DE4204900C2

DE4204900C2 - Electron beam machine

Info

Publication number: DE4204900C2
Application number: DE19924204900
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1992-02-19
Filing date: 1992-02-19
Publication date: 1994-01-20
Anticipated expiration: 2012-02-20
Also published as: DE4204900A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahlmaschine mit mindestens einem auf Hochspannung liegenden Transformatorteil eines aus Primär- und Sekundärspule sowie Trafokern bestehenden Isoliertransformators, der mit dem Strahlerzeuger über Leitungen verbunden ist, und mit einem Isoliergehäuse, das mindestens den Strahlerzeuger vakuumdicht umgibt und eine vakuumdicht verschließbare Öffnung aufweist, durch die der Strahlerzeuger montierbar, demontierbar bzw. justierbar und dgl. ist.The invention relates to an electron beam machine with at least one high voltage transformer part one from primary and secondary coil as well Transformer core existing insulating transformer, which with the jet generator is connected via lines, and with an insulating housing that at least the jet generator surrounds vacuum-tight and a vacuum-tight sealable Has opening through which the jet generator can be mounted, is removable or adjustable and the like.

Elektronenstrahlmaschinen werden für das thermische Bearbeiten von Werkstücken insbesondere zum Schweißen und Bohren sowie Oberflächenveredeln von Werkstücken eingesetzt. Das Werkzeug, der Elektronenstrahl, wird mit einem aus Hochspannungskathode, Wehneltelektrode und Anode bestehenden Strahlerzeuger gebildet. Zum Erzeugen von Elektronenstrahlen sind hohe Spannungen erforderlich, so sind z. B. beim Schweißen Spannungen von 60 kV bis 150 kV typisch.Electron beam machines are used for thermal processing of workpieces, in particular for welding and Drilling and surface finishing of workpieces used. The tool, the electron beam, comes with one of high voltage cathode, Wehnelt electrode and Anode existing beam generator formed. To create high voltages are required from electron beams, so are z. B. when welding voltages of 60 kV up to 150 kV typical.

Da die Strahlerzeuger bei Elektronenstrahlmaschinen im Vakuum angeordnet sein müssen, geht es darum, einerseits die von einem Isoliertransformator und den dazugehörigen Schaltungselementen für die Erzeugung von Hilfsspannungen auf Hochspannungspotential zur Verfügung gestellten Spannungen möglichst verlustfrei dem Strahlerzeuger zur Verfügung zu stellen und andererseits eine sichere und kostengünstige, hochspannungsfeste Trennung der hochspannungsführenden Teile gegenüber denen auf Erdpotential liegenden zu ermöglichen.Since the beam generator in electron beam machines in Vacuum must be arranged, on the one hand that of an isolating transformer and the associated ones Circuit elements for the generation of auxiliary voltages available at high voltage potential set voltages with as little loss as possible to the jet generator to make available and on the other hand a safe and inexpensive, high voltage resistant Separation of the high-voltage parts opposite to enable those at earth potential.

Aus der DE-AS 11 10 330 ist es bekannt, den Isoliertransformator außerhalb der Elektronenstrahlmaschine anzuordnen und die Hochspannung über Leitungen dem Strahlerzeuger zuzuführen.From DE-AS 11 10 330 it is known the insulating transformer to be placed outside the electron beam machine and the high voltage via lines to the jet generator feed.

Weiterhin ist aus DE-PS 11 31 760 ein Breitband-Isoliertransformator bekannt, der hinter dem Strahlerzeuger auf der Elektronenstrahlmaschine angeordnet ist. Die auf Hochspannungspotential liegenden Teile sind mit einem mit Isolieröl gefüllten Tank verbunden, auf dessen Oberseite der Isoliertransformator angeordnet ist. In den Tank mündet ein dreiadriges Hochspannungskabel. Die Beschleunigungsspannung sowie die Hilfsspannung für die Wehneltelektrode und die Kathodenheizung verlaufen meist durch die ölgefüllte Isolierkerze und sind über dichte Durchführungen an die Elektroden des Strahlerzeugers angeschlossen.Furthermore, from DE-PS 11 31 760 is a broadband insulating transformer known behind the jet generator is arranged on the electron beam machine. The parts with high voltage potential are included connected to a tank filled with insulating oil, on the The top of the insulating transformer is arranged. A three-wire high-voltage cable opens into the tank. The acceleration voltage and the auxiliary voltage for the Wehnelt electrode and the cathode heating mostly through the oil-filled insulating candle and are via sealed bushings to the electrodes of the Beam generator connected.

Einen ähnlichen Weg von der Anordnung des Isoliertransformators und den Schaltungselementen beschreitet die DE-OS 33 33 686. Hier wird der Isoliertransformator, die Schaltungselemente und der Hochspannungsanschluß vollständig in einem Isoliermaterial eingebettet und oberhalb des Strahlerzeugers auf der Elektronenstrahlmaschine angeordnet.A similar route from the location of the isolation transformer and the circuit elements DE-OS 33 33 686. Here is the isolation transformer, the Circuit elements and the high voltage connection completely embedded in an insulating material and above of the beam generator on the electron beam machine arranged.

Aus der DE-AS 15 14 782 ist eine Elektronenstrahlmaschine bekannt, bei der ein als Haube ausgebildetes Isoliergehäuse vorgesehen ist, das den Strahlerzeuge vakuumdicht umgibt und eine vakuumdicht verscließbare Öffnung aufweist. Dabei ist die Öffnung so angeordnet, daß innerhalb der sich zwischen der Öffnung und den Strahlerzeugerteilen ergebenden Hüllfläche keine Bauteile liegen, so daß Teile des Strahlerzeugers durch die Öffnung montier- bzw. demontierbar sind.From DE-AS 15 14 782 is an electron beam machine known in which an insulating housing designed as a hood it is provided that the jet generator is vacuum-tight surrounds and has a vacuum-tight sealable opening. The opening is arranged so that inside between the opening and the jet parts resulting envelope surface no components lie, so that parts of the jet generator through the opening can be assembled or disassembled.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kostengünstige Isolierung der hochspannungsführenden Teile des Isoliertransformators und der zugehörigen Schaltungselemente zu ermöglichen, wobei eine Zugänglichkeit des Strahlerzeugers gewährleistet werden soll.The invention has for its object a simple and inexpensive insulation of the high-voltage live Parts of the isolation transformer and the associated Allow circuit elements, with accessibility of the jet generator should be guaranteed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die auf Hochspannung liegenden Transformatorteile in einem Bereich hinter den Strahlerzeugerteilen im Hochvakuumbereich innerhalb des Isoliergehäuses jedoch außerhalb der sich zwischen der Öffnung und den Strahlerzeugerteilen ergebenen Hüllfläche angeordnet.This object is achieved in that the transformer parts in high voltage in an area behind the jet generator parts in the high vacuum area inside the insulating case, however outside of itself between the opening and the jet generator parts resultant envelope surface arranged.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are in the Subclaims specified.

Durch die Merkmale des Anspruches 3 wird vorteilhaft die Abschirmung der vom Isoliertrafo und den Schaltungselementen ausgehenden Störmagnetfelder erreicht, weil die Magnetfeldabschirmung, z. B. als Hohlzylinder aus Weicheisen ausgeführt, bis auf Höhe der Schaltungselemente angeordnet werden kann. Mit den Merkmalen dieses Anspruches wird die störende Beeinflussung des Strahls in der Strahlquelle durch besagte Störmagnetfelder verhindert.The features of claim 3 are advantageous the shielding of the isolating transformer and the circuit elements outgoing interference magnetic fields reached because the magnetic field shield, e.g. B. as a hollow cylinder Soft iron executed up to the level of the circuit elements can be arranged. With the features of this claim is the disruptive influence of the beam in the radiation source prevented by said interference magnetic fields.

Die mit der Erfindung verbundenen Vorteile bestehen darin, daß die zum Schutz von Hochspannungsüberschlägen des Strahlerzeugers vorgesehene Isolationshaube und das hinter dem Strahlerzeuger vorhandene Hochvakuum zur Isolierung der hochspannungsführenden Teile des Isoliertransformators und der hochspannungsführenden Schaltelemente verwendet wird. Hierdurch kann eine kostengünstige Ausbildung des Isoliertransformators erreicht werden, wobei das dreiadrige Hochspannungskabel, wie es beim Stand der Technik erforderlich ist, durch ein kostengünstiges einadriges ersetzt werden kann. Hinzu kommt, daß durch die Erfindung ein Strahlpulsen auch bei höheren Frequenzen (größer 5 KHz) ermöglicht wird, weil die Zuleitungen von den Wehneltspannungs- Schaltelementen zur Strahlquelle wesentlich kürzer und kapazitätsärmer sind, als bei Benutzung eines dreiadrigen Hochspannungskabels und der Wehneltspannungserzeugung im Hochspannungstank.The advantages associated with the invention are that to protect against high voltage arcing provided insulation hood and the existing high vacuum behind the jet generator Isolation of the high-voltage parts of the isolation transformer and the high-voltage Switching elements is used. As a result, a inexpensive training of the insulating transformer can be achieved with the three-wire high-voltage cable, as is required in the prior art, be replaced by an inexpensive single core can. In addition, a beam pulse by the invention even at higher frequencies (greater than 5 KHz) because the leads from the Wehnelt voltage Switching elements to the beam source essential are shorter and have less capacity than when used of a three-wire high-voltage cable and the Wehnelt voltage generation in the high voltage tank.

Vorteilhaft kann der Strahlerzeuger durch eine Öffnung in der Isolationshaube montiert, demontiert bzw. justiert werden ohne daß der Isoliertransformator bzw. die ihm zugeordneten, auf Hochspannung liegenden Schaltelemente demontiert werden müssen.The jet generator can advantageously through an opening mounted, dismantled or in the insulation hood can be adjusted without the isolation transformer or the high voltage associated with it Switching elements have to be dismantled.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is in the drawing shown and is described in more detail below.

In der Zeichnung ist der obere Teil einer Elektronenstrahlmaschine schematisch dargestellt. In dem mit 1 bezeichneten Isoliergehäuse ist der aus Kathodenhalter 2, Wehneltelektrode 3 und Anode 4 bestehende Strahlerzeuger angeordnet. Das Isoliergehäuse 1 weist die Form einer Haube auf, die aus Isoliermaterial beispielsweise Keramik oder Gießharz, besteht. Die Wandstärke und die Abmessungen der Haube 5 sind so gewählt, daß ein elektrischer Durchschlag, der auf Hochspannung liegenden Teile, z. B. der Halterungen für Strahlquelle, Schaltungselemente und der Sekundärspulen 6, 7 zur Gehäuseaußenseite nicht möglich ist. Die auf Erdpotential liegenden Primärspulen 8, 9 sind hochspannungsfest in dem Isolier material des Isoliergehäuses 1 vergossen auch zu den Trafokernen 11, 12 hin, die nach einem Ausführungs beispiel auch auf Hochspannungspotential liegen. Die aus Isoliermaterial bestehende Haube 5 weist auswechselbare Sektionen 25, 26 auf, die gleichzeitig als Halter der Isoliertransformatoren 6, 8, 11 und 7, 9, 12 dienen. Den Hochspannung führenden Sekundärspulen 6, 7 sind jeweils die auf Hochspannungspotential liegenden Schaltelemente für die Wehneltspannung 13 bzw. für die Kathodenheizung 14 zugeordnet. Die Schaltelemente 13,14 werden ebenfalls über Mittel 15, 16 von dem Isoliermate rial gehalten. Durch die seitliche Anordnung der Isolier transformatoren 6, 8, 11 bzw. 7, 9, 12 in dem Isoliermaterial der Haube hinter den Strahlerzeugerteilen 2, 3, 4, also im Hochvakuumraum auf der der Elektronenstrahl abge wandten Seite, entsteht eine Hüllfläche 18 (stricheliert dargestellt) zwischen einer Öffnung 19 im Isoliergehäu se 1 und dem Strahlerzeuger 2, 3, 4. Die Öffnung 19 ist mit einem Deckel 20 vakuumdicht und hochspannungsfest verschließbar. An seiner zum Vakuum gerichteten Seite weist der Deckel 20 ebenfalls eine Isoliermaterial schicht auf. Durch die Öffnung 19 ist es vorteilhaft möglich, den als Wechselpatrone ausgebildeten Kathoden halter 2 und/oder die Strahlquelle mit Wehneltelektrode 3 ohne Demontage elektrischer/elektronischer Bauteile zu montieren bzw. demontieren oder justieren.In the drawing, the upper part of an electron beam machine is shown schematically. In the insulating housing designated 1 , the beam generator consisting of cathode holder 2 , Wehnelt electrode 3 and anode 4 is arranged. The insulating housing 1 has the shape of a hood, which consists of insulating material, for example ceramic or cast resin. The wall thickness and the dimensions of the hood 5 are chosen so that an electrical breakdown, the high voltage parts such. B. the brackets for the beam source, circuit elements and the secondary coils 6 , 7 to the outside of the housing is not possible. The primary coils 8 , 9 which are at ground potential are resistant to high voltages in the insulating material of the insulating housing 1 and are also cast to the transformer cores 11 , 12 which, according to one embodiment, are also at high voltage potential. The hood 5 made of insulating material has interchangeable sections 25 , 26 , which simultaneously serve as holders for the insulating transformers 6 , 8 , 11 and 7 , 9 , 12 . The high-voltage secondary coils 6 , 7 are each associated with the switching elements at high voltage potential for the Wehnelt voltage 13 and for the cathode heater 14 . The switching elements 13 , 14 are also held by means of the insulating material 15 , 16 . Due to the lateral arrangement of the insulating transformers 6 , 8 , 11 and 7 , 9 , 12 in the insulating material of the hood behind the beam generator parts 2 , 3 , 4 , that is, in a high vacuum space on the side facing away from the electron beam, an enveloping surface 18 is formed (dashed lines shown) between an opening 19 in the Isoliergehäu se 1 and the jet generator 2 , 3 , 4th The opening 19 can be closed with a cover 20 in a vacuum-tight and high-voltage-resistant manner. On its side facing the vacuum, the cover 20 also has an insulating material layer. Through the opening 19 , it is advantageously possible to assemble or disassemble or adjust the cathode holder 2 designed as an exchangeable cartridge and / or the beam source with Wehnelt electrode 3 without dismantling electrical / electronic components.

Zwischen den Schaltungselementen 13, 14 und dem Strahl erzeuger 2, 3, 4 ist eine ebenfalls auf Hochspannungs potential und im Hochvakuum liegende Magnetfeldab schirmung 21 vorgesehen, die eine in der Hüllfläche 18 liegende Öffnung 22 aufweist und somit ungehinderten Zugang zu den Strahlerzeugerteilen 2, 3, 4 zuläßt. Die Haube 5 ist von einem Metallmantel 23 umgeben, der eben falls auf Erdpotential liegt und vornehmlich zur Ab schirmung der in dem Gerät entstehenden Röntgenstrahlung dient. Between the circuit elements 13 , 14 and the beam generator 2 , 3 , 4 is also a high voltage and high vacuum magnetic field shield 21 is provided, which has a lying in the envelope surface 18 opening 22 and thus unimpeded access to the beam generator parts 2 , 3rd , 4 permits. The hood 5 is surrounded by a metal jacket 23 , which is just if it is at ground potential and is mainly used to shield the X-rays generated in the device.

Der Hochspannungsanschluß ist mit 24 bezeichnet und im Isoliergehäuse an die Strahlquelle angeschlossen. Über Leitungen 27 bzw. 28 ist die Wehneltelektrode 3 mit der Wehneltspannung 13 und die Kathode 2 mit der Kathodenheizung 14 verbunden.The high-voltage connection is designated 24 and connected to the radiation source in the insulating housing. Via lines 27 and 28, the Wehnelt electrode 3 is connected to the Wehnelt 13 and the cathode 2 with the cathode heating fourteenth

Claims

1.Electron beam machine with at least one high-voltage transformer part of an insulating transformer consisting of primary and secondary coils and transformer core, which is connected to the beam generator via lines and an insulating housing which at least surrounds the beam generator in a vacuum-tight manner and has a vacuum-tight sealable opening through which the beam generator can be mounted , can be dismantled or adjusted or the like, characterized in that the high-voltage transformer parts ( 6 , 11 , 7 , 12 ) are located in a region ( 17 ) behind the jet generator parts ( 2 , 3 , 4 ) in the high vacuum region within the insulating housing ( 1 ), but outside the envelope surface ( 18 ) between the opening ( 19 ) and the jet generator parts ( 2 , 3 , 4 ).

2. Electron beam machine according to claim 1, characterized in that the insulating transformer ( 6 , 8 , 11 or 7 , 9 , 12 ) associated circuit elements ( 13 , 14 ) are arranged in the high vacuum region outside the envelope surface ( 18 ).

3. Electron beam machine according to claim 2, characterized in that between the circuit elements ( 13 , 14 ) and the beam generator ( 2 , 3 ) a high-voltage potential magnetic field shield ( 21 ) is arranged.

4. Electron beam machine according to claim 3, characterized in that the magnetic field shield ( 21 ) protrudes into the envelope surface ( 18 ) and has an opening ( 22 ) lying in the envelope surface ( 18 ).

5. Electron beam machine according to claim 3 or 4, characterized in that the circuit elements ( 13 , 14 ), the magnetic field shield ( 21 ) and the insulating transformer ( 6 , 8 , 11 or 7 , 9 , 12 ) on and / or in the hood ( 5 ) of the insulating housing ( 1 ) designed as a hood are attached.

6. Electron beam machine according to claim 5, characterized in that the insulating transformer ( 6 , 8 , 11 or 7 , 9 , 12 ) or transformer parts are interchangeably connected to the hood ( 5 ).

7. Electron beam machine according to claim 6, characterized in that the hood ( 5 ) has interchangeable sections ( 25 , 26 ) made of insulating material, of which at least one ( 25 or 26 ) holder of an insulating transformer ( 6 , 8 , 11 or 7 , 9th , 12 ).

8. Electron beam machine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the primary coil ( 8 or 9 ) is resistant to high voltages in the insulating material of the insulating housing ( 1, 5 ) and is separated from at least the secondary coil ( 6, 7 ) by means of high-voltage insulation.