DE4415694A1 - Electron beam installation for workpiece processing - Google Patents

Electron beam installation for workpiece processing

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Abstract

The electron beam installation incorporates a workpiece receptacle (2) with rectangular cross section, an electron beam gun (1), and a workpiece seating unit, provided with measurement, control and observation devices, as well as with generators of high voltage and vacuum. The electron gun (1) is longitudinally vacuum-tight displaceable on the receptacle (2). The length of the receptacle is about 1.5 times the length of the longest workpiece (3) to be processed. One side wall (7) of the receptacle is laterally pivotable. The workpiece seating unit takes the form of a longitudinally movable carriage (5) on the wall (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Behandeln vorzugs­ weise langgestreckter Werkstücke in einem Rezipienten mittels Elektronenstrahl. In einem solchen vakuumtechnologischen Prozeß werden Oberflächen von Werkstücken derart beaufschlagt, daß diese modifiziert, d. h. gehärtet werden. Je nach dem Verwen­ dungszweck des Werkstückes wird die gesamte oder es werden Bereiche der Oberfläche gehärtet. Im wesentlichen sind es Füh­ rungsbahnen oder -spindeln, z. B. von Werkzeugmaschinen, die zu härten sind.The invention relates to a device for treatment preference wise elongated workpieces in a recipient Electron beam. In such a vacuum technology process surfaces of workpieces are applied in such a way that this modified, d. H. be hardened. Depending on the use purpose of the workpiece will be the whole or it Areas of the surface hardened. In essence it is Füh guideways or spindles, e.g. B. of machine tools that too are hardening.

Die bekannten Elektronenstrahlanlagen bestehen aus einem Rezi­ pienten, auf dem eine Elektronenkanone zur Strahlerzeugung angeflanscht ist. In dem Rezipienten ist eine zweidimensional bewegbare Werkstückaufnahme angeordnet. Zur Vakuumerzeugung sind über Rohrleitungen Vakuumpumpen angeschlossen. Zur Funktion der Anlage gehören Meß-, Steuer- und Beobachtungseinrichtungen sowie Hochspannungserzeuger für die Elektronenkanone. Die Größe des Rezipienten wird von der Größe der zu behandelnden Werkstüc­ ke im wesentlichen bestimmt bzw. der Rezipient bestimmt die mögliche Palette der zu behandelnden Werkstücke. Besonders kritisch ist es, wenn lange Werkstücke, wie beispielsweise Führungsleisten zu härten sind. Diese werden durch das in zwei Dimensionen begrenzt mögliche Ablenkfeld der Elektronenkanone bewegt, so daß in der Regel ein Rezipient die etwa doppelte Länge des Werkstückes aufnehmen muß.The known electron beam systems consist of a review clients on which an electron gun for beam generation is flanged. One is two-dimensional in the recipient Movable workpiece holder arranged. Are for vacuum generation Vacuum pumps connected via pipes. About the function of the Plant include measuring, control and observation equipment as well as high voltage generators for the electron gun. The size of the recipient is based on the size of the workpiece to be treated ke essentially determines or the recipient determines the possible range of workpieces to be treated. Especially it is critical when long workpieces, such as Guide strips are to be hardened. These are divided into two Dimensions limits the possible deflection field of the electron gun moved, so that usually a recipient about twice Length of the workpiece.

Der damit verbundene Nachteil besteht darin, daß durch die großen Rezipientenabmessungen, besonders seine Länge, hoher Materialeinsatz erforderlich ist und ein großes Volumen entsteht. Ein Ausweg wäre es, die Rezipienten an das Spektrum der zu härtenden Bauteile anzupassen, was aber eine zusätzliche Anzahl von Einrichtungen erfordert. Einrichtungen, deren Rezi­ pient wesentlich länger ist als deren Höhe und Breite, haben den weiteren Nachteil, daß es schwierig ist, zu Wartungsarbeiten und Umrüstungen durch die übliche stirnseitig angebrachte Tür in den Rezipienten zu gelangen. The associated disadvantage is that large recipient dimensions, especially its length, higher Material use is required and a large volume arises. One way out would be to connect the recipient to the spectrum adapt the components to be hardened, but this is an additional one Number of facilities required. Institutions whose reviews pient is much longer than its height and width, have the Another disadvantage that it is difficult to do maintenance and Conversions through the usual front door in the To reach recipients.  

Es wurde versucht, die Mängel dadurch zu beseitigen, daß der Rezipient aus einem Mittelteil besteht, der alle Baugruppen für den Betrieb der Anlage enthält und daß an diesem wahlweise in Längsrichtung zu beiden Seiten ein Element angesetzt ist. Ein Element enthält eine Öffnung für die Be- und Entschickung. Die angesetzten Elemente sind in verschiedenen Längen hergestellt und somit kann die Gesamtlänge des Rezipienten variiert werden.An attempt was made to remedy the shortcomings by the fact that the The recipient consists of a middle section that holds all the assemblies contains the operation of the plant and that optionally in this An element is attached in the longitudinal direction on both sides. On Element contains an opening for loading and unloading. The attached elements are made in different lengths and thus the total length of the recipient can be varied.

Diese Lösung wurde praktisch nicht angewendet, da sie den Mangel aufweist, daß die jeweils zwischen dem Mittelteil, d. h., dem Grundkörper und den erforderlichen Elementen befindlichen Dich­ tungen schwer realisierbar sind. Weiterhin ist ein hoher mecha­ nischer Aufwand erforderlich, um die Elemente mit dem Mittelteil in einer Flucht zu führen, um die im Rezipienten nötigen Werk­ stückaufnahmen exakt führen zu können. Außerdem nimmt die Volu­ menänderung Einfluß auf alle Parameter und erfordert hohen Steuer- und Regelaufwand. Die Führung von im Rezipient bewegba­ ren Werkstückaufnahmen sind äußerst kompliziert und störanfäl­ lig.This solution was practically not applied because of the lack has that the respectively between the central part, d. i.e., the Basic body and the necessary elements are you are difficult to implement. Furthermore, a high mecha African effort required to complete the elements with the middle section in one run to the work necessary in the recipient to be able to carry out recordings precisely. In addition, the Volu change affects all parameters and requires high Tax and regulatory expenses. The management of moveable in the recipient workpiece holders are extremely complicated and prone to failure lig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektronenstrahl­ technologische Anlage zum Behandeln von Werkstücken, insbesonde­ re langgestreckter Werkstücke, wie beispielsweise Führungslei­ sten, zu schaffen, deren Rezipientenabmessungen, insbesondere Länge, nicht wesentlich länger als das längste zu behandelnde Werkstück ist. Der Querschnitt des Rezipienten soll klein gegen­ über seiner Länge sein. Die Werkstückaufnahme-Vorrichtung, die im Rezipienten zweidimensional beweglich ist, soll leicht zugän­ gig und be- und entstückbar sein und sich insgesamt zum Zweck der Reinigung des Rezipienten an diesem einfach entfernen las­ sen.The invention has for its object an electron beam technological plant for the treatment of workpieces, in particular re elongated workpieces, such as leadership most, to create their recipient dimensions, in particular Length, not much longer than the longest to be treated Workpiece is. The cross section of the recipient should be small against be over its length. The workpiece holder device that is two-dimensionally movable in the recipient, should be easily accessible gig and be attachable and detachable and overall for the purpose read the cleaning of the recipient by simply removing it sen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe nach den Merkmalen des Patent­ anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den den Patentansprüchen 1 bis 5 beschrieben.According to the invention the task according to the features of the patent Claim 1 solved. Further advantageous configurations are described in claims 1 to 5.

Die erfindungsgemäße Ausführung ermöglicht durch die Kombination eines axial verfahrbaren Längsschlittens mit einer axial ver­ fahrbaren Elektronenkanone eine entscheidende Verkürzung des Rezipienten. Die Länge des Rezipienten kann bei einem Fahrweg der Elektronenkanone von ca. halber Rezipientenlänge auf die eineinhalbfache Werkstücklänge reduziert werden. Einen weiteren bedeutenden Vorteil bringt die abklappbare Seitenwand des Rezi­ pienten in Verbindung mit der Führung des Längsschlittens an der klappbaren Seitenwand. Dadurch wird im geöffneten Zustand der gesamte Innenraum des Rezipienten frei und kann ohne jedes Hindernis, z. B. Einbauten, gereinigt werden. Der weitere große Vorteil ist, daß bei aufgeklappter Seitenwand Veränderungen am Längsschlitten bzw. dessen Werkstückaufnahme, die Be- und Ent­ stückung gegeben ist. Im Gegensatz dazu ist es schwierig, in einem langgestreckten Rezipienten von der Stirnseite derartige Arbeiten durchzuführen. Durch das Abnehmen des waagerechten Schenkels des Längsschlittens wird der Aufbau von Werkstückauf­ nahmen an dem senkrechten Schenkel möglich, wobei sich der Höhenbereich erweitert.The embodiment according to the invention enables the combination an axially movable longitudinal slide with an axially ver mobile electron gun a decisive shortening of the Recipients. The length of the recipient can be on a route  of the electron gun from about half the recipient length to the one and a half times the workpiece length can be reduced. Another one The hinged side wall of the Rezi has significant advantages clients in connection with the guidance of the longitudinal slide on the foldable side panel. This will open the entire interior of the recipient is free and can be used without any Obstacle, e.g. B. internals, cleaned. The other big one The advantage is that when the side wall is open, changes to the Longitudinal slide or its workpiece holder, the loading and unloading is given. In contrast, it is difficult to an elongate recipient from the front To carry out work. By removing the horizontal Leg of the longitudinal slide is the construction of the workpiece took on the vertical leg possible, the Height range expanded.

Schließlich wird der Bereich der Beaufschlagung von Werkstücken mit dem Elektronenstrahl noch dadurch quer zur Längsachse erwei­ tert, indem die Elektronenkanone geschwenkt werden kann. Damit wird auch der Beaufschlagungsbereich erweitert, indem durch die Schrägführung des Elektronenstrahls senkrechte und von oben verdeckt liegende Flächen gehärtet werden können. Der durch die magnetische Strahlablenkung vorgegebene begrenzte Bereich wird wesentlich erweitert und damit das gesamte Anwendungsgebiet der Anlage.Finally, the area of loading workpieces with the electron beam, thereby extending transversely to the longitudinal axis tert by the electron gun can be pivoted. In order to the area of exposure is also expanded by the Slanting the electron beam perpendicular and from above hidden surfaces can be hardened. The one through the magnetic beam deflection becomes a predetermined limited area significantly expanded and thus the entire application area of Investment.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention is illustrated by an embodiment described. The associated drawings show:

Fig. 1 ein Schema über das Wirkprinzip, Fig. 1 is a diagram over the active principle,

Fig. 2 eine Anlage im Längsschnitt durch den Rezipienten, Fig. 2 shows a plant in longitudinal section through the recipient,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Anlage. Fig. 3 shows a cross section through the system.

Aus Fig. 1 ist zu erkennen, welchen Hauptvorteil die erfindungs­ gemäße Anlage bietet. Bei einer Werkstücklänge Lw beträgt der Verfahrbereich sk der Elektronenkanone 1 in Werkstücklängsrich­ tung, das ist in Längsachse des Rezipienten 2, ca. die halbe Werkstücklänge, Lw/2. Der Verfahrbereich sw des Werkstückes 3 bzw. des Längsschlittens bedingt eine Länge LR des Rezipienten 2 von der eineinhalbfachen Werkstücklänge, d. h., Lw × 1,5. In die Berechnung der Wegelängen geht der Ablenkwinkel α des Elektro­ nenstrahles 4 positiv mit ein.From Fig. 1 it can be seen what main advantage the Invention system offers. In one workpiece length L w is the traversing s k of the electron gun 1 in the longitudinal direction by the workpiece which is in the longitudinal axis of the receptacle 2, about half the length of the workpiece, L w / 2. The travel range s w of the workpiece 3 or the longitudinal slide requires a length L R of the recipient 2 of one and a half times the workpiece length, ie, L w × 1.5. In the calculation of the path lengths, the deflection angle α of the electron beam 4 is positive.

Dieses Verhältnis kann noch beliebig variiert werden, wobei der Länge sk des Verfahrweges der Elektronenkanone 1 Grenzen gesetzt sind. Diese sind dadurch bedingt, daß die Abdichtung der Öffnung im Rezipienten 2 für den Weg der Elektronenkanone problematisch werden kann.This ratio can be varied as desired, the length s k of the travel path of the electron gun 1 being limited. These are due to the fact that the sealing of the opening in the recipient 2 can be problematic for the path of the electron gun.

In Fig. 2 und 3 ist dargestellt, wie der Längsschlitten 5 mit dem daraufbefestigten Werkstück 3 mittels Führungsschienen 6 an der Seitenwand 7 des Rezipienten 2 angeordnet ist. Zweckmäßig ist hier eine bekannte Rollenführung vorgesehen und der Antrieb erfolgt mittels Längsspindel (nicht gezeichnet).In FIGS. 2 and 3 shows how the longitudinal slide 5 is arranged with the attached thereto workpiece 3 by means of guide rails 6 on the side wall 7 of the receptacle 2. A known roller guide is expediently provided here and the drive takes place by means of a longitudinal spindle (not shown).

Der Rezipient 2 hat auf der Oberseite eine dem Verfahrweg ange­ paßte Längsöffnung 8, in der in bekannter Weise abgedichtet die Elektronenkanone 1 geführt ist. Gegen äußere Einflüsse, wie z. B. Staub, ist der Führungsbereich mit einem Faltenbalg 9 abgedeckt.The recipient 2 has on the top of the travel path is fitted longitudinal opening 8 , in which the electron gun 1 is sealed in a known manner. Against external influences, such as B. dust, the guide area is covered with a bellows 9 .

Die Elektronenkanone 1 kann auch in Querrichtung geschwenkt wer­ den, wodurch sich die mögliche Seitenablenkung des Elektronen­ strahls 4 erweitert.The electron gun 1 can also be pivoted in the transverse direction, which extends the possible side deflection of the electron beam 4 .

Auf dem unteren Schenkel des Längsschlittens 5 sind Werkstückaufnahmen anzubringen. Es ist auch möglich, Drehvor­ richtungen einzusetzen; das gilt auch für den senkrechten Schen­ kel des Längsschlittens 5.Workpiece holders are to be attached to the lower leg of the longitudinal slide 5 . It is also possible to use Drehvor directions; this also applies to the vertical angle of the longitudinal slide 5 .

Vor der Längsöffnung 8 ist ein aufrollbarer Bedampfungsschutz 10 angeordnet, damit die Führungsbahn für die Elektronenkanone 1 nicht bedampft und deren Bewegung gestört wird.In front of the longitudinal opening 8 , a roll-up vaporization protection 10 is arranged so that the guideway for the electron gun 1 is not vaporized and its movement is disturbed.

Claims (5)

1. Elektronenstrahltechnologische Anlage zum Behandeln von Werkstücken bestehend aus einem Rezipienten mit rechtecki­ gem Querschnitt, einer Elektronenkanone zur Erzeugung eines zweidimensional ablenkbaren Elektronenstrahls, einer im Rezipienten zweidimensionalen Werkstückaufnahmevorrichtung, Meß-, Steuer- und Beobachtungseinrichtungen, Hochspannungs­ erzeuger und Vakuumerzeuger gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • - die Elektronenkanone (1) ist auf dem Rezipienten (2) in seiner Längsrichtung vakuumdicht während des Betriebes verfahrbar,
  • - der Rezipient (1) ist ca. 1,5mal länger als das längste zu behandelnde Werkstück (3),
  • - eine Seitenwand (7) des Rezipienten (2) ist seitlich, vorzugsweise nach unten abklappbar,
  • - an der Seitenwand (7) ist eine Werkstückaufnahmevorrich­ tung als Längsschlitten (5) axial verfahrbar angeordnet.
1.Electron beam technology system for treating workpieces consisting of a recipient with a rectangular cross-section, an electron gun for generating a two-dimensionally deflectable electron beam, a two-dimensional workpiece receiving device in the recipient, measuring, control and observation devices, high-voltage generators and vacuum generators characterized by the following features:
  • - The electron gun ( 1 ) can be moved on the recipient ( 2 ) in its longitudinal direction in a vacuum-tight manner during operation,
  • - The recipient ( 1 ) is about 1.5 times longer than the longest workpiece to be treated ( 3 ),
  • a side wall ( 7 ) of the recipient ( 2 ) can be folded down sideways, preferably downwards,
  • - On the side wall ( 7 ) a workpiece receiving device is arranged as a longitudinal slide ( 5 ) axially movable.
2. Elektronenstrahltechnologische Anlage nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Elektronenkanone (1) minde­ stens über die halbe Länge des Rezipienten (2) verfahrbar ist.2. Electron beam technology system according to claim 1, characterized in that the electron gun ( 1 ) can be moved at least over half the length of the recipient ( 2 ). 3. Elektronenstrahltechnologische Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenkanone (1) quer zur Längsrichtung des Rezipienten (2) schwenkbar ist.3. Electron beam technology system according to claim 1 and 2, characterized in that the electron gun ( 1 ) is pivotable transversely to the longitudinal direction of the recipient ( 2 ). 4. Elektronenstrahltechnologische Anlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsschlitten (5) L-förmig ist und die Führung an der Seitenwand (7) und dem senkrechten Schenkel des Längsschlittens (5) erfolgt und daß der waagerechte Schenkel abnehmbar ist. 4. Electron beam technology system according to claim 1 to 3, characterized in that the longitudinal slide ( 5 ) is L-shaped and the guide on the side wall ( 7 ) and the vertical leg of the longitudinal slide ( 5 ) and that the horizontal leg is removable. 5. Elektronenstrahltechnologische Anlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die längs verfahrbare Elektronenka­ none (1) und die vom Rezipienten (2) aus sichtbare Verfahrein­ heit mit einem Bedampfungsschutz (10) versehen ist.5. Electron beam technology system according to claim 1 to 3, characterized in that the longitudinally movable Elektronenka none ( 1 ) and the process unit visible from the recipient ( 2 ) is provided with a vapor protection device ( 10 ).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Prospekt der Fi. Leybold-Heraeus GmbH, Hanau "Elektronenstrahlschweissen, Grosskammeranlagen", 1985, Druckzeichen 62.210.1 T & D 5.1.85 *

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