DE3816945A1 - Elektronenstrahl-bestrahlungseinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung mit einem Bestrahlungsfenster und einer Fensterfolie sowie einer Befestigungsvorrichtung zur Halterung der Fensterfolie.

In einer Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung wird ein Elektronenstrahl erzeugt, im Hochvakuum beschleunigt und in die Atmosphäre emittiert, um ein Objekt mit Elektronen zu bestrahlen und in diesem eine chemische Reaktion zu veranlassen, um dessen chemische Eigenschaften zu ändern. Obwohl die Elektronenstrahl- Bestrahlungseinrichtung für verschiedenste Zwecke verwendet wird, wird sie am häufigsten verwendet zur Polymerisation in Anwendungen, um einen elektrischen Isolator zu vernetzen, der einen leitfähigen Draht beschichtet, für ein wärmeschrumpfendes Rohr, für geformtes Polyethylen, für einen Gummireifen usw. Die Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung kann verwendet werden, um medizinische Ausrüstungen zu sterilisieren, Nahrungs- und Futtermittel zu behandeln, Rauch zu denitrieren und zu entschwefeln und flüssiges Kunstharz zu Härten zum Beschichten, Drucken, Laminieren, Behandeln mit einem magnetischen Medium usw. Der Betrag der Energie des Elektronenstrahles wird durch die Beschleunigungsspannung ausgedrückt, die üblicherweise ungefähr 100 kV bis 10 000 kV beträgt und in Abhängigkeit vom Zweck der Bestrahlung durch den Elektronenstrahl differiert. Die Energiemenge des Elektronenstrahles wird manchmal klassifiziert in einen Niedrigbereich von 300 kV oder weniger und einen mittleren und hohen Bereich von mehr als 300 kV. Da ein Elektronenstrahl im niedrigen Energiebereich nur die Oberfläche des Objektes und deren Nähe erreicht, wird ein solcher Strahl zur Oberflächenbehandlung verwendet. Z.B. wird ein Elektronenstrahl im Niedrigenergiebereich verwendet, um ein flüssiges Kunstharz zum Beschichten, Drucken, Laminieren, Behandeln mit einem magnetischen Medium, für integrierte Schaltkreisherstellung und -behandlung und dergleichen verwendet. Daher ist eine Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung keine Meßeinrichtung.

Eine große Anzahl von Meßvorrichtungen, die Elektronenstrahlen anwenden sind bereits geschaffen worden. Meßvorrichtungen sind z.B. ein Elektronenmikroskop, eine Reflexions-Hochenergie-Elektronenstrahlbeugungsvorrichtung eine Niedrigenergie-Elektronenstrahlbeugungsvorrichtung usw. In jeder der Meßvorrichtungen wird ein Objekt in ein Hochvakuum eingesetzt und die Vorrichtung muß die Verteilung der Winkel der von dem Objekt gestreuten Elektronen und die Winkel der darin gebeugten Elektronen messen.

Die Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung ist eine Behandlungseinrichtung, die Elektronen auf das Objekt strahlt, um eine chemische Veränderung in diesem zur Änderung der Qualität desselben zu veranlassen. Daher unterscheidet sich die Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung von einer Meßvorrichtung, die Elektronenstrahlen verwendet, und die die Intensitätsverteilungen der gestreuten Elektronen, Sekundärelektronen, gebeugten Elektronen usw. erfaßt.

Eine Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung enthält typischerweise eine Hochgleichspannungs-Energieversorgung, einen Elektronenstrahlerzeuger, ein Beschleunigungsrohr, ein Ablenkrohr bzw. einen Ablenktrichter, ein Bestrahlungsfenster, einen Objektförderer und eine Vakuumentgasungseinheit. Die Hochgleichspannungs-Energiezuführung dient zur Erzeugung einer Hochspannung, die erforderlich ist, um die Elektronen zu beschleunigen und wird aus einer Cockcroft-Walton-Schaltung, einer Delon-Grainahel-Schaltung, eine Dinamitron-Gleichspannungsenergiezuführung oder dergleichen hergestellt. Wenn der Strom, der von der Hochgleichspannungs-Energiezuführung bereitgestellt wird, so niedrig ist, wie z.B. 1 Mikroampere bis 1 Milliampere kann ein van de Graff-Generator verwendet werden.

In dem Elektronenstrahlerzeuger wird die Elektrizität an einen Faden in einem Vakuum gelegt, um Thermoelektronen zu emittieren und die thermisch emittierten Elektroden in Richtung zu einer Anode anzuziehen, um die Thermoelektroden zu separieren. In dem Beschleunigungsrohr werden Ringelektroden nebeneinanderliegend angeordnet und negative Spannungen werden an diese in Richtung des Elektronenstromes gelegt, um diesen nach unten vertikal zu beschleunigen. In dem Ablenkrohr bzw. Ablenktrichter werden die Elektroden, die sich vertikal nach unten bewegen Magnetfeldern in zwei Richtungen ausgesetzt, um sie zu veranlassen Ablenk- bzw. Abtastbewegungen in zwei Richtungen auszuführen.

Wenn die Energie des Elektronenstrahles in der Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung im Niedrigenergiebereich ist, mag die Bestrahlungseinrichtung keinen Ablenktrichter aufweisen. Da ein Elektronenstrahl von sehr hoher Geschwindigkeit duch den Ablenktrichter gekrümmt wird, muß der Trichter eine große Lauflänge für den Elektronenstrahl besitzen. Aus diesem Grund ist die Bestrahlungseinrichtung dann, wenn sie ein Ablenkrohr bzw. einen Ablenktrichter besitzt, voluminös. Da es schwierig ist, praktisch eine Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung ohne Ablenkung zu verwenden, deren Elektronenstrahl im mittleren bis hohen Energiebereich ist, sind Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtungen, deren Elektronenstrahl ein mittleres und hohes Energieniveau aufweist, üblicherweise vom Ablenktyp. Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung mit einem Ablenktrichter.

Da eine Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung, deren Elektronenstrahl im Niedrigenergiebereich liegt kompakt sein muß, ist die Bestrahlungseinrichtung nicht mit einem Ablenktrichter versehen und von der Art einer Einrichtung ohne Ablenkung, die manchmal auch als "Flächentyp" bezeichnet wird.

In solch einer Niedrigenergie-Bestrahlungseinrichtung kann auch die Länge des Beschleunigungsrohres klein gemacht werden und der Elektronenstrahl kann in einigen Fällen beschleunigt werden, indem nur ein Elektrodenpaar verwendet wird. Daher kann das Beschleunigungsrohr kompakt ausgeführt werden.

Die innere Öffnung bzw. der Innenraum des Elektronenstrahlerzeugers, des Beschleunigungsrohres und des Ablenktrichters (der bei einigen Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtungen nicht vorgesehen ist) der Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung, die in Fig. 3 gezeigt ist, ist jeweils einem Hochvakuum ausgesetzt. Eine Vakuum-Entgasungseinheit evakuiert den Innenraum jedes der vorerwähnten Teile auf Hochvakuum. Das Bestrahlungsfenster bildet eine Grenze zwischen dem Vakuum und der Atmosphäre. Der Innenraum des Beschleunigungsrohres und des Ablenktrichters ist dem Hochvakuum ausgesetzt, während das Objekt sich unter Atmosphärenverhältnissen befindet. Daher bilden das Beschleunigungsrohr und der Ablenktrichter einen Vakuumbehälter.

Wenn der Ablenktrichter in der Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung vorgesehen ist, bildet der Boden des Ablenktrichters ein Bestrahlungsfenster. Wenn der Ablenktrichter bei der Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung nicht vorgesehen ist, würde der Boden des Beschleunigers das Bestrahlungsfenster bilden bzw. aufweisen. In jedem Fall ist das Bestrahlungsfenster in der Elektronenstrahlöffnung des Vakuumbehälters ausgebildet.

Das Bestrahlungsfenster besteht aus einem Material, das die Luft abschirmt, um das Hochvakuum aufrechtzuerhalten, das jedoch einen Durchgang des Elektronenstrahles gestattet. Da der Elektronenstrahl nur eine Strahlung mit niedrigem Durchdringungsvermögen bildet, muß die Dicke des Materials äußerst gering sein.

Aus diesem Grund wird eine Titanfolie von ungefähr 5 bis 30 Mikrometer Dicke oder eine Aluminiumfolie von ungefähr 30 bis 70 Mikrometer Dicke als Material verwendet. Die Differenz zwischen dem Druck an der Innenseite des Materials und dem Druck an der Außenseite entspricht etwa dem Atmosphärendruck, da die Innenöffnung des Vakuumbehälters, der durch das Beschleunigungsrohr und das Abtastrohr gebildet wird, ein Hochvakuum aufweist und das Objekt sich unter Atmosphärendruck befindet.

Wenn das Bestrahlungsfenster von geringer Dicke ist, wird es infolge des Hochvakuums deformiert und hohen Zugspannungen ausgesetzt, wenn die Fläche des Bestrahlungsfensters groß ist. Die Dicke des Materials sollte daher groß sein, um zu ermöglichen, daß das Material der starken Zugbelastung widersteht. Wenn die Dicke des Materials jedoch groß ist, wird ein beträchtlicher Anteil des Elektronenstrahles absorbiert und es tritt ein großer Energieverlust auf. Selbst wenn die Dicke des Materials gering ist, verliert der Elektronenstrahl einen Teil seiner Energie, da jedes Elektron ein geladenes Teilchen geringer Masse ist. Häufig wird eine dünne und beständige Titanfolie als Material zur Abdeckung des Bestrahlungsfensters verwendet.

Ein Objektträger trägt ein Objekt von einem Einlaßabschnitt zu einer Position direkt unterhalb des Bestrahlungsfensters und anschließend trägt er das behandelte Objekt zu einem Auslaßabschnitt. Ein Fördermechanismus ist in der Basis des Förderers bzw. Objektträgers vorgesehen, durch den die Röntgenstrahlen nicht hindurchdringen können. Vorbereitungskammern, die die Einlaß- bzw. Auslaßöffnung bilden und die durch Blenden bzw. Verschlüsse abgeschlossen sind, sind an den Enden des Trägers bzw. Förderers angeordnet. Da Röntgenstrahlen emittiert werden, wenn der Elektronenstrahl auf einen Gegenstand trifft, ist es erforderlich, die Röntgenstrahlen abzuschirmen.

Eine herkömmliche Vorrichtung zur Halterung der Folie in einer Bestrahlungseinrichtung vom Abtasttyp wird unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 erläutert. Das Bestrahlungsfenster ist im unteren Abschnitt eines Ablenkrohres bzw. Ablenktrichters 1 vorgesehen, das bzw. der einen Teil eines Vakuumbehälters bildet. Ein Längsschnitt des Ablenkrohres bzw. Ablenktrichters 1 hat die Form eines gleichschenkligen Trapezes, so daß das Ablenkrohr in Richtung seines Bodens divergiert und die Front- und Rückwand des Ablenkrohres sich parallel zueinander erstrecken. Der Abstand zwischen der Vorder- und Rückwand des Ablenkrohres 1 ist gering. Die Seitenwände des Ablenkrohres 1 sind geneigt. In einem Raum, der durch die Vorderwand, Rückwand und die geneigten Seitenwände des Ablenkrohres 1 gebildet ist, wird ein Elektronenstrahl durch Magnetwechselfelder abgelenkt, die in Längsrichtung des Querschnittes des Ablenkrohres und rechtwinkelig zu dieser Längsrichtung orientiert sind.

Eine Folie 3 ist am Boden des Ablenkrohres 1 gelagert. Die Folie 3 ist vorzugsweise rechteckig und ist mit ihren vier Kanten zwischen der Oberseite eines Folienhalters 2 und dem Boden eines Flansches 11, der am unteren Abschnitt des Ablenkrohres 1 vorgesehen ist, eingeklemmt. Der Flansch 11 und der Folienhalter 2 besitzen eine große Anzahl von Gewindebohrungen, die sich entlang des Umfanges jeweils des Flansches und des Folienhalters erstrecken und einander entsprechen. Schrauben 8 sind in die Gewindebohrungen eingeschraubt und durch Muttern (in den Zeichnungen nicht gezeigt) oder Anzugsgewindebohrungen, vorgesehen in dem Folienhalter 2 wie in den Zeichnungen gezeigt, festgezogen, so daß der Folienhalter 2 und die Folie 3 an dem Flansch 11 befestigt sind. Die Oberseite des Folienhalters und der Boden des Flansches 11 müssen parallel sein, so daß kein Spalt zwischen der Folie 3 und sowohl dem Flansch 11 als auch dem Folienhalter 2 auftritt, da es erforderlich ist, die Innenseite der Folie einem Hochvakuum auszusetzen, während ihre Außenseite der Atmosphäre ausgesetzt ist, um ein Hochvakuum in dem Ablenkrohr 1 durch die Folie aufrechtzuerhalten.

Fig. 2 zeigt eine herkömmliche Vorrichtung zur Halterung der Folie 3 über dem Bestrahlungsfenster einer Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung mit Ablenkeinheit. Das Bestrahlungsfenster ist im unteren Teil eines trichterförmigen Ablenkrohres 1 vorgesehen, das einen Teil eines Vakuumbehälters bildet. Im Längsschnitt hat der nachfolgend stets als Ablenkrohr bezeichnete Trichter 1 die Form eines aufrechten, gleichschenkligen Trapezes, so daß der Querschnitt des Ablenkrohres 1 nach unten divergiert, die Vorder- und Rückwand des Ablenkrohres zueinander parallel sind und die Seitenwände des Ablenkrohres sich schräg erstrecken. Der Abstand zwischen der Vorder- und Rückwand des Ablenkrohres 1 ist gering. In dem Raum, der durch die Front- und Rückwand sowie durch die geneigten Seitenwände des Ablenkrohres 1 umschlossen wird, ändern magnetische Wechselfelder die Richtung eines Elektronenstrahles in Längsrichtung des Querschnittes des Ablenkrohres und in Richtung senkrecht zu dieser Längsrichtung. Die Fensterfolie 3 wird am Boden des Ablenkrohres 1 festgehalten. Die Fensterfolie 3 ist rechteckig und ist mit ihren 4 Kanten zwischen der Oberseite eines Folienhalters 2 und dem Boden eines Flansches 11, der am unteren Abschnitt des Ablenkrohres 1 vorgesehen ist, eingespannt. Sowohl der Flansch 11 als auch der Folienhalter 12 besitzen eine große Anzahl von Gewindebohrungen entlang ihrer Umfangskanten. Schrauben 8 sind in die Gewindebohrungen eingesetzt und durch Muttern (in Fig. 2 nicht gezeigt) oder Anzugsgewindebohrungen, die in dem Folienhalter 2 vorgesehen sind, festgezogen. Der Folienhalter 2 ist somit am Flansch 11 durch viele Schrauben 8 befestigt. Da eine Seite der Folie sich im Vakuum befindet und die andere der Außenatmosphäre ausgesetzt ist, darf kein Spalt zwischen der Fensterfolie und dem Flansch 11 und zwischen der Fensterfolie und dem Folienhalter 2 auftreten.

Bei der herkömmlichen Vorrichtung zur Halterung der Folie für das Bestrahlungsfenster ist es besonders mühsam gewesen, die Folie zu ersetzen. Da eine Druckdifferenz von nahezu einer Atmosphäre auf die dünne Folie 3 einwirkt, ist die Folie einer Zugbelastung ausgesetzt, die gleich dem Produkt aus der Druckdifferenz und der Fläche der Folie ist. Wenn der Elektronenstrahl durch die Folie 3 hindurchgeht, wird ein beträchtlicher Teil seiner Energie absorbiert, um Wärme zu erzeugen, die die Temperatur der Folie erhöht. Obwohl Kühlluft gegen die äußere Bodenfläche der Folie 3 geblasen wird, um sie zu kühlen, wird der Strahlendurchgangsbereich der Folie auf eine hohe Temperatur erwärmt. Mit anderen Worten ist die Folie einer hohen Zugspannung im Ergebnis der Druckdifferenz und auch einer Wärmebelastung ausgesetzt, die zur Ermüdung der Folie führen. Aus diesen Gründen muß die Folie im Abstand von einigen Monaten jeweils ausgetauscht werden. Wenn während der Bestrahlung die Folie 3 bricht, sind das Beschleunigungsrohr und die Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung nicht länger einem Hochvakuum ausgesetzt und es besteht eine Wahrscheinlichkeit, daß die Elektroden des Beschleunigungsrohrs beschädigt werden. Daher ist es erforderlich, die Folie auszutauschen und ein Brechen derselben zu vermeiden.

Um die Folie 3 zu ersetzen, muß eine Person die Bestrahlungskammer betreten, die vielen Schrauben 8 (deren Anzahl bis zu 100 betragen kann) entfernen, die alte Folie entfernen und die neue auf dem Folienhalter 2 durch ein Band festlegen. Dabei ist es erforderlich die neue Folie unter Spannung zu befestigen, um die neue Folie dichtschließend und undurchlässig zu halten. Dies ist eine schwierige Arbeit. Der Folienhalter 2, der mit der neuen Folie versehen ist, wird zu dem Flansch 11 angehoben und mit diesem durch die Schrauben 8 verbunden. Der Folienhalter 2 ist so schwer, daß es für eine Person schwierig ist, ihn anzuheben. Daher sind zumindest zwei Personen erforderlich, um den Folienhalter 2 anzuheben. Es ist dann erforderlich, die vielen Schrauben 8 wieder anzuziehen. Daher ist das Ersetzen der Folie 3 eine schwierige und zeitaufwendige Arbeit. Z. B. ist es üblich 3 Personen für jeweils 4 bis 5 Stunden zu verwenden, um bei einer herkömmlichen Einheit die Folie auszutauschen.

Es ist erforderlich, daß die Kraft, die den Folienhalter 2 mit dem Flansch 11 kuppelt, gleichmäßig aufgebracht wird. Wenn die Kraft ungleichmäßig verteilt aufgebracht wird, sind die Oberflächen nicht parallel und ein Spalt tritt an der Kante der Folie 3 auf, der dazu führt, daß die Spannung der Folie örtlich erhöht wird. Aus diesem Grund muß das Anzugsdrehmoment für jede der Schrauben sorgfältig kontrolliert und gesteuert werden, so daß es ein bestimmtes Niveau hat, um zu gewährleisten, daß die Kraft, die den Folienhalter 2 mit dem Flansch 11 kuppelt gleichmäßig wirksam ist. Es ist mühsam, das Anzugsdrehmoment an allen Schrauben 8 im erforderlichen Maße zu steuern und zu kontrollieren. Da überdies die Arbeit durch die Personen in der Bestrahlungskammer ausgeführt werden muß, kann die Arbeit auch gefährlich sein. Wenn eine Mehrzahl von Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtungen mit der gleichen Bestrahlungskammer installiert sind, muß der Betrieb aller Bestrahlungseinrichtungen gestoppt werden, wenn die Folie einer Bestrahlungseinrichtung ausgetauscht wird, da Ozon oder Röntgenstrahlen in diesem Zeitraum nicht erzeugt werden sollen. Selbst wenn der Betrieb aller Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtungen eingestellt wird, ist es noch gefährlich, die Bestrahlungskammer zu betreten, da die Kammer mit Ozon gefüllt ist.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der es möglich ist, die Fensterfolie leicht und sicher auszuwechseln.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung im Hinblick auf die Befestigungsmittel für die Fensterfolie so auszugestalten, daß die Fenster- bzw. Bestrahlungsfolie in kurzer Zeit ausgetauscht werden kann.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung im Hinblick auf die Befestigungsmittel für die Fensterfolie so zu gestalten, daß eine Folienhaltevorrichtung eine gleichmäßige Kraft ausübt, um einen Flansch mit einem Folienhalter der Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung unter Zwischenlage der Fensterfolie zu schaffen.

Die vorerwähnten Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine Vorrichtung zur Klemmbefestigung der Folie über einem Bestrahlungsfenster der Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung, die einen Vakuumbehälter mit einem Flansch am unteren Ende desselben aufweist, einen Folienhalter zur Lagerung der Folie unter dem Flansch besitzt, eine Mehrzahl von Aufhängungszylindern zum Aufwärtsziehen des Folienhalters vorgesehen ist, um den Flansch so zu berühren, daß der Flansch und der Folienhalter parallel zueinander verbleiben und eine Mehrzahl von Klemm- bzw. Spannzylindern vorgesehen ist, um den Folienhalter an dem Flansch mit gleichmäßiger Kraft rings um den Folienhalter anzupressen.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht eines Ablenkrohres bzw. eines Ablentrichters und einer Folienhaltevorrichtung einer Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung, wobei die Folienhaltevorrichtung automatisch und hydraulisch den Folienhalter der Bestrahlungseinrichtung festspannt,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Ablenkrohres und der Folienhaltevorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Vorderansicht einer Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung mit Ablenk- bzw. Abtasteinheit,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Öldruck-Anwendungssystems für die Folienhaltevorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 5 eine Draufsicht eines Ablenkrohres, versehen mit einer herkömmlichen Folienhaltevorrichtung einer Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung herkömmlicher Art, und

Fig. 6 eine Vorderansicht des Ablenkrohres nach Fig. 5, versehen mit der herkömmlichen Folienhaltevorrichtung.

Bei der Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung werden für die Folienhaltevorrichtung keine Schrauben sondern eine große Anzahl hydraulischer Zylinder verwendet, die vertikal bewegliche Kolbenstangen besitzen, um den Folienhalter der Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung an dessen Flansch festzuhalten. Die hydraulischen Zylinder sind nebeneinander entlang der Längsrichtung des Flansches angeordnet, um den Folienhalter durch die Zylinder vertikal zu bewegen. Die hydraulischen Zylinder, die an den vier Ecken des Flansches angeordnet sind, unterscheiden sich in ihrer Rolle und Wirkungsweise von den übrigen Zylindern dadurch, daß sie verwendet werden, um die einander zugewandten Flächen des Folienhalters und des Flansches exakt parallel zueinander auszurichten und so zu halten. Die übrigen hydraulischen Zylinder werden verwendet, um den Folienhalter fest mit einer gleichmäßigen Anpreßkraft an dem Flansch zu befestigen bzw. anzupressen.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht eines Ablenktrichters 1, nachfolgend als Ablenkrohr bezeichnet, einer Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung versehen mit einer Vorrichtung zum automatischen und hydraulischen Spannen des Folienhalters 2 der Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung. Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Aufnahmerohres 1. Ein Bestrahlungsfenster ist zentral im unteren Teil des Aufnahmerohres 1 vorgesehen, das einen Teil eines Vakuumbehälters der Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung bildet. Im Längsschnitt ist das Ablenkrohr 1 als gleichschenkliges Trapez gestaltet, so daß die Seitenwände des Aufnahmerohres 1 schräg wie bei einem herkömmlichen Ablenkrohr verlaufen. Eine Fensterfolie 3 ist am Boden eines Flansches 11 angebracht, der am unteren Teil des Ablenkrohres 1 vorgesehen ist und wird durch den Folienhalter 2 gehalten.

Hydraulische Aufhängungszylinder bzw. Hubzylinder 4 mit Aufwärts-Zugstangen 6, die sich von den Zylindern nach unten erstrecken und nach oben und unten bewegbar sind, sind an den vier Ecken des Flansches 11 angeordnet, um die Fensterfolie 3 durch den Folienhalter 2 zu halten. Jede Aufwärts-Zugstange 6 umfaßt einen Abschnitt 17 von großem Durchmesser, einen Abschnitt 18 von kleinem Durchmesser und einen Druckabschnitt 19. Der Flansch 11 und der Folienhalter 2 haben jeweils Einsatzausnehmungen 20 und 21, durch die sich die Aufwärts-Zugstangen 6 erstrecken. Der Durchmesser jeder der Einsatzausnehmungen 20 des Flansches 11 ist größer als der Durchmesser der Aufwärts-Zugstangen 6, die nachfolgend als Zugstangen 6 bezeichnet werden. Die Zugstangen 6 sind relativ zu Einsatzausnehmungen 20 des Flansches 11 bewegbar. Obwohl sich die Abschnitte 18 der Zugstangen 6 von kleinem Durchmesser durch die Einsatzausnehmungen 21 des Folienhalters erstrecken, können sich die Abschnitte 17 von großem Durchmesser und die Druckabschnitte 19 der Zugstangen 6 nicht durch die Einsatzöffnungen 20 hindurch erstrecken. Der Folienhalter 2 wird zwischen den Abschnitten 17 mit großem Durchmesser und den Druckabschnitten 19 der Zugstangen 6 eingeklemmt, so daß der Folienhalter 2 und die Zugstangen 6 gemeinsam bewegt werden.

Hydraulische Spannzylinder 5 haben Spannstangen 7, die sich von den Zylindern 5 nach unten erstrecken und nach oben und unten bewegbar sind. Die hydraulischen Klemm- oder Spannzylinder 5 sind entlang der beiden langen Seitenkanten des Flansches 11 zwischen den Aufhängezylindern 4 vorgesehen, um die Fensterfolie 3 durch den Folienhalter 2 zu halten. Die Spannstangen 7 erstrecken sich durch Einsatzöffnungen 22 des Flansches 11 und Einsatzöffnungen 23 des Folienhalters 2 und sind mit kleinen Flanschen 24 versehen, deren Durchmesser jeweils größer ist als derjenige der Einsatzöffnung 23. Die Anzahl der Spannstangen 7 wird so gewählt, daß sie ausreichend groß ist, so daß der Kontaktdruck des Folienhalters 2 am Flansch 11 gleichmäßig über die gesamte Berührungsfläche ist. Die Aufhängungszylinder 4 werden verwendet, um den Folienhalter 2 nach oben zu ziehen, während die Klemm- bzw. Spannzylinder 5 verwendet werden, um den Folienhalter 2 festzuspannen nachdem der Folienhalter 2 durch die Aufhängungszylinder 4 nach oben gezogen wurde.

Die Zugstangen 6 der vier Aufhängungszylinder 4 werden mit gleicher Geschwindigkeit aufwärtsbewegt. Der Grund dafür ist der, daß dann, wenn die Zugstangen 6 nicht mit gleicher Geschwindigkeit aufwärtsbewegt werden, der Folienhalter 2 leicht schräg gegen den Flansch festgespannt würde. Selbst wenn Öldruck von der gleichen Öldruckquelle an die Aufhängungszylinder 4 gelegt würde, wäre es schwierig die Hubgeschwindigkeiten der Stangen 6 aller Aufhängungszylinder 4 exakt gleich zu machen.

Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, ist ein Öldruck-Anwendungssystem vorgesehen, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Der Öldruck wird von der Öldruckquelle 13 an die vier Aufhängungszylinder 4 über Stömungssteuerventile 14 gelegt. Der Grad der Öffnung jedes der Strömungssteuerventile 14 ist individuell einstellbar, so daß die Stömungsgeschwindigkeiten und -mengen des Öles zu den Aufhängungszylindern 4 exakt gleich eingestellt werden können. Im Ergebnis dessen sind die Hubgeschwindigkeiten der Zugstangen 6 der vier Aufhängungszylinder 4 auf den gleichen Wert gebracht. Es ist nicht erforderlich, die Hubgeschwindigkeiten der Spannstangen 7 der Klemm- bzw. Spannzylinder 5 zueinander gleich zu machen, es ist jedoch erforderlich, ihre Klemm- bzw. Spannkaft jeweils auf den gleichen Wert zu bringen. Die Spannstangen 7 der Spannzylinder 5 werden durch Öffnen oder Schließen eines einzigen Spannzylinderventiles 15 bewegt.

Die Fensterfolie 3 kann gegen eine neue durch das nachfolgend erläuterte Verfahren ausgetauscht werden. Das Anlegen des Öldruckes an die Aufhängungszylinder 4 und an die Spannzylinder 5 wird gestoppt, so daß die Zylinder ihre Aufwärtszugkraft jeweils verlieren. Der Folienhalter 2 bewegt sich somit unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten. Die verbrauchte Folie 3 wird von dem Folienhalter 2 entfernt. Die neue Folie 3 wird in dem Raum zwischen dem Folienhalter und dem Flansch 11 plaziert, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Der Öldruck wird anschließend wieder an die Aufhängungszylinder 4 gelegt, so daß die Zugstangen 5 mit gleicher Geschwindigkeit nach oben bewegt werden. Im Ergebnis dessen wird der Folienhalter 2 gegen den Flansch 11 bewegt, während die beiden Teile zueinander parallel bleiben. Die neue Folie 3 wird zwischen dem Folienhalter 2 und dem Flansch 11 eingeklemmt.

O-Ringe oder andere Dichtungen (nicht gezeigt), sind zwischen der Folie 3 und dem Folienhalter 2 und zwischen der Folie 3 und dem Flansch 11 angeordnet. Der Folienhalter 2, die Folie 3 und der Flansch 11 sind miteinander in innige Berührung gebracht. Öldruck wird an alle Klemm- bzw. Spannzylinder 5 gelegt, so daß die Spannstangen 7 gleichzeitig abwärtsbewegt werden. Die kleinen Flansche 24 an den Enden der Spannstangen 7 drücken den Folienhalter 2 aufwärts. Da der Öldruck für alle Spannzylinder 5 gleich ist, sind die aufgewandten Klemmkräfte an jedem Spannzylinder jeweils zueinander gleich. Die Spannkraft der Spannzylinder 5 ist somit gleichmäßiger als diejenige der Schrauben, die früher verwendet wurden und das Spann- bzw. Anzugsdrehmoment für jeden Zylinder ist so gesteuert, daß es auf dem gleichen Niveau ist.

Obwohl bei der herkömmlichen Vorichtung das Spanndrehmoment für jede der Schrauben und die Spannkraft jeder der Schrauben proportional zueinander sind ist die Konstante jedes dieser Verhältnisse nicht gleich für alle Schrauben wegen der jeweiligen Reibkräfte. Aus diesem Grunde ist selbst dann, wenn die Größe des Spanndrehmomentes für alle Schrauben gleich zueinander ist, die jeweilige Spannkraft der Schrauben nicht notwendigerweise gleich zueinander, und zwar wegen Abweichungen im Steigungswinkel der Schrauben und der jeweiligen Reibkraft in der Gewindeverbindung. Nach der vorliegenden Erfindung wird jedoch der gleiche Öldruck an alle Spannzylinder 5 gelegt, so daß deren Spannkräfte jeweils gleich sind.

Um den Flansch 11, die Folie 3 und den Folienhalter 2 miteinander verspannt zu halten, wird der Öldruck an den Spannzylindern 5 kontinuierlich aufrechterhalten.

Die Folie 3 wird vorzugsweise so abgetrennt, daß sie geringfügig größer ist als die Öffnung (Fenster des Ablenkrohres 1) und wird zwischen dem Flansch 11 und dem Folienhalter 2 in dem Ausführungsbeispiel festgelegt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführung begrenzt, vielmehr kann eine bandförmige Folie, die auf einer Walze aufgewickelt ist, vorwärts entlang des Bodens des Aufnahmerohres 1 zugeführt werden. Bei solch einer Ausführungsform ist keine Person erforderlich, die in die Bestrahlungskammer tritt, um die Folie auszutauschen und eine vollständige Automatisierung dieses Folienwechselvorganges ist möglich.

Durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung sind mühsame Handhabungen zum Einschrauben und Lösen von Schrauben nicht erforderlich. Die Arbeit zum Austausch der Folie wird somit sehr erleichtert und die Zeit, die erforderlich ist, um den Folienwechselvorgang auszuführen, wird verkürzt. Da es nicht erforderlich ist, den schweren Folienträger manuell anzuheben, ist nur eine Person erforderlich, um die Folie auszuwechseln. Da überdies die Zeit, die erforderlich ist, um die Folie auszuwechseln, verkürzt wird, wird für den Fall, daß der Austausch durch eine Bedienungsperson in der Bestrahlungskammer erfolgt, auch deren Verweildauer und damit eine Belastung durch Ozon, verkürzt.

Da in der vorliegenden Erfindung der Folienhalter mit gleicher Geschwindigkeit durch die vier Aufhängungszylinder an allen seinen Abschnitten gleichmäßig aufwärtsgeführt wird, werden der Folienhalter 2 und der Flansch 11 parallel zueinander gehalten. Da der Folienhalter auch durch viele Spannzylinder, die jeweils eine gleiche Spannkraft ausüben, angepreßt wird, wird der Folienhalter gleichförmig und gleichmäßig angepreßt.

Claims (3)

1. Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung mit einem Vakuumkontainer und einem Flansch am unteren Abschnitt desselben, in dem ein Bestrahlungsfenster gebildet ist, das durch eine Folie abgedeckt wird sowie mit einem Folienhalter, der unter Zwischenlage der Folie an dem Flansch festlegbar ist, gekennzeichnet durch:
einen Folienhalter (2) zur Lagerung der Folie (3) unterhalb des Flansches (11),
eine Mehrzahl von Aufhängungszylindern (4) zum Aufwärtsziehen des Folienhalters (2) in Kontakt mit dem Flansch (11), derart, daß der Flansch (11) und der Folienhalter (2) parallel zueinander während der Bewegung des Folienhalters (2) verbleiben, und
eine Mehrzahl von Spannzylindern (5) zum Klemmverspannen des Folienhalters (2) an dem Flansch (11) unter Zwischenlage der Ränder der Folie (3) und unter Anwendung einer gleichförmigen Spannkraft rund um den Folienhalter (2).

2. Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine hydraulische Steuereinrichtung (13, 15) zur Zuführung eines Druckfluides zu jedem der Aufhängungszylinder (4) mit einer im wesentlichen gleichen Strömungsgeschwindigkeit bzw. -menge, derart, daß der Folienhalter (2) parallel zu dem Flasch (11) gehalten ist, wenn die Aufhängungszylinder (4) den Folienhalter (2) mit der Folie (3) zur Berührung gegen den Flansch (11) ziehen.

3. Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Steuereinrichtung aufweist:
eine Fluiddruckquelle (13),
ein Spannzylinderventil zur Zuführung des Druckfluides zu jedem der Spannzylinder (5), und
eine Mehrzahl von Aufhängungssteuerventilen für die Aufhängungszylinder (4), wobei jedes der Strömungssteuerventile für die Aufhängungszylinder (4) mit der Druckfluidquelle (13) und mit jeweils einem anderen Aufhängungszylinder (4) verbunden ist, um das Druckfluid zu den Aufhängungszylindern (4) zuzuführen und die Bewegungsgeschwindigkeiten der Aufhängungszylinder (4) bzw. deren Zugstangen (6) einander gleichzumachen.