DE2638094A1 - Vakuum-lichtbogen-erwaermungseinrichtung - Google Patents

Vakuum-lichtbogen-erwaermungseinrichtung

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DE2638094A1 DE19762638094 DE2638094A DE2638094A1 DE 2638094 A1 DE2638094 A1 DE 2638094A1 DE 19762638094 DE19762638094 DE 19762638094 DE 2638094 A DE2638094 A DE 2638094A DE 2638094 A1 DE2638094 A1 DE 2638094A1
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Description

  • VAKUUM-LICHTBOGEN-ERWÄRMUNGSEINRICHTUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Erwärmungseinrichtungen, die eine direkte Lichtbogenerwärmung ausnutzen, insbesondere auf Vakuum-Lichtbogen-Erwärmungseinrichtungen.
  • Diese Einrichtungen können als Wärme quellen in metallurgischen Prozessen zum Schmelzen, Raffinieren, Entgasen, zur Wärmebehandlung,zum Schweißen, Desoxidieren von Metallen und Legierungen sowie bei anderen unter hoher Temperatur verlaufenden Prozessen bei der Bearbeitung von elektrisch leitenden Werkstoffen im Vakuum Anwendung finden.
  • Der Wirkungsweise derartigen Einrichtungen beruht auf der Ausnutzung des Lichtbogens im Vakuum zwischen einer hohlen, heißen Katode aus einem Glühemissionsmaterial und dem zu erwärmenden Werkstück aus einem elektrisch leitenden Material.
  • Das Prinzip der direkten Lichtbogenerwärmung besteht in der Erregung und der Aufrechterhaltung eines leistungsstarken elektrischen Lichtbogens zwischen zwei Elektroden, nämlich zwischen dem zu erwärmenden bzw zu bearbeitenden Werkstück aus einem elektrisch leitenden Material und einer sich nicht verbrauchenden bzw. nichtschmelzbaren Elektrode. Die elektrischen Lichtbogen zeichnen sich gewöhnlich durch hohe Ströme (einige hundert und tausend Ampere) und niedrige Spannungen (einige zehn Volt) aus. Die sich nicht verbrauchenden Elektroden unterteilt man in "heiße" Elektroden, bei denen der Lichtbogen durch die Thermoemission von einer stark erwärmten Elektrode sichergestellt und aufrechterhalten wird, und "kalte" Elektroden, bei denen der Lichtbogen in Dämpfen des erwärmten Maierials existiert.
  • Die heißen Elektroden werden gewöhnlich mit dem Minuspol einer Gleichspannungsquelle verbunden, d.h. sie sind als Katoden ausgeführt. Die kalten Elektroden werden mit einer Wechsel-Stromquelle oder mit dem Pluspol einer Gleichspannungsquelle verbunden, d.h. sie sind als Anoden ausgeführt.
  • Die kalten, sich nicht verbrauchenden Elektroden werden gewöhnlich aus Kupfer hergestellt und intensiv mit Wasser gekühlt.
  • Um eine Zerstörung der Elektrode an deren Berührungspunkt mit dem Lichtbogen zu verhindern, ist eine schnelle Wanderung des Lichtbogens bezüglich der Oberfläche der Elektrode notwendig.
  • Dies wird durch Drehung der Elektrode, welche als eine Scheibe oder ein Kegel ausgebildet ist (z.B. "Rotatroden, die in der USA-Patentschrift Nr 3651239 beschrieben ist) oder durch Drehen des Lichtbogens mittels eines Magnetfeldes an der kreisringförmigen Oberfläche der Elektrode (z.B. "Durarc", angewendet von der Firma Westinghouse Electric Gorp. nach der USA- -Patentschrift 3 505 460 erzielt. Alle kalten Elektroden bedürfen eines komplizierten Kühlsystems, eines Systems der Elektroenergiezufuhr und ihrer Bewegung bezüglich des zu erwärmenden Werkstückes0 Außerdem ermöglichen die kalten Elektroden nur eine geringe Länge des elektrischen Lichtbogens (einige Zentimeter), was ihre Anwendungsmöglichkeiten begrenzt, z.B. bei der Beförderung des umzuschmelzenden Materials in die Erwärmungszone des Lichtbogens.
  • Die heißen sich nicht verbrauchenden Elektroden als ein Stab aus einem hochschmelzenden Glüheemissionsmateria 1 beispielsweise aus Graphit oder Wolfram hergestellt, erlauben es nicht, im Vakuum einen stabilen und im Raum beständigen Lichtbogen größerer Länge (einige zehn Zentimeter) zu erhalten. Bei der Arbeit mit elektrischen Lichtbögen mit einer Länge von einigen Zentimeter werden sie mit Dämpfen und Sprftzern des zu bearbeitenden Materials bedeckt, was zur schnellen Erosion und zum Übertragen des Materials der Elektrode auf das zu bearbeitende Werkstück führt.
  • Im Jahre 1956 wurde eine neue wart des elektrischen Licht bogens von J.S. Luce entwickelt, der im Vakuum von einer heißen aus Glühemissionskatode/entsteht, welche als ein Rohr ausgebildet ist, das mit seinem offenen Ende dem zu erwärmenden Werkstüc, d.h.der Anode zugekehrt ist (siehe USA-Patentschriften 2 920 234, 2 927 232. und 2 956 195.
  • Die bekannte Einrichtung weist eine Vakuumkammer auf, in der ein Rohr angeordnet ist, welches in einem gekühlten Halter befestigt ist, durch den ein Edelgas in das Innere des Rohres eingeführt wird, welches ein Druckgefälle zwischen der Vakuumkammer und den Hohlraum des Rohres erzeugt, das eine hohle,heiße Katode darstellt. Das Gas im Innenraum des Rohres, der einen Kathodenhohlraum darstellt, wird durch Elektronen ionisiert, die von der inneren Oberfläche der hohlen,heißen Katode emittiert werden. Danach wird auch das ionisierte Gas (Plasma) selbst zu einem leistungsstarken Emitter, d.h. zu einer Elektronenquelle, die den elektrischen Lichtbogen zwischen der rohrförmigen (hohlen) heißen Katode und der zu erwärmenden Werkstück-Anode aufrechterhält. Der Lichtbogen wird außerdem durch das längsmagnetfeld stabilisiert, das gleichachsig mit der Säule des Lichtbogens ist.
  • Der erzeugte Lichtbogen zeichnet sich durch hohe Stabilität der elektrischen Parameter und räumliche Beständigkeit bei wesentlicher Entfernung der hohlen heißen Katode von der Anode (mehrere zehn nentimeter), einen hohen energetischen Leistungsfaktor (über 5G$) und eine große Lebensdauer der hohlen,heißen Katode aus, was auf das Ausbleiben eines konzentrierten Katoden brennfleckes zurückzuführen ist, der das Material der Katode zerstört. Derartiger Lichtbogen werden als "Entladung mit hohleer, heißer Katode" oder als t'Elektronenplasmastrahl", und die Vakuum-Lichtbogen-Erwärmungseinrichtungen, die diese Entladung ausnutzen, als "Eiorichtungen mit hohler, heißer Katode" oder als "Elektronen-Plasmastrahlkanonen" bezeichnet.
  • Eine weitere bekannte Vakuum-Lichtbogen-Erwärmungseinrichtung mit hohler, heißer Katode ist in der USA-Patentschrift 3 210 454 beschrieben worden. Diese Einrichtung enthalt Vakuumeine Vakuumkammer, die mit einemlPumpsystem verbunden ist, welches in der Vakuumkammer einen Unterdruck von 10-2 + 5.10-3 Torr sicherstellt. In der Vakuunkammer ist ein stromleitender Halter des zu bearbeitenden Werkstückes in Gestalt eines wassergekühlten Kristallisators angeordnet, in dem sich das zu bearbeitende Werkstück befindet, nämlich ein in Gußblöcke umzuschmelzendes, stromleitendes Material in pulverartiger oder gekörnter Form. Innerhalb der Vakuumkammer ist gleichachsig mit dem stromleitenden Halter des zu bearbeitenden Werkstückes und in einem vorgegebenen Abstand von diesem eine hohle, heiße Katode aus einer Glühemissionslegierung (Wolfram oder Tantal) untergebracht, die als ein Rohr ausgebildet ist. Mit einem Ende ist die hohle,heiße Katode an wassergekühlten aus einem stromleitenden Werkstoff bestehenden Katodenhalter befestigt, während das andere Ende der hohlen, heißen Katode, das einen offenen Katodenhohlraum darstellt, dem zu bearbeitenden Werkstück zugekehrt ist. Zur Erzeugung und Aufrechterhaltung des Lichtbogens ist zwischen der hohlen, heißen Katode und dem zu bearbeitenden Werkstück eine Gleichspannungsquelle geschaltet, deren Pluspol an den stromleitenden Halter des zu bearbeitenden Werkstückes und deren Minuspol an den Katodenhalter angeschlossen ist.
  • Die Einrichtung weist eine Spule auf, die ein konstantes mit der Lichtbogensäule gleichachsiges Magnetfeld erzeugt, welches das Auftreten von elektrischen Störentladungen zwischen dem Katodenhalter und den das Potential der Anode führenden Elementen der Einrichtung verhindert und außerdem die Lichtbogensäule bündelt.
  • Die Vorrichtung für die Zufuhr des Gases in den Katodenhohlraum umfasst einen Kanal, der im Katodenhalter ausgeführt ist.
  • Das durch diesen Kanal zugeführte Edelgas erzeugt ein Druckgefälle zwischen den Kathodenhohlraum und der Vakuumkammer. Dieses dem Kathodenhohlraum zugeführte Edelgas wird vorher durch eine HF-Entladung ionisiert. Danach wird die Gleichspannungsquelle eingeschaltet, die den Lichtbogen zwischen der hohlen,heißen Katode und dem zu bearbeitenden Werkstück aufrechterhält, welches einen Gußblock darstellt, der beim Umschmelzen des Materials entsteht, das dem stromleitenden,als Kristallisator dienenden Halter des zu bearteitenden Werkstückes zugeführt wird.
  • Einer der Hauptkennwerte, welche die Leistungsfähigkeit des Bearbeitunsprozesses mittels der Einrichtung mit hohler, heißer Katode charakterisieren, ist die zulässige Stromstärke des elektrischen Lichtbogens und somit die Leistung der Vakuum -Lichtbogen-Erwärmungseinrichtung. Die zulässige Stromstärke ist durch die Abmessungen der hohlen heißen Katode aus Glühemissionslegierungen begrenzt, So werden z.B in der Einrichtung nach der USA-Patentschrift 3 210 454 hohle heiße Katoden mit einem Durchmesser von 1,6 + 16,0 mm und einer Längs von 75 mm angewendet, was die Erhaltung eines Lichtbogens bei einer Spannung von ca. 50V und einen Strom von einigen hundert Ampere einer von ermöglicht. Ein Lichtbogen mitAHöchstleistung/400 kW und einem Strom von 5000A ist in Japan an einer hohlen, heißen Katode mit einem Durchmesser von 40 mm und einer Länge von ca. 300 mm (siehe Prospekt der aapanischen Firma U1 vac Kr. 4510-01, Tokio, 1971) erzielt worden.
  • Zur Erhöhung des Lichtbogenstroms muß man die Abmessungen der hohlen heißen Katode,nämlich den Durchmesser, die Länge und die Wandstärke des Rohres, vergrößernX Aber die Kosten der Rohre aus Glühemissionslegierungen sind sehr hoch, wodurch die Anwendung von Vakuum-Lichtbogen-Erwärmungseinrichtungen mit hohler, heißer Katoden insbesondere bei der Arbeit mit leistungsstarken Lichtbögen, z.Z. unrentabel ist.
  • Beim Betrieb der Einrichtungen mit hohlen, heißen Katoden wird die Anwendung eines mit dem Lichtbogen gleichachsigen Magnetfeldes notwendig. Beim Ausbleiben des Magnetfeldes wird die Ionisation des verdünnten Gases innerhalb der Vakuumkammer und das Auftreten von parasitären Lichtbogenentladungen vom aus einem stromleitenden Material gefertigten Katodenhalter an die stromleitende Wandung der Vakuumkammer beobachtet, die gewöhnlich mit dem zu bearbeitenden Werkstück elektrisch verbunden ist. Das Magnetfeld wird mittels einer Spule erzeugt, die auf die Vakuumkammer aufgewickelt oder in dieser untergebracht ist.
  • Die Verwendung der Spule begrenzt die Abmessungen der Vakuum kammer,kompliziert die Ausführung der Operationen und verhindert die Beobachtung der Vorgänge der Bearbeitung des Wate n B.
  • Die Form der hohlen,heißen,aus einem Rohrabschnitt gefertigten Katode bedingt die runde Form der Erwärmungszone an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes, Ist eine Erwärmungszone mit einer länglichen, ovalen Form notwendig, so werden oft mehrere hohle,heiße Katoden angewendet, was außer der sperrige Konstruktion auch wegen des Umstandes unerwünscht ist, daß die Lichtbögen der benachbarten hohlen, heißen Katoden voneinander angezogen werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuum--Lichtbogen-Erwärmungseinrichtung zu entwickeln, die es dank der Ausführung der hohlen, heißen Katode aus einer vorgegebenen Anzahl von Stäben ermöglicht, die zulässige Stromstärke und die Leistung des Lichtbogens zwischen der hohlen, heißen Katode und dem zu bearbeitenden Werkstück wesentlich zu erhöhen sowie die Erhaltung einer nicht nur kreisförmigen sondern auch ovalen Erwärmungszone an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks zu gewährleisten.
  • Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Einrkhtung,mit einerVakuumkammer, in welcher ein stromleitender Halter mit dem zu bearbeitenden Werkstück, eine hohle, heiße aus einer Glühemissionslegierung gefertigte Katode, die in einem Abstand vom zu bearbeitenden Werkstück angeordnet ist und einen diesem zugekehrten Katodenhohlraum aufweist, und ein mit der hohlen, heißen Katode mechanisch verbundener, aus einem stromleitenden Material hergestellter Katodenhalter untergebracht sind, einer Anordnung für die Gaszuführung in denKathoinhohlraum und eine Gleichspannungsquelle, die an den Katodenhalter und den stromleitenden Halter des zu bearbeitenden Werkstückes zur Erzeugung des Licht4pgens zwischen der hohlen, heißen Katode und dem zu bearbeitenden Werkstück angeschlossen ist, in der erfindungsgemäß die hohle, heiße Katode aus Stäben ausgerührt ist, wobei die Tiefe des Katodenhohlraums sein minimales Quermaß mindestens um das 1,5fach übersteigt.
  • Es ist vorteilhaft, daß die Stäbe der hohlen, heißen Ratode am Katodenhalter an einem ihrer Enden befestigt sind, währen das andere Ende jedes Stabes dem zu bearbeitenden Werkstück zugekehrt ist.
  • Es ist zweckmäßig, die im Katodenhalter befestigten Enden der Stäbeauf einem Kreisumfang anzuordnen.
  • Möglich ist es auch, wenn die im Katodenhalter befestigten Enden der Stäbe an Abschnitten von zwei parallelen Geraden liegen, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind.
  • Es ist zulässige wenn die Stäbe der hohlen heißen Katode mit ihrer seitlichen Oberfläche mit stromleitenden, mit dem Katodenhalter verbundenen Befestigungsvorrichtungen starr verbunden und mindestens in zwei Ebenen angeordnet sind.
  • Vorteilhaft ist ein Spalt zwischen mindestens einem Paar der benachbarten Stäbe.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausuhrung sieht vor, daß der Spalt zwischen den dem zu bearbeitenden Werkstück zugekehrten Enden der benachbarten Stäbe geringer als der Spalt zwischen den abgekehrten im Katodenhalter befestigten Enden dieser Stabe ist.
  • Noch vorteilhafter ist die Ausführung, bei der die hohle, heiße Katode innerhalb eines aus einem wärmebeständigen Material gefertigten Gehäuses untergebracht ist, das in unmittelbarer Nähe von der hohlen,heißen Katode angeordnet ist, wobei die dem zu bearbeitenden Werkstück zugekehrte Wand des aus dem wärmebeständigen aten.ai gefertigten Gehäuses eine Öffnung zum Durchlassen des Lichtbogens von der hohlen, heißen Katode zum zu bearbeitenden Werkstück aufweist.
  • Vorteilhaft ist die Befestigung des Gehäuses am Katodenhalter.
  • Es ist durchaus möglich, den Katodenhalter innerhalb eines stromleitenden Rohres unterzubringen, welches sowohl vom Katodenhalter als auch vom stromleitenden Halter des zu bearbeitenden Werkstückes elektrisch isoliert ist.
  • Es ist zweckmäßig, das Gehäuse am stromleitenden Rohr zu befestigen.
  • Vorzugsweise können das stromleitende Rohr und das Gehäuse als ein einheitliches Bauelement aus einem wärmebeständigen Material gefertigt werden.
  • Vorteilhaft ist die Ausführung, bei der mindestens eine Öffnung in der Wandung des Gehäuses für die Gaszuführung in den Katodenhohlraum dient.
  • Noch vorteilhafter ist die Ausführung, bei der für die Gaszuführung in den Katodenhohlraum mindestens ein Kanal zwischen dem stromleitenden Rohr und dem Katodenhalter vorhanden ist.
  • Die voriegende Erfindung ermöglicht eine Steigerung der Produktivität des Bearbeitungsvorganges des Werkstückes dank der Erhöhung der Leistung des elektrischen Lichtbogens, der zwischen der hohle heiße aus Stäben bestehenden Katode und dem stromleitenden zu bearbeitenden Werkstück entsteht.
  • Die Kosten der Einrichtung werden dank der Anwendung von Baugruppen und Teilen aus preisgünstigen Werkstoffen gesenkt.
  • So ist die vorgeschlagene, mit der hohlen, heißen Kathode versehene Einrichtung gegenüber bekannten Einrichtungen gleicher Leistung mehrfach billiger. Dank der Vergrößerung von einfachen und gleichartigen Elementen (Stäben), die die hohle, heiße Katode bilden, ist eine wesentliche Erhöhung der Leistung der Erwärmungseinrichtung möglich. Beispielsweise wurde eine erfindungsgemäße Einrichtung bei Strömen von ca. 16000A und Leistungen über 1000 kW betrieben, was die Leistungen von z.Z. bekannten Vakuum-Lichtbogen-Wärmequellen beträchtlich übersteigt Die beschriebene Einrichtung ermöglicht die Regulierung der Leistungskonzentration in der Erwärmungszone an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes durch Änderung der Lichtbogenlänge und des Druckes in der Vakuumkammer sowie durch Änderung der Form der Erwärmungszone mit einfacheren Mitteln als die gegenwärtig angewendete magnetische Bündelung und Ablenkung des Lichtbogens.
  • Dank diesen Besonderheiten wird der explosionssichere Schmelzvorgang von Metallen, besonders Titan, gewährleistet, bei dem die Leistungskonzentration in der Erwärmungszone so gewählt wird, daß sie zum Schmelzen des Metalls,nicht aber für die Zerstörung der gekühlten Metaliwand des als ein Tiegel oder ein Kristallisator ausgebildeten Halters des zu bearbeiteten Materials ausreicht. Die durch diese Einrichtung sichergestellte verlängerte Form der Erwärmungszone ermöglicht die oaltung von flachen Gußblöcken in Kristallisatoren, die Wärmebehandlung von großen Oberflächen und andere moderne technologische Prozesse.
  • Diese Einrichtung i ist bei einem Unterdruck von 0,5+ 5,0 Torr in der Vakuumkammer funktionsfähig, was für viele ander bei hohen Temperaturen arbeitende Vakuum-Erwärmungseinrichtungen z.B. für Elektronenstrahlkanonen, Einrichtungen mit brauchenden, sich nicht ver-/ heißen Kathoden, Lichtbogen-Plasmatronen praktisch unmöglich ist. Zur Speisung der vorgeschlagenen Einrichtung eignen sich Gleichstromquellen, die in herkömmlichen Vakuum-Lichtbogenöfen zur Metallschmelzung verwendet werden, was sowohl die Herstellung von neuen Vakuum-Gieß-und Schmelzaggregaten als auch die Ausstattung von in Betrieb befindlichen Aggregaten mit VakuumLichtbogen-Erwärmung 5-einrichtungen nach dieser Erfindung erleichtert.
  • Nachstehend wird der Erfindungsgegenstand an einem Ausführungsbeispiel anhand der beigelegten Zeichnungen naher erläutert.
  • Es zeigen: Fig. 1 die Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Vakuum-Lichtbogen-Erwärmungseinrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken aus stromleitenden Werkstoffen (Längsschnitt); Fig. 2 eine Erwärmungszone an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes nach der Erfindung (Draufsicht im Schnitt der Ebene II-II aus Fig. 1); Fig. 3 eine Variante der Erwärmungszone an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes nach der Erfindung (Draufsicht); Fig. 4 einen Katodenhalter mit in diesem befestigten Stäben nach der Erfindung (Querschnitt längs der Linie IV-IV aus Fig. 1) Fig. 5 eine Variante der Anordnung der Stäbe im Katodenhalter nach der Erfindung (Querschnitt); Fig. 6 eine weitere Variante der Anordnung der Stäbe im Katodenhalter nach der Erfindung (Querschnitt); Fig. 7 einen Teil des Katodenhalters mit in diesem befestigten Stäben nach der Erfindung (Längsschnitt); Fig. 8 einen Teil des Katodenhalters, in dem die Stäbe mittels Stützen befestigt sind, nach der Erfindung (Längsschnitt); Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie I£-IX in. Fig. 8; Fig. 10 eine weitere Variante der Gesamtansicht der Vakuum-Licht bog en-Erwä rmungseinri chtung nach der Erfindung im Längsschnitt; Fig. 11 einen Teil des Katodenhalters mit Stäben und einem an ihm befestigten aus einem wärmebeständigen Material gefertigten Gehäuse nach der Erfindung (Längsschnitt); Fig. 12 eine andere Variante der Gesamtansicht der Vakuum-Lichtbog en-Erwärmungseinrichtung nach der Erfindung (Längsschnitt); Fig. 13 einen Katodenhalter mit innerhalb des Gehäuses untergebrachten Stäben, die als ein Ganzes mit dem stromleitenden Rohr ausgebildet sind, nach der Erfindung (Längsschnitt); Fig. 14 Schnitt längs der Linie IIV-XIV aus Fig.
  • 13; Fig. 15 eine Variante der Anordnung der Stäbe innerhalb des Gehäuses im Querschnitt nach der Erfindung; Fig. 16 eine weitere Variante der konstruktiven Ausführung der Vakuum-Lichtbog en-Erwärmung se inrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken aus stromleitenden Werkstoffen nach der Erfindung (Längsschnitt).
  • Die Vakuum-Lichtbogen-Erwärmungseinrichtung für die Bearbeitung von Werkstücken aus stromleitenden Werkstoffen enthält eine Vakuum'kammer 1 (Fig. 1) mit aus einem stromleitenden Werkstoff gefertigten Wänden 2, in der ein stromleitender Halter 3 mit einem zu bearbeitenden aus einem strom leitenden Werkstoff gefertigten Werkstück 4 und eine hohle, heiße, aus einer Glühemissionslegierung gefertigte Katode 5, die in der zu beschreibenden Variante aus Wolfram mit Zusätzen von Thorium-, Lanthan oder Yttriumoxid hergestellt ist, untergebracht sind, Die hohle heiße Katode 5 besteht aus Stäben 6, die in/aus einem stromleitenden Werkstoff gefertigten Katodenhalter 7 befestigt sind. Die Stäbe 6 sind mit dem Katodenhalter 7 unmitteLbar mittels eines ihrer Enden befestigt, während das andere Ende jedes Stabes 6 dem zu bearbeitenden Werkstück e5 zugekehrt ist. Die Stäbe 6 bilden einen Katodenhohlraum 8, der dem zu bearbeitenden Werkstück 4 zugekehrt ist. Die Tiefe des durch die Stäbe 6 begrenzten Katodenhohlraums ist mindestens um das 1,5fache schnittsabmessung.
  • größer als sein e minimale Quer-/ Der Katodenhalter 7 weist einen Kanal 9 für die Gaszuführung in den Katodenhohlraum in der Pfeilrichtung 10 auf.
  • In der Vakuumkammer 1 ist eine Öffnung 11 vorgesehen, «irch welche das Evakuieren des Gases in der Pfeilrichtung 12 erfolgt, wodurch innerhalb der Vakuumkammer 1 ein vorgegebener Unterdruck aufrechterhalten wird. Der Kanal 9 gewährleistet das erforderliche Druckgefälle zwischen dem Katodenhohlraum 8 und dem Innenraum der Vakuumkammer 1.
  • Der Katodenhalter 7 ist mit dem Minuspol der Gleichspanzlungsquelle 13 und der stromleitende Halter 3 des zu bearbeitenden Werkstückes 4 mit dem Pluspol der Gleichspannungsquelle 13 verbunden. Durch die Energie der Gleichspannungsg.uelle 13 wird die Erzeugung des Lichtbogens 14 zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück 4 und der hohlen heißen Katode 5 sichergestellt. Das zu bearbeitende Werkstück 4 wird einer Erwärmung durch den Lichtbogen 14 in der Erwärmungszone 15 unterzogen.
  • Der stromleitende Halter 3 des zu bearbeitenden Werkstückes 4 ist von den Wänden 2 der Vakuumkammer 1 mit Hilfe des Isolators 16 elektrisch isoliert. Der andere als eine Isolierbuchse 17 ausgeführte Isolator isoliert den Katoden halter 7 von den Wänden 2 der Vakuumkammer 1 und gewährleistet die hermetische Verbindung des Katodenhalters 7 mit der Vakuumkammer 1.
  • In Fig. 2 ist eine runde Erwärmungszone 15 dargestellt, die an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes 4 unter der Wirkung der entwickelten Energie des Lichtbogens 14 (Fig. 1) gebildet wird.
  • Fig. 3 zeigt eine ovale Erwärmungszone 15, die an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes 4 bei Zünden des Lichtbogens 14 (Fig. 1) gebildet wird.
  • Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 1, in dem eine der möglichen Varianten der Befestigung der Stäbe 6 der hohlen,heißen Katode 5 im Katodenhalter 7 dargestellt ist, der den Kanal 9 für die GaszutUhrung in den Satodenhohlraum 8 (Fig. 1) aufweist. Die Stäbe 6 (Fig. 4) sind im Katodenhalter 7 an einem Ende befestigt, und diese befestigten Enden der Stäbe 6 sind am Umfang des Kreises halt angeordnet und liegen dicht aneinander. Bei dieser Anordnung der Stäbe 6 hat die Erwärmungszone 15 (Fig. 2) an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes 4 die Form eines Kreises.
  • Die Erwärmungszone 15 (Fig. 2) ist ebenfalls kreisförmig, wenn die Stäbe 6 (Fig. 5) im Katodenhalter 7 so befestigt sind, daß ein Spalt 18 zwischen mindestens einem Paar der benachbarten Stäbe 6 vorhanden ist. Der Katodenhalter 7 weist ebenfalls den Kanal 9 für die Gaszuführung in den Katodenhohlraum 8 (Fig. 1) auf.
  • Sind die im Katodenhalter 7 (Fig. 6) befestigten Enden der Stäbe 6 längs der Abschnitte "b" und"b 1 '" von zwei parallelen, in einem Abstand voneinander liegenden Geraden angeordnet, so hat die Erwärmungszone 15 (Fig. 3) an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes 4 eine verlängerte Form, die einem Oval ähnlich ist. Der Katodenhalter 7 (Fig. 6) weist drei Kanäle 9 zur gleichmäßigeren Gasverteilung im Kathodenhohlraum 8 (Fig. 1) auf. Zwisohen den Paaren vonbenachbarten Stäben 6 der hohlen heißen Katode 5 sind die Spalte 18 vorhanden.
  • Fig. 7 zeigt noch eine mögliche Variante der Befestigung der Stäbe 6 im Ratodenhalter 7, der mit Kühlräumen 19 und dem Kanal 9 für die Gaszuführung in den Katodenhohlraum in der Pfeilrichtung 10 ausgestattet ist.
  • Die unbefestigten Enden der Stäbe 6 werden näher aneinander geführt, wodurch der Spalt 18' zwischen den unbefestigten dem zu bearbeitenden Werkstück 4 (Fig. 1) zugekehrten Enden der Stäbe 6 geringer als der Spalt 18 zwischen den im Katodenhalter befestigten abgekehrten Enden der Stäbe 6 ist.
  • In Fig. 8 ist eine der möglichen Varianten der Verbindung der Stäbe 6 mit dem Katodenhalter 7 gezeigt, die mittels zwei als Stützen 20 ausgebildeten Vorrichtungen ausgeführt ist.
  • Jede der Stützen 20 verbindet mit dem Katodenhalter 7 eine Gruppe aus vier Stäben 6, die in einer der Längsebenen "p" oder "h" liegen Die Stäbe 6 liegen in zwei Ebenen "p" und "b", die in einem Abstand voneinander angeordnet sind.
  • Durch die Kanäle 9 im Katodenhalter 7 wird ein Gas in den Katodenhohlraum 8 in der Pfeilrichtung 10 eingeführt. Aus Fig. 9, die einen Schnitt längs der Linie IK-IX in Fig.8 darstellte ist ersichtlich, daß der Katodenhalter 7 drei Kanäle 9 für die Gas zuführung in den Katodenhohlraum 8 aufweist. Eine solche Befestigung der Stäbe 6 im Katodenhalter 7 ermöglicht die Erhaltung einer verlängerten Erwärmungszone 15 (Fig. 3) an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes 4, ohne dabei di.e Querabmessungen des Katodenhalters 7 zu vergrößern, wie es in der auf Fig. 6 gezeigten Konstruktion der Fall ist.
  • In Fig. 10 ist ein Längsschnitt der Gesamtansicht einer Variante der Vakuum-Tichtbogen Brwärmungseinrichtugg gezeigt, wie sie zur Erwärmung von flüssigen stromleitenden Werkstoffen z.B. von Metallschmelzen angewendet wird.
  • In der Vakuumkammer 1 mit den Wänden 2 sind ein stromleitender Halt er in Form eines stromleitenden Bechers 21 mit dem zu bearbeitenden (zu erwärmenden) Werkstück in der Art eines flüssigen stromleitenden Materials 22 sowie die hohlet heiße Katode 5 untergebracht, deren Stäbe 6 im Katodenhalter 7 befestigt sind und den Katodenhohlraum 8 bilden. Der Katoden trisch halter 7 ist achsensymme-/ innerhalb eines Abschnittes des strom leitenden Rohres 23 angeordnet, das mit Kühlräume 24 versehen ist.
  • Die Isolierbuchse 17 gewährleistet die starre und hermetische Verbindung des Eatodenhalters 7 mit dem stromleitenden Rohr 23 und isoliert sie elektrisch voneinander. Die andere Isolierbu1se 25 isoliert das stromleitende Rohr 23 von den Wänden 2 der Vakuumkammer 1 und vom die Wände 2 berührenden stromleitenden Becher 21 mit dem zu erwärmenden flüssigen stromleitenden Material 22. Das elektrisch neutrale stromleitende Rohr 23 hat die Funktion einer elektrischen Abschirmung, was das Auftreten von elektrischen Storentladungen zwischen dem negativ geladenen Katodenhalter 7 und den positiv dem geladenen flüssigem Material 22,/stromleitendem Becher 21 und den Wänden 2 der Vakuumkammer 1 verhindert.
  • Außer der elektrischen Isolation zwischen dem stromleitenden Rohr 23 und den Wänden 2 der Vakuumkammer 1 erfüllt die Isolierbuchse 25 auch die Funktion einer Vakuumdichtung nischen ihnen. Das ermöglicht eine fortschreitende Bewegung des stromleitenden Rohres 23 mit dem Katodenhalter 7zu bzw.von dem zu erwärmenden Material 22 (in der Pfeilrichtung 26). Die fortschreitende Bewegung des stromleitenden Rohres 23 und des Katodenhalters 7 erfolgt mit Hilfe einer Einstellanordnung .(in Fig. 10 nicht dargestellt) welches nötigenfalls auch die feste Einstellung des stromleitenden Rohres 23 mit dem Katoden halter 7 in der Vakuumkammer 1 ermöglicht.
  • Der Katodenhalter 7 ist mit Kühlräumen 19 und dem Kanal 9 fUr die Gaszuführung in den Katodenhohlraum 8 in der Pfeilrichtung 10 ausgestattet. Durch die Offnung 11 in der Wand 2 der Vakuumkammer 1 erfolgt das Evakuieren des Gases aus der Vakuumkammer 1 in der Pfeilrichtung 12 mittels eines Pumpsystems (in Fig. 10 nicht abgebildet).
  • Fig. 11 zeigt einen Teil des Katodenhalters 7 (Längsschnitt) mit dem Ktthlraum 19. Mit dem Katodenhalter 7 sind die Stäbe 6 der hohlen1 heißen Katode 5 verbunden, die den Katodenbohlraum 8 begrenzen. Die hohle, heiße Katode 5 ist von einer Haube 27 aus einem wärmebeständigen Werkstoff umgeben, wobei die Haube 27 am Katodenhalter 7 befestigt ist.
  • In der Wand 28 der Haube 27 ist die erste Öffnung 29 vorgesehen, die dem zu bearbeitenden Werkstück 4 (Fig. 1) zugekehrt ist. Durch diese Öffnung 29 geht der Lichtbogen 14 zwischen der hohlen heißen Katode 5 und dem zu bearbeitenden Werkstück 4 (Fig. 1) hindurch.
  • Die Wand 28 (Fig. 11) der Haube 27 weist eine zweite Öffnung 30 auf. Durch diese zweite Öffnung 30 wird das Gas in der Pfeilrichtung 31 eingeführt, das in den Eatodenhohlraum 8 durch die Spalte 18' und 8 zwischen den benachbarten Stäben 6 eindringt. Die Haube 27 schützt die hohle, heiße Katode 5 vor Spritzern des schmelzflüssigen zu bearbeitenden Materials (Fig. 10) und leitet die Gasströmung aus der Öffnung 30 durch den Spalt 18' zwischen den Stäben 6 in den Katodenhohlraum 8.
  • In Fig. 12 ist die Gesamtansicht einer Vakuum-Lichtboh gen-Erwärmungseinrichtung (Längsschnitt) dargestellt, in deren Vakuumkammer 1 mit den Wänden 2 ein stromleitender, als Schmelztiegel 32 ausgebildeter Halter mit dem umzuschmelzenden harten stromleitenden Material 33 untergebracht ist. Um die herum hohle heiße Katode 5/ist eine Haube 27 aus Graphit angeordnet, die am stromleitenden Rohr 23 befestigt und elektrisch damit verbunden ist. Das Gas wird in den Eatoderiohlraum 8 durch den Kanal 34 in der Pfeilrichtung 35 und durch die Spalte 18 und 18' zwischen den Stäben 6 eingeführt.
  • In Fig. 13 sind die Stäbe 6 in der Richtung zum zu bearbeitenden Werkstück 4 (Fig. 1) näher zusammengeführt, wodurch der Spalt 18' (Fig. 13) zwischen den dem zu bearbeitenden Werkstück 4 (Fig. 1) zugekehrten Enden der Stäbe 6 geringer als der Spalt 18 zwischen den abgekehrten im Katodenhalter 7 (Fig. 13) befestigten Enden derselben Stäbe 6 ist.
  • Die Haube 27 ist aus einem stromleitenden wärmebeständigen Material gefertigt und stellt ein einheitliches Bauteil mit dem stromleitenden Rohr 23 dar.
  • Die Haube 27 schützt zugleich die hohlerheiße Katode 5 vor Spritzern des schmelzflüssigen Materials 33 (Fig. 12) und verhindert das Auftreten von elektrischen Störentladungen zwischen dem Katodenhalter 7 und den Wänden 2 (Fig. 1) der Vakuumkammer 1 und leitet die Gasströmung aus der Öffnung 30 (Fig. 13) durch die Spalte 18 und 18'zwischen den Stäben 6 in den Katodenhohlraum 8.
  • In Fig. 14, die einen Querschnitt längs der Linie IIV-XIV aus Fig. 13 (Ansicht von unten) dargestellt, sind die an einem Ende im Katodenhalter 7 befestigten Stäbe 6 so eingestellt, daß der Spalt 18' (Fig. 13) zwischen den dem zu bearbeitenden Werkstück 4 (Fig. 1) zugekehrten Enden der Stäbe 6 geringer als der Spalt 18 zwischen den im Katodenhalter 7 (Fig. 14) befestigten Enden der Stäbe 5 ist.
  • Die durch diese hohle heiße Katode sichergestellte Zone 15 (Fig. 2) an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes 4 hat eine runde Form, weil die im Katodenhalter 7 (Fig. 14) befestigten Enden der Stäbe 6 an einem Kreisumfang "a angeordnet sind.
  • Die Wände 28 der Haube 27 weisen eine erste Öffnung 29 f(Lr den Durchgang des Lichtbogens 14 (Fig. 1) und die zweite Öffnung 30 (Fig. 143 für die Gaszuführung in die Haube 27 und dann durch die Spalte 18 und 18'(Fig.13) zwischen den Stäben 6 in den Katodenhohlraum 8 auf.
  • Fig. 15 stellt einen Querschnitt der Haube 27 mit in dieser untergebrachten Stäben 6 dar. Die Stäbe 6 sind an einem Ende im Katodenhalter 7 so befestigt, daß der Spalt 18'(Zig.13) zwischen den dem zu bearbeitenden Werkstück 4 (Fig. 1) zugelehren Enden der Stäbe 6 geringer als der Spalt 18 zwischen den im Katodenhalter 7 (Fig. 15) befestigten Enden der Stäbe 6 ist und die Stäbe 6 in der Richtung zum zu bearbeitenden Werkstück 4 (Fig. 1) näher zusammengeführt sind. Die durch die Katode dieser Form sichergestellte Erwärmungszone 15 (Fig. 3) an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes 4 hat eine verlängerte Form, weil die im Katodenhalter 7 (Fig. 6) befestigten Enden der Stäbe 6 an Abschnitten "b" und von von zwei parallelen Geraden liegen. Die erste Offnung 29 (Fig. 15) in den Wänden 28 der Haube 27 dient dem Durchgang des Lichtbogens 14 (Fig. 1) und hat eine rechtwinklige Form. Die zweite Öffnung 30 (Fig. 15) ist für die Gaszuführung in den Katodenhohlraum 8 durch den Spalt 18 zwischen den Stäben 6 vorgesehen.
  • In Fig. 16 ist der Längsschnitt der Gesamtansicht einer Vakuum-Lichtbogen-Erwärmungseinrichtung dargestellt, die für den Kristallisationsprozeß angewendet wird. In der mit einer Öffnung 11 zum Evakuieren des Gases in der Pfeilrichtung 12 versehenen Vakuumkammer 1 ist ein als ein wassergekühlter Eristallisator 36 ausgebildeter Halt er mit dem zu schmelzenden Gußblock 37 untergebracht, der nach der Beendigung des Kristallisationsvorganges aus der Vakuumkammer 1 durch die Öffnung 38 in der Pfeilrichtung 39 entfernt wird. Die Isolierbuchse 17 weist den Kanal 34 für die Gaszuführung in den Katodenhohlraum 8 in der Pfeilrichtung 35 auf.
  • Die hohle, heiße Katode 5 ist innerhalb der Haube 27 untorgebracht t die am stromleitenden Rohr 23 befestigt ist. Die Haube 27 schützt die hohle1 heiße Katode 5 vor Spritzen des im Kristallisator 36 zu erschmelzenden Metalls des Gußblocks 37 und leitet den Gasfluß aus dem Kanal 34 in den Eatodenhohlraum 8.
  • Der mit dem stromleitenden Rohr 23 mittels der Isolierbuchse 17 starr verbundene Katodenhalter 7 kann längs der Isolierbuchse 25, welche als eine Vakuumdichtung dient, in der Pfeilrichtung 26 bewegt werden. Die Bewegung des Eatodenhalter£ 7 mit dem stromleitenden Rohr 23 erfolgt mit Hilfe einer Einstellvorrichtung, das in der Zeichnung nicht dargestellt, ist.
  • ordnung In Fig. 1 ist eine An-/ für die Gaszuführung dargestellt, das das System 40, z.B. einen Behälter mit Druckgas, darstellt, welches für die Einführung des Gases in den Katodenhohlraum 8 durch die Öffnung 9 in der Pfeilrichtung 10 dient. Gleichartige ordnungen An-/ für die Gaszuführung enthalten auch die übrigen Varianten der Einrichtung, in Fig. 2-16 sind sie aber nicht gezeigt.
  • Die erfindungsgemäße Vakuum-Lichtbogen-Erwärmungseinrichtung funktioniert folgenderweise.
  • Die Luft wird aus der Kammer 1 (Fig. 1) mit Vakuumpumpen (auf Fig. 1 nicht dargestellt) durch die Öffnung 11 in der Pfeilrichtung 12 so lange evakuiert, bis der Druck in der Va-Vakuumkammer 1 unter 20 Torr, -vorzugsweise aber bis auf einen Druck von 10 1 - 10-3 ³ Torr absinkt. Durch den Kanal 9 im Katodenha lt er 7 wird in den Katodenhohlraum 8 in der Pfeilrichtung 10 ein Gas, vorzugsweise ein Edelgas z.B. Argon oder Helium, in einer solchen Menge zugeführt, die zum Erreichen eines Druckgefälles zwischen dem Katodenhohlraum 8 und dem Innenraum der Vakuumkammer 1 ausreicht. Gewöhnlich ist der Druck innerhalb des Katodenhohlraums 8 um einige 10 mal größer als der Druck in der Kammer 1, wobei der Volumenverbrauch des Gases umso größer je höher der Arbeitsdruck in der Kammer 1 ist und 0,01 - 1,0 m3/h beträgt.
  • Das durch den Katodenhalter 7 über den Kanal 9 zugefuhrte Gas wird aus der Vakuumkammer 1 durch die Öffnung 11 in der Pfeilrichtung 12 ununterbrochen evakuiert, wodurch ininnerhalb der Kammer 1 ein zur Bearbeitung des Werkstückes 4 erforderlicher Unterdruck, vorzugsweise im Druckbereich 20 + 10-2 Torr, aufrechterhalten wird.
  • Zur Erzeugung des Lichtbogens 14 zwischen der hohlen, heißen Katode 5 und dem zu bearbeitenden Werkstück 4 ist die Vorionisation des Gases innerhalb des Katodenhohlraums 8 und die Eruärmung der Stäbe 6 bis auf die Temperatur der Glühemission, d.h. gewöhnlich über 20000C, erforderlich. Dies wird folgenderweise erreicht. Zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück 4 und der hohlen, heißen Katode 5 wird eine Gleichspandie nung &ii /Quelle 13 angelegt, wobei der Pluspol der Gleichspannungsquelle 13 an den stromleitenden Halter 3 mit dem zu bearbeitenden Werkstück 4 und der Minuspol der Quelle 13 an den Katodenhalter 7 mit der in diesem befestigten hohles heißen Katode 5 angeschlossen wird. Die Spannung der Quelle 13 liegt gewöhnlich im Bereich 30 + 100 V.
  • Die Zündung des Lichtbogens 14 erfolgt dank der Zuführung von einer liF-Spannung/einer Hilfszpeisequelle (nicht gezeigt) zwischen dem Katodenhalter 7 und dem stromleitenden Halter 3, die nach dem Entstehen des Haupt lichtbogens 14, der durch die Gleichspannungsquelle 13 aufrechterhalten wird, abgeschaltet wird.
  • Nach der Erwärmung der Stäbe 6 der hohler4 heißen Katode 5 bis auf die Temperatur, die die aktive Glühemission hervorruft, nach der Beendigung des Ionisationsvorganges des Gases im durch die Stäbe 6 begrenzten Katodenhohlraum 8 und nach dem Anschluß des Minuspols der Gleichspannungsquelle 13 an den Katodenhalter 7 und des Pluspols der Quelle 13 an den stromleitenden Halter 3 mit dem zu bearbeitenden Werkstück 4 wird der Lichtbogen 14 zwischen den Stäben 6 und dem zu bearbeitenden Werkstück 4 selbständig aufrechterhalten. Die Elektronen werden von der seitlichen Oberfläche der Stäbe 6, die dem Katodenhohiraum 8 zugewandt ist, emittiert, durch die positiven Ionen des Plasma im Raum 8 angezogen und rufen eine zusätzliche Ionisation von neutralen Atomen und Molekülen des Gases, das dem Katodenhohlraum 8 ununterbrochen zugeführt wird, hervor. Das im Katodenhohlraum 8 ionisierte Gas (Plasma) strahlt seinerseits die Elektronen in der Richtung zum zu bearbeitenden die Werkstück 4 aus und schafftAToraussetzungen für die Aufrechterhaltung des Lichtbogens 14 zwischen den Stäben 6 der hohlen heißen Katode 5 und dem zu bearbeitenden Werkstück 4.
  • Die Anzahl der Stäbe 6 der hohlen heißen Katode 5, ihr messungen Querschnitt und die Querab-/ des Satodenhohlraums 8 werden hauptsächlich durch die maximale Stromstärke des Lichtbogens 14 bestimmt. Experimentell wurde festgestellt, daß ein aus Wolfram mit Lantanzusatz (W + 1% Pa203) gefertigter Stab 6 mit einem Durchmesser von 10 mm Ströme von ca. 1000A aushalten kann. Mit der Erhöhung des Stromes des Lichtbogens 14 müssen nicht nur der Querschnitt der Stäbe 6 sondern auch die Quermessungen ab-/ des Katodenhohlraums vergrößert werden. FUr die Arbeit im Strombereich 500 + 2000 A genügt es z.B. die Stäbe 6 (Fig.4) an einem Kreis "a" mit einem Innendurchmesser von 10 + 12 mm anzuordnen, während für Ströme des Lichtbogens im Bereich 8000 + 15000 A der Innendurchmesser des Katodenhohlraums 8 (Fig. 1) 45 + 50 mm betragen muß.
  • Mit der Vergrößerung der Stromstärke des Lichtbogens 14 steigt die Spannung des Lichtbogens 14 in dieser Einrichtung um 3 - 5 V je 1000A an. Die Spannung des Lichtbogens 14 steigt wesentlich auch mit der Herabsetzung des Druckes in der Vakuum kammer 1 an und kann beispielsweise 100 V übersteigen.
  • Da das Vakuumsystem Luft oder Gas, gewöhnlich in konstanter Menge aus der Vakuumkammer 1 evakuiert, so läßt sich der Druck in der Vakuumkammer 1 und folglich auch die Spannung und Leistung des Lichtbogens 14 durch die Änderung des Verbrauchs des Gases regulieren, das durch den Kanal 9 im Katodenhalter 7 zugeführt wird. So entsteht bei einer gleichbleibenden Förderleistung der Vakuumpumpe bei einem Gasverbrauch von 0,8 m3/h ein Lichtbogen 14, der bei einem Unterdruck in dç Vakuumkammer von 1,0 morr eine Stromstärke von 3000 A und eine Spannung von 28 V aufweist, während bei einem Gasverbrauch von 0,05 m3/h der Lichtbogen 14 bei einem Druck von 0,1 Torr eine Stromstärke von 3000 A und eine Spannung von 45 V hat. Bei einer Drucksenkung in der Vakuumkammer 1 wird der Lichtbogen 14 verschwommener und übt fast keine Kraft einwirkung auf das zu bearbeitende Material aus. Auf diese Weise kann man durch die Regulierung des Druckes in der Vakuumkammer 1 und des Gasverbrauchs weitgehend die energetischen und technologischen Möglichkeiten der vorgeschlagenen Vakuum-Lichtbogen--Erwärmungseinrichtung regulieren.
  • Die Stäbe 6 (Fig. 4) der hohlen heißen Katode 5 sind im Katodenhalter 7 an einem Kreisumfang "a" befestigt, wodurch die Erwärmungszone 15 (Fig. 2) an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes 4 eine runde Form besitzt. Die Länge der den Katodenhohlraum 8 bildenden Stäbe 6 (Fig. 1) ist mindestens um das 1,5fache größer als die minimale Querabmessung des Katodenhohlraums 8, weil die Zone des ionisierten Gases innerhalb des Katodenhohlraums 8 sich über dem unbefestigten Ende der Stäbe 6 in einem Abstand befindet, der annähernd gleich der Querabmessung des Katodenhohlraums 8 ist. Ist die Länge der Stäbe um mehr als das 5fache größer als die Querabmessung des Katodenhohlraums 8, so wird die Gasbeblasung der ionisierten Zone innerhalb des Katodenhohlraums 8 schwieriger, jedoch bleibt die Einrichtung arbeitsfähig.
  • Sind die im Katodenhalter 7 (Fig. 6) befestigten Enden der Stäbe 6 längs der Abschnitte "b und 'be von zwei parallelen Geraden angeordnet, so weist die Erwärmungszone 15 (Fig. 3) an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes 4 eine ovale Form auf.
  • Die Erhöhung der Leistungskonzentration in der Erwärmungszone 15 (Fig. 1) kann man erreichen, wenn man die Stäbe 6 (Fig. 7) so einstellt, daß sie sich in der Richtung zum zu bearbeitenden Werkstück 4 (Fig. 1) annähern. Das führt zu einer Bündelung der Säule des Lichtbogens 14, was eine Verminderung der Fläche der Erwärmungszone 15 an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes 4 und eine Erhöhung der Dichte des Wärmeflusses zur Erwärmungszone 15 hervorruft. Sind die im Katodenhalter 7 (Fig. 14) befestigten Enden der Stäbe 6, die sich in der Richtung zum zu bearbeitenden Werkstück 4 (Fig.1) annähern, an einem Kreisumfang "a" angeordnet, so weist die Erwärmungszone 15 (Fig. 2) an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes 4 eine runde Form auf.
  • Sind aber die befestigten Enden der Stäbe 6 (Fig. 15), die sich in der Richtung zum zu bearbeitenden Werkstück 4 (Fig. 1) annähern, längs der Abschnitte "b" und "b'" (Fig. 15) von zwei Geraden angeordnet, so hat die Erwärmungszone 15 (Fig. 3) an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes 4 eine langgestreckte Form.
  • Im durch die in parallelen Ebenen liegenden Stäbe 6 begrenzten Katodenhohlraum 8 (Fig. 8) verlaufen die Vorgänge der Ionisierung und Entstehung des Lichtbogens 14 (Fig. 1) auf die oben beschriebene Weise. Eine solche Anordnung der Stäbe 6 (Fig. 8), die am Katodenhalter 7 mit Hilfe von aus einem stromleitenden Werkstoff gefertigten Stützen 20 befestigt sind, ermöglicht eine Vergrößerung der emittierenden Oberfläche des durch die Stäbe 6 gebildeten Katodenhohlraums 8 gegenüber der auf Fig. 6 gezeigten Befestigungsvariante. Das ermöglicht seinerseits die Erhaltung einer Erwärmungszone 15 (Fig. 1) an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes 4, die die Form eines stark gedehnten Ovals (in der Zeichnung nicht dargestellt) aufweist.
  • Dank der Änderung der Form und der Fläche der Erwärmungszone 15 an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes 4 kann man Werkstücke verschiedener Form bearbeiten und im Kristallisator 36 (Fig. 16) GuBblöcke 37 sowohl mit rundem als auch mit langgestrecktem Querschnitt (der Querschnitt ist nicht gezeigt) erschmelzen.
  • In Fig. 10 ist die Gesamtansicht einer Vakuum-Lichtbogen-Erwärmungseinrichtung gezeigt, die zur Erwärmung des flüssigen stromleitenden Materials 22 angewendet wird.
  • Nach dem Evakuieren des Gases aus der Vakuumkammer 1 durch die Öffnung 11 in der Pfeilrichtung 12» der Zuführung des Edelgases durch den Kanal 9 (Pfeil 10) in den Katodenhohlraum 8 und dem Anschluß der Gleichspannungsquelle 13 an die hohle heiße Katode 5 und den Becher 21 wird der Lichtbogen 14 zwischen der hohlen heißen Katode 5 und dem zu erwäsenden flüssigen stromleitenden Material 22 durch Berührung des letzteren mit mindestens einem der Stäbe 6 gezündet, was durch eine Bewegung des Katodenhalters 7 und des mit ihm starr verbundenen stromleitenden Rohres 23 längs der Isolierbuchse 25 in der Richtung zum obengenannten Material 22 erfolgt. Die Einstellvorrichtung, die mit dem Katodenhalter 7 verbunden ist und die Bewegung des letzteren längs der Isolierbuchse 25 ausführt, ist in Fig. 10 nicht dargestellt.
  • In einzelnen Fällen wird bei der Arbeit der Vakuum-Lichtbogen-Erwärmungseinrichtung eine Ionisation des Gases innerhalb der Vakuumkammer 1 selbst beobachtet, was zum Auftreten von Stromleckverlusten vom Katodenhalter 7 an die mit dem Becher 21 elektrisch verbundenen Wände 2 der Vakuum kammer 1 beiträgt, deswegen dient das stromleitende Rohr 23 mit Kühlräumen 24, das elektrisch sowohl vom Katodenhalter 7 als auch vom stromleitenden Becher 21 mit dem flüssigen stromleitenden Material 22 isoliert ist, als eine elektrische Abschirmung. Mit Hilfe des stromleitenden Rohres 23 wird der Katodenhalter 7 mit der Katode 5 in die Vakuumkammer 1 eingeführt, und, indem man das Rohr 23 mit dem Katodenhalter 7 und der hohles heißen Katode 5 längs der Achse des Lichtbogens 14 bewegt, ändert man die Länge des Lichtbogens 14. Dieses ist nicht nur zum Zünden des Lichtbogens 14, sondern auch zur Änderung der Leistungskonzentration in der Erwärmungszone 15 (Fig. 2) sowie zur Erleichterung des Einbringens und Ausbringen des zu bearbeitenden flüssigen Materials 22 (Fig. 10) erforderlich. Der Abstand zwischen der hohlen heißen Katode 5 und dem zu bearbeitenden Material 22, d.h. die Länge des Lichtbogens 14, läßt sich in einem großen Bereich von 5 bis 100 cm ändern.
  • Die Änderung der Länge des Lichtbogens 14 ermöglicht die Regulierung der Energiemenge, die in der Erwärmungszone 15 (Fig. 2) ausgelöst wird, was die Möglichkeiten der erfindungsgemäßen Vakuum-Lichtbogen-Erwärmungseinrichtung erweitert. So kann die vorgeschlagene Einrichtung bei der Arbeit mit Lichtbögen 14 mit einer Länge von 5 + 20 cm als eine hochintensive Wärmequelle zum Schmelzen von hochschmelzenden Metallen und bei der Arbeit mit Lichtbögen 14 mit einer Länge über 20 cm als eine Quelle der nichtfokussierten Wärme, die das zu bearbeitende Werkstück 4 (Fig. 1) nicht bis zum Schmelzen bringt, was bei einer Wärmebehandlung des Werkstückes 4 erforderlich ist, angewendet werden.
  • Beim Schmelzen von harten1 stromleitenden Werkstoffen 33 (Fig. 12) wirken Spritzer und Dämpfe des geschmolzenen Werkstoffes 33 auf die hohle heiße Katode 5 ein. Deshalb ist sie zur Erhöhung ihrer Lebensdauer mit der Haube 27 (Fig. 11) aus einem wärmebeständigen Material oder mit der Haube 27 (Fig. 12) aus einem wärmebeständigen'stromleitenden Material umgeben.
  • Daß Gas wird in den Katodenhohlraum 8 durch den in der Isolierbuchse 17 ausgeführten Kanal 34 in der Pfeilrichtung 35 zugeführt. Dabei ist das Vorhandensein des Spaltes 18 zwischen mindestens einem Paar der benachbarten Stäbe 6 (Fig. 5) erforderlich, welcher den Zutritt des Gases zum Eatodenhohlraum 8 aus der Öffnung 34 (Fig. 12) sicherstellt. Die Haube 27 leitet das Gas aus dem Kanal 34 durch den Spalt 18 zwischen den Stäben 6 in den Katodenhohlraum 8 (Fig. 5). Die erste Öffnung 29 (Fig. 11) in den Wänden 28 der Haube 27, die dem zu bearbeitenden Werkstück 4 (Fig. 1) zugekehrt ist, dient dem Durchgang des Lichtbogens 14 (Fig. 11).
  • Da die Haube 27 (Fig. 13) aus einem stromleitenden Werkstoff hergestellt wird, ist ihre konstruktive VereInigung mit dem stromleidenden Rohr 23 möglich. Dabei wird das Gas in der Pfeilrichtung 31 durch die zweite Öffnung 30, die in der Wand des stromleitenden Rohres 23 ausgeführt ist, welches eine Fortsetzung der Wand 28 der Haube 27 darstellt, zugeführt. Eine solche konstruktive Losung ist in dem Fall zweckmäßig, wenn der Katodenhalter 7 der hohlen heißen Katode 5 vollständig innerhalb der Vakuumkemmer 1 untergebracht ist.
  • Die Vakuum-Lichtbogen-Erwärmungs einrichtung zum Schmelzen von hartenl im Schmelztiegel 32 befindlichen Werkstoffen 33 (Fig. 12) funktioniert auf die oben beschriebene Weise, nur erfolgt die Gaszuführung nicht durch den Katodenhalter 7 sondern durch den Kanal 34 zwischen dem Katodenhalter 7 und dem stromleitenden Rohr 23 in der Pfeilrichtung 35. Dank dem Vorhandensein der aus einem stromleitenden Werkstoff gefertigten Haube 27 kann der Lichtbogen 14 zwischen der Katode 5 und dem zu bearbeitenden Werkstück 4 durch vorhergehende Erregung eines leistungsarmen Lichtbogens (nicht dargestellt) zwischen der hohlen, heißen Katode 5 und der Haube 27 von einer lIilfs-Gleichspannungsquelle (in der Zeichnung nicht dargestellt) erzeugt werden, die nach dem Entstehen des Haupt lichtbogens 14, der durch die Gleichspannungsquelle 13 aufrechterhalten wird, abgeschaltet wird.
  • Die in Fig. 16 gezeigte Vakuum-Lichtbogen-Erwärmungseinrichtung wird beim Erschmelzen des Gußblock 37 im stromleitenden Kristallisator 36 angewendet. In diesem Fall erfolgt die Gas zuführung in den Katodenhohlraum 8 durch den Kanal 9 im Katodenhalter 7, in welchen das Gas in der Pfeilrichtung 10 gelangt, und durch den Kanal 34 zwischen dem Katodenhalter 7 und dem stromleitenden Rohr 23 in der Pfeilrichtung 35.
  • Das ermöglicht die Zuführung eines Gases mit einem niedrigen Ionisationspotential, s.B. Argon, in den Katodenhohlraum 8 und die Zuführung von anderen Gasen, die für metallurgische Vorgänge erforderlich sind, z.B. Wasserstoff, Stickstoff, Ammoniak oder Methan, in die Vakuumkammer 1 über den Kanal 34.
  • Nach dem Evakuieren des Gases durch die Öffnung 11 in der Pfeilrichtung 12 und dem Anschluß der Gleichstrosquelle 13 an den Katodenhalter 7 und den stromleitenden Kristallisator 36 mit dem Gußblock 37 wird der Lichtbogen 14 zwischen der Katode 5 und dem Gußblock 37gezündet, indem man den zu bearbeitenden Gußblock 37 mit mindestens einem der Stäbe 6 berührt. Die Berührung erfolgt durch die Bewegung des stromleitenden Rohres 23 längs der Isolierbuchse 25 in der Pfeilrichtung 26. Nach dem Zünden des Lichtbogens 14 wird das stromleitende Rohr 23 in der Richtung vom Gußblock 37 bewegt und in einem vorgegebenen Abstand von diesem mit Hilfe einer Stellvorrichtung (in Fig.16 nicht gezeigt) befestigt. Im weiteren verläuft der Bearbeitungsvorgang des Gußblockes 37 auf die oben beschriebene Weise. Nach der Beendigung des Kristallisationsvorganges wird der Gußblock 37 aus der Vakuumkammer 1 durch die Öffnung 38 in der Pfeilrichtung 39 entfernt.
  • Die Funktionsweise der Erfindung wird an folgenden Beispielen erläutert.
  • Beispiel 1 In der Vakuumkammer 1 (Fig. 1) mit Wasserkühlung (die Wasserkühlung ist in Fig. 1 nicht dargestellt) wird das zu bearbeitende Werkstück 4 in der Art eines Molybdängußblokkes mit einem Durchmesser von 250 mm und einer Höhe von 270 mm auf einer von den Wänden 2 der Vakuumkammer 1 isolierten Kupferplatte aufgestellt. Die hohlelheiße Katode 5 wird aus acht Stäben 6 mit einer Länge von 120 mm und einem Durchmesser von 10 mm ausgeführt, die aus Wolfram mit Lanthanzusatz (W+1% La203) bestehen. Die Enden der Stäbe 6 (Fig. 6) sind im Katoden halter 7 an zwei Abschnitten "b" und 1'b"' von parallelen Geraden mit einer Länge von 45 mm befestigt, die voneinander mit einem Abstand von 25 mm angebracht sind. Der Spalt zwischen den benachbarten Stäben 6 beträgt in jeder Reihe 6 mm.
  • Der kupferne, wassergekuhlte Katodenhalter 7 (Fig. 1) ist in die Vakuumkammer 1 durch die Isolierbuchse 17 eingeführt.
  • Dem Katodenraum 8 wird Argon zwischen zwei Reihen der Stäbe 6 durch zwei Kanäle 9 im Katodenhalter 7 zugeführt.
  • Der Lichtbogen 14 wird mittels eines Kurzschlusses zwischen der hohle7 heißen Katode 5 und.der flachen Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes 4 gezündet und während 15 min bei folgenden Parametern aufrechterhalten: Unterdruck in der Vakuumkammer 1 - 0,8 Torr, Argonverbrauch 0,3 m3/h, Lichtbogenlänge 14-180 mm, Lichtbogenstrom 14-6000A, Lichtbogenspannung 14-42 V.
  • Dadurch bildet sich an der Oberfläche des zu bearbeitender Werkstückes 4 eine Wanne mit geschmolzenem Metall, das durch eine zuvor im zu bearbeitenden Werkstück 4 ausgeführte Bohrung herausfließt. Die Wanne hat eine Tiefe von 40 mm und ihr horizontaler Querschnitt hat die Form der in Fig. 3 gezeigten Erwärmungszone 15 mit einer Länge von 180 mm und einer Breite von 100 mm.
  • Beispiel 2 In der Vakuumkammer 1 (Fig. 12) mit Wasserkühlung (nicht eingezeichnet) wird ein Graphittiegel 32 mit eingeschütteter Charge in der Art von zerstückelten Abgängen einer Eitanlegierung aufgestellt. Die hohlel heiße Katode 5 besteht aus zwölf Stäben 6 mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Länge von 120 mm, die aus Wolfram mit Lanthanzusatz hergestellt und im kupfernen Katodenhalter 7 mit Wassertuhlung befestigt sind, welche mittels des Kühlraums 19 ausgeführt wird. Die im Katodenhalter 7 (Fig. 5) befestigten Enden der Stäbe 5 sind in einem Kreis "a" mit einem Durchmesser von 60 mm angebracht.
  • Das stromleitende gekühlte Rohr 23 (Fig. 12) mit einem Durchmesser von 150 mm dient als elektrische Abschirmung und ist starr mit dem Katodenhalter 7 mittels der Isolierbuchse 17 verbunden. Die aus Graphit gefertigte Haube 27 ist am Rohr 23 derartig befestigt, daß die Stäbe 6 auf 20 mm aus der ersten Öffnung 29 der Haube 27 herausragen, die dem umzuschmelzenden, harten, aus zerstückelten Abgängen einer Titanlegierung bestehenden Material 33 zugekehrt ist. Der Durchmesser der Öffnung 29 beträgt 85 mm. In den Kanal 34 zwischen dem Katodenhalter 7 und dem stromleitenden Rohr 23 wird ein Edelgas, u.zw. Argon, eingeführt.
  • Der Lichtbogen 14 wird zwischen der hohlen, heißen Katode 5 und der umzuschmelzenden Charge im Tiegel 33 gezündet und während elf Minuten bei folgenden Parametern aufrechterhalten: Unterdruck in der Vakuumkammer 1 gleich 0,5 Torr> Argonverbrauch 0,5 m3/h, Lichtbogenlänge 600 mm, Lichtbogenstrom 16000A, Lichtbogenspannung 66V.
  • Als Ergebnis der Schmelzung bildet sich im harten Material 33 eine runde Wanne des geschmolzenen Metalls mit einem Durchmesser von 650 mm, die der runden Erwärmungszone 15 (Fig. 2) entspricht. Aus der erzeugten Schmelze wurde ein Gußblock mit einer Masse von ca. 100 kg gegossen.
  • Beispiel 3 In der Vakuumkammer 1 (Fig. 16) mit der Wasserkühlung (nicht eingezeichnet) ist ein kupferner wassergekühlter Kristallisator 36 zur Erhaltung eines Gußblocks 37 mit einem Durchmesser von 280 mm aus Titanspänen durch stetiges Aufschmel zen und Herausziehen des Gußblocks 37 aus dem Kristallisator 36 aufgestellt. Die hohleßheiße Katode 5 besteht aus sechs Stäben 6 mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Länge von 80 mm, die aus Wolfram mit Lanthanzusatz gefertigt sind. Die Enden der Stäbe 6 sind im Katodenhalter 7 (Fig. 5) in einem Kreis "a" mit einem Durchmesser von 25 mm befestigt. Der Katodenhalter 7 (Fig. 16) ist innerhalb des wassergekühlten,stromleitenden Rohres 23 mit einem Durchmesser von 125 mm untergebracht. an dessen unterem Ende die kupferne Haube 27 mit Wasserkühlung (die Kühlung ist nicht eingezeichnet) befestigt ist. Die erste Öffnung 29 der Haube 27 mit einem Durchmesser den von 42 mm liegt in einer Ebene mit/unteren unbefestigten Enden der Stäbe 6.
  • Über den Kanal 9 im Katodenhalter 7 wird Argon und über den Kanal 34 Helium zugeführt.
  • Der Lichtbogen 14 wird während 1,4 + 2 h folgenden Parametern aufrechterhalten: Unterdruck in der Vakuumkammer 1 gleich 0,3 + 0,6 Torr, Argonverbrauch 0,15 m3/h, Heliumverbrauch 0,1 m3/h, Lichtbogenlänge 200 + 350 mmt Lichtbogenstrom 3500 + 4500 A, Lichtbogenspannung 32 + 38 V.
  • Als Ergebnis wurde ein Gußblock 37 einer Titanlegierung mit einer Länge von 1,5 m hergestellt.
  • Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die oben beschriebenen Beispiele. Die erfindungsgemäße Vakuum-Lichtbogen-Erwärmungseinrichtung kann auch in anderen Prozessen und Apparaten Anwendung finden, die für ihr Bunktionieren hohe Temperaturen in Verbindung mit niedrigen Drücken des Gasmediums (under 20 Torr) erfordern. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung für die Anwendung in folgenden fertigungstechnischen Prozessen empfohlen werden: Umschmelzen, Raffination und Fertigung von vorzugsweise hochreinen, hochaktiven aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzten Legierungen in Gießereien und Schmelzaggregaten, die sowohl mit keramischen oder mit metallischen Tiegeln ausgestattet sind; Umschmelzen der Abgänge von hochaktiven Begierungen, z.B.
  • Titanlegierungen, sowohl in Schmelzöfen mit Garnissage-Tiegeln als auch in diesen mit Kristallisatoren; Erzeugung von Gußblöcken sowohl mit rundem als auch mit rechtwinkligem Querschnitt die sowohl endgültige Halbzeuge als auch Rohlinge für die nachfolgende Umschmelzung darstellen, in Kristallisatoröfen; Schmelzung von Metallen und Legierungen sowie Erwärmung von Schmelzen in Gieß- und Schmelzaggregaten mit ununterbrochener Arbeitsweise; Erwärmung des Kopfteiles der Gußblöcke sowohl mit rundem als auch mit rechtwinkligem Querschnitt, die in Vakuum in Blockformen gegossen sind> zwecks der Beseitigung von Schwindungshohlräumen; Erwärmung des gaschmolzenen Metalls in PSannen und Mischern beim Vakuumieren außerhalb des Ofens; Raffinieren und Legieren von Metallen und Legierungen unter Anwendung von aktiven Gasen, z.B. Stickstoff, Methan; lektrothermische Reduzierungsvorgänge in der flüssigen und der gasförmigen Phase, insbesondere bei der Erzeugung von Reduktionsprodukten in der Art der Gußblocke von Metallen und Legierungen, z.B. für die karbothermische und Wasserstoffreduktion, Erwärmung von Rohlingen aus hochaktiven Legierungen unter Schutzatmosphäre zu ihren nachfolgenden plastischen Verformung; Wärmebehandlung von Werkstücken in Vakuum, insbesondere in ununterbrochen funktionierenden Aggregaten; bei hoher Temperatur verlaufende Sinterung von Rohlingen aus hochschmelzenden Metallen und Legierungen, die mit Methoden der Pulvermetallurgie hergestellt werden; Schweißung, Aufschweißen und Oberflächenbearbeitung von Werkstücken im Vakuum.
  • Die vorliegende Erfindung gewährleistet die Erhaltung von leistungsstarken Lichtbögen 14, die auf das zu bearbeitende Werkstück 4 an der Fläche der Erwärmungszone 15 veränderlicher Form einwirken. Die Erfindung ermöglicht die Regulierung der Leistungskonzentration in der Erwärmungszone 15, was die Kzplosionsgefahr bei der Durchführung von Prozessen in den wasser gekühlten Haltern 3 vermindert.

Claims (14)

  1. PATENTANSPRÜCHE ¼ 1.;Vakuum-Lichtbogen-Erwärmungseinrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken aus stromleitenden Werkstoffen, mit einer Vakuumkammer, in welcher ein stromleitender Halter mit dem zu bearbeitenden Werkstück, eine hohle, heiße, aus einer Glühemissionslegierung gefertigte Katode, die in einem Abstand vom zu bearbeitenden Werkstück angeordnet ist und einen diesem zugekehrten Katodenhohlraum aufweist, und ein mit der hohlen, heißen Katode verbundener, aus einem stromleitenden Material hergestellter Katodenhalter untergebracht sind, einer Anordnung für die Gaszuführung in den Katodenhohlraum und einer Gleichspannungsquelle, die an den Katodenhalter und den stromleitenden Halter des zu bearbeitenden Werkstückes zur Erzeugung des Lichtbogens zwischen der hohlen, heißen Katode und dem zu bearbeitenden Werkstück angeschlossen ist, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die hohle, heiße Katode (5) aus Stäben (6) ausgeführt ist, wobei die Tiefe des Katodenhohlraums (8) mindestens das 1,5-fache seiner minimalen Querabmessung ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Stäbe (6) der hohlen, heißen Katode (5) mit einem Ende am Katodenhalter (7) befestigt sind, während das andere Ende jedes Stabes (6) dem zu bearbeitenden Werkstück (4) zugekehrt ist.
  3. 3. Einrichtung nach den Ansprüche 1 und 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die im Katodenhalter (7) befestigten Enden der hohlen, heißen Katode (5) auf einem Kreisumfang angeordnet sind.
  4. 4. Einrichtung nach den Ansprüche 1 und 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die im Katodenhalter (7) befestigten Enden der Stäbe (6) der hohlen, heißen Katode (5) an Abschnitten von zwei parallelen Geraden liegen, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Stäbe (6) mit ihrer seitlichen Oberfläche mit stromleitenden, mit dc-m Katodenhalter (7) verbundenen Befestigungsvorrichtung (20) starr verbunden und minde-stens in zwei Ebenen (p, h) angeordnet sind.
  6. 6. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen mindestens einem Paar der benachbarten Stäbe (6) ein Spalt (18, 18') vorhanden ist.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i ch -n e t , daß der Spalts-(18') zwischen den dem zu bearbeitenden Werkstück (4) zugekehrten Enden der benachbarten Stäbe (6) geringer als der Spalt (18) zwischen den abgekehrten im Katodenhalter (7) befestigten Enden dieser Stäbe (6) ist.
  8. 8. Einrichtung nach den Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die hohle, heiße Katode (5) innerhalb eines aus einem wärmebeständigen Material gefertigten Gehäuses (27) untergebracht ist, dessen Wand (28) eine dem zu bearbeitenden Werkstück (4) zugekehrte Öffnung (29) zum Durchlassen des Lichtbogens (14) von der hohlen, heißen Katode (5) zum zu bearbeitenden Werkstück (4) aufweist.
  9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß das Gehäuse (27) am Katodenhalter (7) befestigt ist.
  10. 10. Einrlehtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Katodenhalter (7) in einem stromleitenden Rohr (23) starr befestigt ist, welches sowohl vom Katodenhalter (7) als auch vom stromleitenden Halter (3) des zu bearbeitenden Werkstückes (4) elektrisch isoliert ist.
  11. 11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß das aus einem wärmebeständigen Werkstoff gefertigte Gehäuse (27) am stromleitenden Rohr (23) befestigt ist.
  12. 12. Einrichtung nach Anspruch ii, dadurch g e k e n n z e i zu c h -n e t , daß das stromleitende Rohr (23) und das Gehäuse (27) als ein ganzteiliges baulisches Element aus einem wärmebeständigen stromleitenden Werkstoff gefertigt sind.
  13. 13. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß mindestens eine Öffnung (30) in der Wandung (28) des Gehäuses (27) für die Gaszuführung in den Katodenhohlraum (8) dient.
  14. 14. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 13, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t 9 daß für die Gaszuführung in den Katodenhohlraum (8) mindestens ein Kanal (34) zwischen dem stromleitenden Rohr (23) und dem Katodenhalter (7) dient.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19845804A1 (de) * 1998-09-30 2000-05-31 Tacr Turbine Airfoil Coating A Verfahren und Einrichtung zum Erwärmen von Metallbauteilen mit Elektronenbestrahlung in einer Vakuumkammer
DE19845804C2 (de) * 1998-09-30 2000-11-30 Tacr Turbine Airfoil Coating A Verfahren und Anordnung zum Erwärmen von Metallbauteilen mit Elektronenbestrahlung in einer Vakuumkammer
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