzenden Bauteile stellt oder ein Kühlkreislauf durch ölumlauf vorge- sehen sein muß.

Die verschiedenen bekannten Lösungen sind mit dem Nachteil eines großen Raumbedarfs durch große Bauweise behaftet, was für ortsfeste Anlagen bzw. eine Verwendung in Laboratorien oder Arbeitsräumen akzepta- bei sein mag, nicht jedoch bei einer Verwendung solcher Strahler mit hoher Leistung in bewegbaren oder verfahrbaren Anlagen, die für ein Verschweißen mittels Elektronenstrahls in Betrieben für den Schwerbehälter-

3 4

bau oder auf Baustellen erforderlich sind. ein Zielfernrohr (nicht dargestellt).

Außerdem gewährleisten die Befestigungssysteme, Der Schieber 7 wird mittels des Zylinders 12 betätigt, die zur Festlegung der Kathoden verwendet werden, Die Zylinder 11 und 12 wirken auf das Prisma 10 bzw.

und deren Formen bei den bekannten Strahlern hoher den Schieber 7 über Gestänge 13 in der Weise ein. daß

Leistung keine genaue, gegenüber Aufheizung unemp- 5 sie aus dem Weg des Elektronenstrahls im Betrieb des

Findliche Positionierung, woraus sich im Betrieb Ände- Strahlers entfernt werden,

rangen der Parameter ergeben. Der Ringbund 5 weist seitlich eine öffnung 14 auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen während die bearbeitete Fläche 15 abdichtend und Iös-

Elektronenstrahler der eingangs genannten Art so aus- bar die Untereinheit, nämlich den Schieber 7 und das zubilden, daß die Lage der Kathode sich bei Aufheizung io Prisma 10 sowie deren Antriebe, aufnimmt Das Gegen-

nicfe verändert und daß die Erwärmung von der Katho- stück 16 ermöglicht eine einwandfreie mechanische

de zugeordneten und/oder ihr benachbarten Teilen her- Funktion der obigen Anordnung, indem der Überhang

abgesetzt wird, so daß die Abmessungen des Elektro- beseitigt wird,

nenstrahlers verringert werden können. Der Ringbund 5 nimmt eine Platte 17 sowie einen

Diese Aufgabe wird gesnäß der Erfindung ausgehend 15 Rahmen 18 auf, die mittels Schrauben 19 abgedichtet

von einem Elektronenstrahler der eingangs angegebe- befestigt sind. Die Platte 17 bildet eine Abstützung für

nen Art dadurch gelöst, daß die Kathode von mehreren, die Anode 20, die ihrerseits mittels eines Ringbundes 21

aus elektrisch leitfähigetn Material bestehenden Stan- und eines Zwischenträgers 22 gehalten ist Der Rahmen

gen in ihrer koaxialen Stellung gehalten ist und die Stan- 18 besito eine seitliche öffnung 23 für einen Anschluß

gen si! ihrem einen Ende in bezug auf den Rahmen starr 20 an die Pumpenanlage mittels des L-dtungsflansches 24.

befestigt sind und an ihrem anderen Ende *n der seitli- Der Rahmen 18 nimmt ferner mit eftxr abgedichteten

chen Außenwand der Kathode unter Bildung einer Befestigung den Isolierkörper 25 auf, der von einem

Klemmvorrichtung angreifen, durch die die Kathode in Formkörper aus einem organischen Harz gebildet ist

ihrer Stellung gehalten ist Der Isolierkörper 25 dient als Abstützung für eine

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die die 2s Endplatte 26 aus feuerfestem Werkstoff, die mittels ei-

Kathode abstützenden Stangen über eine Endplatte ei- ner Dichtung 27 abgedichtet festgelegt ist

nes Isolierkörpers starr in bezug auf den Rahmen befe- An der Platte 26 sind die Strahlungskathode 40 über

stigt wobei die Endplatte ferner mittels Befestigungs- den Kathodenhalter 28 mittels dreier dichter Durchfüh-

gliedern und unter gegenseitiger Isolierung den Heiz- rungen 29, der Halter 30 des Wehnettzylinders 32 mit-

draht und den Wehneltzylinder abstützt 30 tels dreier dichter Durchführungen 31, wobei der Weh-

Hierbei können zumindest einige der Befestigung^- neltzylinder 32 seinerseits mittels der Mutter 33 gehalglieder des Heizdrahtes, des Wehneltzylinder und der ten ist und eine dem erzeugten Elektronenstrahl entKathode die Endplatte des Isolierkörpers durchqueren sprechende Form besitzt, sowie der Halter 34 des pri- und auf der dem Heizdraht, dem Wehneltzylinder und mären Heizdrahtes 35 befestigt dessen Klemmen einerder Kathode gegenüberliegenden Seite der Endplatte 35 seits am Halter 34 und andererseits am Teil 36 angean Stromzuführungsleiter angeschlossen sein. schlossen sind, wobei der Halter 34 mittels der Mutter

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist 37 und der Beilagscheibe 38 in durch die Dichtung 39 der Isolierkörper hohl ausgebildet, wobei zumindest ei- abgedichteter Weise an der Platte 26 gehalten ist.
nige der 3efestigungsglieder der Kathode, des Heiz- Die Hochspannung wird mittels eines Kabels 41 mit drahtes und des Wehneltzylinders an ihren in das Innere 40 vier Leitern 411 zugeführt die die verschiedenen wirksades Hohlraums des Isolierkörpers hineinragenden En- men Teile des Strahlers versorgen, d. h. den primären den mit Kühlrippen versehen sind und eine Einrichtung Heizdraht mittels zweier Leiter, den Kathodenanschluß zur Erzeugung eines über die Kühlrippen streichenden mit einer der drei Durchführungen 29 des Kathodenhai-Luftstroms vorgesehen ist ters und den Wehneltzylinderanschluß mit einer der drei

Weitere Ausbildungen der Erfindung ergeben sich 45 Durchführungen 31 für die Befestigung dessen Halters,

aus den weiteren Unteransprüchen. Die elektrischen Verbindungen der vier Leiter 411 mit

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfin- den entsprechenden Anschlüssen 29,31,34 und 36 sind

dung anhand der Zeichnung näher erläutert In der mit Hilfe von Klemmen 42 mit Federn 42i, die an einem

Zeichnung zeigt aus organischem Kunstharz geformten Halter 43 befe-

F i g. 1 einen Schnitt durch einen Elektronenstrahler, so stigt sind, elastisch ausgebildet Der Halter 43 ist an

F i g. 2 einen Teilschnitt des wirksamen Bereichs des einem Silikonisolator 44 befestigt, der den Isolierkörper

Elekironenstrahlers nach F i g. 1 in vergrößertem Maß- des Hochspannungszüiührungskabels bildet

stab, Uev Isolator 44 und das Kabel 41 sind durch die Me-

F i g. 3 eine Ansicht von unten auf die Kathode und tallverkleidung 45 und die Kabelstopfbuchse 45] verei-

deren Befestigung am Elektronenstrahler, und 55 nigt, wobei die Hochspannungszuführungsleitung am

F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie A-A der F i g. 3. Rahmen 18 befestigt ist.

Gemäß der Zeichnung dient das Gestell 1 aus norma- Die Anordnung des Kabels 41 in bezug auf den Isola-

lem Flußstahl als Mantel für die Fokussierspulen 2a und tor 44 bringt den Raum 46 einerseits durch die Kanäle

26 und ist durch den Teil 3 aus rostfreiem Stahl, welcher 47 und 48 mit dem Anschlußstutzen 49 und andererseits

den Kanal 4 des Elektronenstrahls ausbildet, vakuum- 60 durch den in den Halter 43 eingearbeiteten Kanal 50 mit

dicht ausgeführt der Zone 51 in Verbindung.

Auf dem Gestell 1 ist ein Bundring 5 abgedichtet befe- Die Verkleidung 45 bildet zwischen den Isolierkör·

stigt, der den optischen Zielbereich 6 und einen Schieber pem 44 und 25 einen spaltförmigen Raum 52 aus, der

7 umschließt, der das Absperren der Beschleunigungs- durch die Kanäle 53 mit der Umgebungsluft und durch

zone 8 des Elektronenstrahls bewirkt, wenn die Arbeit?- 65 den Kanal 54 mit der Zone 51 verbunden ist

zone der freien Luft abgesetzt ist. Ein Trockenlufterzeuger 49i gibt über den Anschluß-

Das optische Zielsystem 6 umfaßt ein Prisma 10, das stutzen 49 einen Luftstrahl ab, der aufeinanderfolgend

mittels des Druckluftzylinders U einziehbar ist, sowie durch die Kanäle 48 und 47, den Raum 46 sowie den

Kanal 50 strömt, die Zone 51 unter Kühlung der Rippen 311,29i und 34, der Durchführungen 31 und 29 bzw. des Halters 34 bestreicht und sodann in die Umgebungsluft unter Durchsirömung des Kanals 54, des Ringraums 52 und des Kanals 53 entweicht s

Zwischen dem Kanal 50 und der Zone 51 wird der Luftstrom durch eine Leitplatte 55 gelenkt.

In den F i g. 3 und 4 ist die Kathode 40 und ihre Befestigung in bezug auf den Halter 28 dargestellt, die drei Wolframstangen 56 und die Metallbacken 57 umfaßt, die die Stangen 56 über Blöcke 58 aus feuerfestem Material am Halter 28 festlegen, wobei die Anordnung in bezug auf die optische Achse 59 des Strahlers rotationssymmetrisch ist

Wie die Zeichnungen zeigen, besitzt die Kathode 40 is eine Ringnut 40,, in der die drei mit einem gegenseitigen Winkelabstand von 120° angeordneten Stangen 56 tan nantial ano«lMit einst um »inj»rc»itc /1IA Pincnsηηιιησ Hai 6""""' ••••o*"*'©* «···*-, ·-... «...*. v~.n *-.— —...~^.......-.._ο — ...

Kathode zu erreichen und andererseits nur eine punktförmige Berührung der Kathode mit den Stangen her- beizuführen.

Diese Ausgestaltung des beschriebenen Strahlers ermöglicht es, den Temperaturanstieg der Teile, die der Kathode zugeordnet und/oder benachbart sind, herabzusetzen, so daß es möglich ist, die Abmessungen des Strahlers zu verrringern und folglich bewegbare bzw. verfahrbare Schweißanlagen zu schaffen.

Außerdem ermöglicht es diese Ausgestaltung, eine präzise, gegenüber Erwärmung unempfindliche Einstellung der Kathode zu erreichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

45

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronenstrahler zur Erzeugung eines insbesondere zum Schweißen bestimmten Elektronenstrahls, bestehend aus einer mechanischen Abstützung zur koaxialen Festlegung und elektrischen Isolierung einer indirekt geheizten Kathode, eines Heizdrahtes, eines Wehneltzylinders und einer Anode innerhalb eines Rahmens, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (40) von mehreren, aus elektrisch leitfähigem Material bestehenden Stangen (56) in ihrer koaxialen Stellung gehalten ist und die Stangen an ihrem einen Ende in bezug auf den Rahmen (18) starr befestigt sind und an ihrem anderen Ende an der seitlichen Außenwand der Kathode unter Bildung einer Klemmvorrichtung angreifen, durch die die Kathode in ihrer Stellung gehalten ist.

2. Strsider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kathode (40) abstützenden Stangen (56) über eine Endplatte (26) eines Isolierkörpers (25,44) starr in bezug auf den Rahmen (18) befestigt sind und daß die Endplatte ferner mittels Befestigungsgliedern und unter gegenseitiger Isolierung den Heizdraht (35) und den Wehneltzylinder (32) abstützt.

3. Strahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der Befestigungsglieder des Heizdrahtes (35), des Wehneltzylinders (32) und der Kathode (40) die Endplatte (26) des Isolierkörpers (?5,44) durchquere;, und auf der dem Heizdraht, dem Wehneltzylinder und der Kathode gegenüberliegenden Seite der F.idplatte an Stromzuführungsleiter (4I₁) angeschlossen sind.

4. Strahler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (25, 44) hohl ausgebildet ist und zumindest einige der Befestigungsglieder (29, 31, 34) der Kathode (40), des Heizdrahtes (35) und des Wehneltzylinders (32) an ihren in das Innere des Hohlraums des Isolierkörpers hineinragenden Enden mit Kühlrippen (29i, 31|, 34i) versehen sind und eine Einrichtung zur Erzeugung eines über die Kühlrippen streichenden Luftstroms vorgesehen ist.

5. Strahler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (25, 44) in seinem Hohlbereich mit einer Halleplatte (43) mit Klemmen (42) versehen ist, die einerseits an die Stromzuführungsleiter (411) und andererseits an die Befestigungsglieder (29,31,34) der Kathode (40) des Heizdrahtes (35) und des Wehneltzylinders (32) angeschlossen sind.

6. Strahler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmen (42) der Halteplatte (43) für einen elastischen elektrischen Kontakt mit den Befestigungsgliedern mit Federn (42|) versehen sind.

7. Strahler nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (25, 44) von zwei Teilen gebildet ist, von denen der eine (44) die Halteplatte (43) für die Klemmen (42) und der andere (25) die Endplatte (26) abstützt, und daß in der Haiteplatte (43) ein Kanal (50) vorgesehen ist, während zwischen den beiden Teilen des Isolierkörpers ein spaltförmiger Raum (52) für einen Kreislauf von Kühlluft über die Kühlrippen (29,, 31,,34|) gebildet ist.

8. Strahler nach einem oder mehreren der Ansprü-

ehe 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kathode (40) abstützenden Stangen (56) aus Wolfram bestehen.

9. Strahler nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß die Endplatte (26) aus feuerfestem Material besteht

10. Strahler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet drQ die Kathode (40) eine die Enden der Stangen (56) aufnehmende Umfangsnut(40i) aufweist

11. Strahler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß drei Stangen (56) vorgesehen sind, die mit einem gegenseidgen Abstand von 120° angeordnet sind.

12. Strahler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß die Stangen (56) an der Seitenwand der Kathode (40) tangential in Anlage gehalten sind.

13. Strahler nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet daß die Stangen (56) mit einem Befestigungsorgan an der Endplatte (26) über Blöcke (58) aus feuerfestem Material verbunden sind.

14. Strahler nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet daß eine Einrichtung für sinen Kreislauf trockener Luft durch den spaltförmigen Raum (52) vorgesehen ist