DE4432983C1 - Vorrichtung zum Halten und Zentrieren von Kathodendrähten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten und Zentrieren von Kathodendrähten nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Solche Vorrichtungen werden zur Elektronenstrahlhärtung fester und flexibler Materialien sowie im Druckbereich eingesetzt. In diesen Bereichen werden unterschiedliche Anforderungen an die Vorrichtungen bezüglich der Elek­ tronenenergien und Elektronenstrahlleistungen gestellt.

Es werden hierfür Vorrichtungen mit Elektronenenergien zwischen 150 und 280 keV und Strahlströmen zwischen 30 und 300 mA eingesetzt. In "Nuclear Instruments & Methods in Physics Research", Section B 68 (1992), S. 73-78, "LEA electron accelerators for radiation processing" ist eine Vorrichtung mit einer drahtförmigen Linearkathode beschrieben. Die Linearkathode, die in DD 2 68 330 A1 durch zwei zentrierbare Spannvorrichtungen, von denen eine angefedert ist, gehalten wird, wird mit Stromdurch­ gang erhitzt, so daß sie thermische Elektronen emittiert. Diese Elektronen werden ohne Steuergitter über eine rohrförmige, geschlitzte Elektrode formiert und durch ein Elektronenstrahlfenster ausgeschleust.

Während des Strahlungsbetriebes muß die relative Position des Kathodendrahtes zum Öffnungsschlitz der Formierelektrode nahezu konstant bleiben, um eine optimale Wirksamkeit zu erreichen (DD 2 69 720 A1).

Beim Erhitzen des Kathodendrahtes entsteht eine große Wärmebelastung der unmittelbar oder mittelbar mit dem glühenden Kathodendraht verbundenen Teile bzw. Bau­ gruppen und des Kathodeninnenraumes. Änderungen in der Position und der Länge des Kathodendrahtes sind die Folge. Dabei ist der Kathodendraht selbst die initiale Wärmequelle im Elektronenstrahlerzeugersystem. Leitende Halteelemente für den Kathodendraht stellen dabei eine Feldstörung dar, die den Verlauf der Elektronentrajek­ torien beeinflußt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zum Halten und Zentrieren von Kathodendrähten zu schaffen, mit der der Wärmefluß in die mit den Kathoden­ drähten verbundenen Baugruppen bzw. Teile bei möglichst kleiner Feldstörung verringert werden kann.

Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 be­ rücksichtigten Stand der Technik, ist diese Aufgabe ge­ löst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die Erfindung entsteht ein parallel geschalteter Leiter, der die Heizleistung am Ende des Kathodendrahtes reduziert und ebenso den Wärmefluß in die unmittelbar oder mittelbar mit dem Ende des Kathodendrahtes verbun­ denen Teile bzw. Baugruppen. Die durch die Erwärmung bedingte Längenausdehnung des Kathodendrahtes und der Formierelektrode wird über das elastisch auf dem Draht­ führungsrohr gelagerte Halteelement des Kathodendrahtes ausgeglichen. Dabei bewirkt das Drahtführungsrohr rela­ tiv zum Kathodendraht eine kleinstmögliche Feldstörung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher be­ schrieben.

Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung 10 zum Halten und Zentrieren von Kathodendrähten 11 für Niederenergie- Elektronenstrahler. An dem Halteelement 12 ist der Kathodendraht 11 mit der Feststellschraube 13 an die Befestigungsfläche 14 geklemmt. Das Halteelement 12 ist mit einem Drahtführungsrohr 15 verbunden, das in Bohrung 16 angeordnet ist. Das Drahtführungsrohr 15 ist über nicht näher dargestellte Mittel 27 isoliert mit der rohrförmigen Formierelektrode 17 verbunden und stellt bezogen auf das Halteelement das Festlager dar. Der Längsschlitz der Formierelektrode 17 ist mit 18 be­ zeichnet. An dem Drahtführungsrohr 15 ist ein Anlage­ element 19 befestigt. Zwischen diesem Anlageelement 19 und der Stirnseite des Halteelementes 12 ist die Feder 20 in der Ausnehmung 21 angeordnet. Der Kathodendraht 11 verläuft durch den Kanal 22 des Drahtführungsrohres 15 und liegt an der Austrittsöffnung 23 an. Die Aus­ trittsöffnung 23 ist nach einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform in einer mit dem Drahtführungsrohr 15 ver­ bundenen Düse 24 angeordnet. Der Querschnitt 25 der Austrittsöffnung 23 entspricht in etwa dem Querschnitt des Kathodendrahtes 11. Das Anliegen des Kathodendrahtes 11 an der Wand der Austrittsöffnung 23 wird durch eine versetzte Anordnung der Austrittsöffnung 23 zur Befes­ tigungsfläche 14 sichergestellt. Der Kathodendraht 11 ist auf dieser Befestigungsfläche 14 außeraxial zu dem Verlauf des Kathodendrahtes 11 nach der Austrittsöffnung 23 angeklemmt, so daß der Kathodendraht 11 nur in der Austrittsöffnung 23 der Düse 24 und an der Befesti­ gungsfläche 14 anliegt. Durch das Anliegen des Kathoden­ drahtes 11 in der Austrittsöffnung 23 des Drahtführungs­ rohres 15 entsteht ein parallel geschalteter elektrischer Leiter. Die Heizleistung im Ende des Kathodendrahtes wird reduziert und ebenso der Wärmefluß in die dieser Vorrichtung vorgeschalteten Zuleitungselemente.

Es ist dabei selbstverständlich, daß andere Ausführungs­ formen als die vorstehend beschriebenen möglich sind. So ist es beispielsweise möglich, das Drahtführungs­ rohr 15 auf einer Achse mit der Befestigungsfläche 14 und die Austrittsöffnung 23 außeraxial in dem Draht­ führungsrohr 15 vorzusehen. Weiterhin können das Draht­ führungsrohr 15 mit Austrittsöffnung 23 axial zur Be­ festigungsfläche 14 angeordnet werden, wobei in der Aus­ trittsöffnung 23 über Mittel, wie z. B. Andrückschrauben, sichergestellt ist, daß der Kathodendraht 11 an der Wand der Düse 24 anliegt.

Bevorzugt ist das Drahtführungsrohr 15 aus schlecht wärmeleitendem Material, z. B. Edelstahl, gefertigt. Es besitzt bevorzugt einen kleinen Außendurchmesser 26. Das Drahtführungsrohr 15 stellt somit relativ zum Kathodendraht 11 eine kleinstmögliche Feldstörung dar, die den Verlauf der Elektronentrajektorien nur unerheb­ lich verändert.

Die relative Position des Kathodendrahtes 11 zum Längs­ schlitz 18 der Formierelektrode 17 wird mittels der temperaturbeständigen Feder 20 konstant gehalten. Die an dem als Festlager ausgebildeten Anlageelement 19 an­ liegende Feder 20 wird beim Befestigen des Kathoden­ drahtes 11 an der Befestigungsfläche 14 vorgespannt. Die dann im Strahlungsbetrieb unter Spannung stehende Feder 20 bewirkt, daß auch bei einer Längenveränderung der Formierelektrode 17 des Kathodendrahtes 11 der Kathodendraht 11 gespannt bleibt. Hierzu ist das Halteelement 12 auf dem Drahtführungsrohr 15 längsver­ schiebbar angeordnet.

Auf der gegenüberliegenden Seite ist der Kathodendraht 11 in einem Drahtführungsrohr geführt, das fest mit einem Halteelement verbunden ist.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Halten und Zentrieren von Kathoden­ drähten für Niederenergie-Elektronenstrahler, die an Befestigungsflächen von Halteelementen befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Halteelement (12) mit einem Drahtführungs­ rohr (15) verbunden ist, in dem der Kathodendraht (11) verläuft und der Kathodendraht (11) an der Aus­ trittsöffnung (23) des Drahtführungsrohres (15) an­ liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (23) in einer mit dem Draht­ führungsrohr (15) verbundenen Düse (24) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt (25) der Austrittsöffnung (23) in etwa dem Querschnitt des Kathodendrahtes (11) entspricht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (23) versetzt zur Befes­ tigungsfläche (14) des Halteelementes (12) ange­ ordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtführungsrohr (15) ein radial abstehendes Anlageelement (19) aufweist und zwischen dem Anlage­ element (19) und dem Halteelement (12) eine Feder (20) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (12) auf dem Drahtführungsrohr (15) axialverschiebbar ist.