DE4415694C2 - Electron beam technology plant for the treatment of workpieces - Google Patents

Electron beam technology plant for the treatment of workpieces

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Description

Die Erfindung betrifft eine elektronenstrahltechnische Anlage zum Behandeln von Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Vorzugsweise sollen darin langgestreckte Werkstücke behandelt werden.The invention relates to an electron beam system for treating workpieces according to the generic term of Claim 1. Preferably elongated therein Workpieces are treated.

In einer solchen elektronenstrahltechnologischen Anlage werden Oberflächen von Werkstücken derart beaufschlagt, daß diese modifiziert, d. h. gehärtet werden. Je nach dem Verwendungszweck des Werkstückes wird die gesamte oder es werden Bereiche der Oberfläche gehärtet. Im Wesentlichen sind es Führungsbahnen oder -spindeln, z. B. von Werkzeugmaschinen, die zu härten sind.In such an electron beam technology facility Surfaces of workpieces applied in such a way that they modified, d. H. be hardened. Depending on the purpose of the workpiece is the whole or there are areas of the Hardened surface. They are essentially guideways or spindles, e.g. B. of machine tools that are to be hardened.

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 Werkstücke 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. For vacuum generation vacuum pumps are connected via pipes. For Function of the system include measuring, control and Observation facilities and high voltage generators for the Electron gun. The size of the recipient will depend on the size of the workpieces to be treated essentially determines or the recipient determines the possible range of those to be treated Workpieces. It is particularly critical when long workpieces, such as how to harden guide rails. These will due to the possible deflection field limited in two dimensions Electron gun moves, so that usually a recipient the must take up about twice the 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 the further disadvantage that it is difficult to Maintenance work and retrofitting through the usual front attached door to get into the recipient.

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 Dichtungen schwer realisierbar sind. Weiterhin ist ein hoher mechanischer Aufwand erforderlich, um die Elemente mit dem Mittelteil in einer Flucht zu führen, um die im Rezipienten nötigen Werkstückaufnahmen exakt führen zu können. Außerdem nimmt die Volumenänderung Einfluß auf alle Parameter und erfordert hohen Steuer- und Regelaufwand. Die Führung von im Rezipient bewegbaren Werkstückaufnahmen sind äußerst kompliziert und störanfällig.This solution was practically not used because it Deficiency shows that the respectively between the middle part, i.e. H. the basic body and the necessary elements Seals are difficult to implement. Furthermore, a high one mechanical effort required to the elements with the To guide the middle part in an alignment to that in the recipient to be able to precisely guide the necessary workpiece holders. also the change in volume affects all parameters and requires high tax and regulation effort. The leadership of im Recipiently movable workpiece holders are extreme complicated and prone to failure.

Es ist eine elektronenstrahltechnologische Anlage der eingangsgenannten Art bekannt, bei der der Rezipient eine stirnseitige Öffnung hat (Prospekt Fa. Leybold-Heraeus GmbH 62- 210.1), so daß langgesteckte zu behandelnde Werkstücke schwer in den Rezipienten ein- und auszubringen sind, da die stirnseitige Öffnung klein gegen die Länge ist. Die Werkstückaufnahme-Vorrichtung ist nur durch Ausfahren aus dem Rezipienten zugängig, was in der Bedienung erschwerend ist.It is an electron beam technology facility of the known type, in which the recipient is a front opening (brochure from Leybold-Heraeus GmbH 62- 210.1), so that long-handled workpieces to be treated are difficult to be brought in and out of the recipient, because the front opening is small against the length. The Workpiece holder is only by extending out of the Accessible to recipients, which is difficult to operate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronenstrahltechnologische Anlage zum Behandeln von Werkstücken der eingangs genannten Art, insbesondere zur Behandlung langgestreckter Werkstücke, wie beispielsweise Führungsleisten, zu schaffen, deren Rezipientenabmessungen, insbesondere Länge, nicht wesentlich länger als das längste zu behandelnde Werkstück ist und deren Längsschlitten leicht zugängig und be- und entstückbar ist und sich insgesamt zum Zweck der Reinigung des Rezipienten an diesem einfach entfernen läßt.The invention has for its object a Electron beam technology plant for the treatment of Workpieces of the type mentioned, in particular for Treatment of elongated workpieces, such as Guide rails, to create their recipient dimensions,  particular length, not much longer than the longest too The workpiece to be treated is light and its longitudinal slide is light is accessible and can be dismantled and dismantled, and overall becomes Simply remove the purpose of cleaning the recipient leaves.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe nach den Merkmalen des Patent­ anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den den Patentansprüchen 2 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 2 to 5.

Bei der erfindungsgemäßen Anlage wird die Verkürzung der Länge des Rezipienten auf die eineinhalbfache Werkstücklänge durch die in Längsrichtung des Rezipienten verfahrbare Elektronenkanone mit einem Fahrweg von ca. halber Rezipientenlänge ermöglicht. Einen bedeutenden Vorteil bringt die abklappbare Seitenwand des Rezipienten 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 Entstückung 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 Werkstückaufnahmen an dem senkrechten Schenkel möglich, wobei sich der Höhenbereich erweitert.In the system according to the invention, the shortening of the length of the recipient to one and a half times the workpiece length the one that can be moved in the longitudinal direction of the recipient Electron gun with a travel distance of approx. Half Recipient length enables. Brings a significant advantage the foldable side wall of the recipient in connection with the guidance of the longitudinal slide on the foldable side wall. As a result, the entire interior of the Recipients freely and can be without any obstacle, e.g. B. internals, getting cleaned. Another big advantage is that at unfolded side wall changes on the longitudinal slide or whose workpiece holder, the mounting and dismounting is given. In contrast, it is difficult in an elongated Workers of this type from the front perform. By removing the horizontal leg of the longitudinal slide is the construction of workpiece holders the vertical leg possible, the height range expanded.

Schließlich wird der Bereich der Beaufschlagung von Werkstücken mit dem Elektronenstrahl noch dadurch quer zur Längsachse erweitert, 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 still transverse to the longitudinal axis expanded in that the electron gun can be pivoted. This also expands the application area by due to the inclination of the electron beam perpendicular and surfaces hidden from above can be hardened. Of the limited by the magnetic beam deflection The area is significantly expanded and thus the whole Area of application of the system.  

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 erfindungsgemäße Anlage bietet. Bei einer Werkstücklänge Lw beträgt der Verfahrbereich sk der Elektronenkanone 1 in Werkstücklängsrichtung, 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 Elektronenstrahles 4 positiv mit ein.It can be seen from FIG. 1 what main advantage the system according to the invention offers. With a workpiece length L w , the travel range s k of the electron gun 1 in the longitudinal direction of the workpiece, that is, in the longitudinal axis of the recipient 2 , is approximately half the workpiece length, 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. The deflection angle α of the electron beam 4 is included in the calculation of the path lengths.

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 darauf befestigten 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 fixed thereon 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 werden, wodurch sich die mögliche Seitenablenkung des Elektronenstrahls 4 erweitert. The electron gun 1 can also be pivoted in the transverse direction, which expands the possible lateral 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 Schenkel 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 leg 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, die auf dem Rezipienten in seiner Längsrichtung vakuumdicht während des Betriebes verfahrbar ist, einem Längsschlitten zur Aufnahme von Werkstücken im Rezipienten, Meß-, Steuer- und Beobach­ tungseinrichtungen, Hochspannungserzeuger und Vakuumerzeu­ ger, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • - der Rezipient (1) ist ca. 1,5 mal 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 der 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, which can be moved on the recipient in the longitudinal direction in a vacuum-tight manner during operation, a longitudinal slide for receiving workpieces in the recipient, Measuring, control and monitoring devices, high voltage generators and vacuum generators, characterized by the following features:
  • - 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 ), the longitudinal slide ( 5 ) is arranged 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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