DE1231816B - Einrichtung zur Regelung der Fokussierung eines Elektronenstrahlbuendels - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H05h

Deutsche KL: 21g -21/01

Nummer: 1231 816

Aktenzeichen: G 40331 VIII c/21 g

Anmeldetag: 10. April 1964

Auslegetag: 5. Januar 1967

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Fokussierung eines Elektronenstrahlbündels, das aus einer Elektronenstrahlquelle austritt, bei der die Elektronen aus einem Gasentladungsplasma herausgezogen werden und die aus einer käfigartigen Hohlkathode und einem diese umgebenden, auf positivem Potential liegendem metallischem Gehäuse besteht.

Derartige bekannte Einrichtungen werden zum Erhitzen, Bohren, Schweißen u. dgl. von Werkstücken, insbesondere großer Präzision, verwendet. Durch die Einwirkung des Elektronenstrahls auf das Werkstück wird jedoch Gas freigesetzt oder Material des Werkstücks verdampft; außerdem kann die vom erhitzten Werkstück emittierte Wärmestrahlung aus den Gehäusewänden Gas freisetzen. Dies hat eine Änderung des Gasdrucks in dem Gehäuse zur Folge. Da das Gasentladungsplasma einen relativ niedrigen Druck aufweist, ist es gegenüber Störungen dieser Art sehr empfindlich. Änderungen des Gasdrucks im Gehäuse verursachen ihrerseits Änderungen sowohl der Fokussierung als auch der Stromstärke des Elektronenstrahls, weil die Erzeugung eines Elekronenstrahls in derartigen Einrichtungen nur innerhalb eines engen Gasdruckbereichs bei bestimmten Kathodenspannungen möglich ist. So findet bei einer Erhöhung des Drucks eine diffuse Glimmentladung statt. Bei einer bestimmten Kathodenspannung ist der Strahl jeweils nur bei einem einzigen Gasdruck genau fokussiert. Durch eine in der Kathode angebrachte und von ihr isolierte Steuerelektrode kann dann unabhängig von der Fokussierung die Stromstärke des Strahls eingestellt werden, indem die Spannung zwischen Kathode und Steuerelektrode verändert wird.

Eine Erhöhung des Gasdrucks bei konstanter Kathodenspannung führt zu einem Durchschmelzen des Werkstücks und zu einer breiteren Schweißnaht. Bei einer Verringerung des Gasdrucks wird die Schweißnaht ebenfalls breiter, außerdem ist die Energiedichte des Strahls an der Stelle des Werkstücks kleiner, so daß teilweise nicht genug Schweißenergie dem Werkstück zugeführt werden kann.

Würde man den Gasdruck manuell regeln, ergäbe sich aber die Schwierigkeit, daß das Bedienungspersonal nicht schnell genug auf Druckänderungen reagieren könnte. Denn selbst eine verhältnismäßig kleine, nicht korrigierte Änderung des Gasdrucks kann den Betrieb derartiger Einrichtungen empfindlich stören. So ergibt zum Beispiel bei einer Kathodenspannung von 12 kV eine Änderung des Gasdrucks um nur 17% (von 6 auf 7 Mikron) eine Einrichtung zur Regelung der Fokussierung eines Elektronenstrahlbündels

Anmelder:

General Electric Company,

Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Phys. F. Endlich, Patentanwalt, Unterpfaffenhofen, Blumenstr. 5

Als Erfinder benannt:

Kenneth Laurent Boring, Scotia, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 30. April 1963 (276 845)

Änderung der Strahlintensität um 200 % (von 5 auf 15 mA), außerdem tritt eine beträchtliche Defokussierung des Strahls auf.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung der genannten Schwierigkeiten und Nachteile eine Einrichtung anzugeben, durch die der Gasdruck unabhängig von kleineren Druckänderungen automatisch geregelt wird.

Eine Einrichtung der eingangs genannten Art ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierung durch Änderung des Gasdruckes in dem Gehäuse in Abhängigkeit von dem auf das Gehäuse auftreffenden Elektronenstrom geregelt wird.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Einrichtung so ausgebildet sein, daß das positive Potential über einen elektrischen Widerstand an dem Gehäuse anliegt und eine an diesem Widerstand abgegriffene elektrische Spannung als Istwert dem Druckregelkreis zugeführt wird. Statt dessen kann die Einrichtung auch so ausgebildet sein, daß eine gegen den übrigen Teil des Gehäuses elektrisch isolierte Zwischenwand des Gehäuses, in der eine Strahlaustrittsöffnung angeordnet ist, über einen elektrischen Widerstand geerdet ist und daß eine an diesem Widerstand abgegriffene elektrische Spannung als Istwert dem Druckregelkreis zugeführt wird. Eine weitere Ausbildungsmöglichkeit besteht ferner darin, daß ein vor der Strahlaustrittsöffnung einer Zwischenwand innerhalb des Gehäuses angeordnetes, zu bearbeitendes metallisches Werkstück über einen elektrischen Widerstand geerdet ist und eine an die-

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sem Widerstand abgegriffene elektrische Spannung als Istwert dem Druckregelkreis zugeführt wird.

Zweckmäßigerweise können die Spannungen an den Widerständen mit Hilfe von Gleitkontakten abgegriffen werden. Auch können die an den Widerständen abgegriffenen Spannungen einem Verstärker zugeführt werden, dessen Eingang gleichzeitig an einer von einem Potentiometer gelieferten Bezugsspannung entgegengesetzten Vorzeichens liegt.

Die Einrichtung kann z. B. auch in der Umgebung eines Erdsatelliten oder in einer Vakuumkammer Verwendung finden, welche als Simulator für die Bedingungen im Weltraum dient, indem die Kathode von einer flexiblen, nicht porösen Einrichtung wie eine Kunststoffhülle umgeben wird, in welcher der für die Strahlerzeugung geeignete Gasdruck erzeugt wird.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Vorderansicht einer Elektronenstrahl-Bestrahlungsapparatur, die mehrere Schaltungen zur Erzeugung von elektrischen Signalen aufweist, welche ausgewählte Eigenschaften des Elektronenstrahls kennzeichnen,

F i g. 2 eine Schaltung zur Umwandlung des elektrischen Signals in eine mechanische Bewegung zur Betätigung des Gasventils,

F i g. 3 ein Ausfuhrungsbeispiel, das zur Erläuterung der Arbeiteweise der Einrichtung dient,

F i g. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel, das zur Erläuterung der Arbeitsweise der Einrichtung dient, und

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Änderung der Strahlstromstärke in Abhängigkeit von der Spannung am Gehäuse bei verschiedenen Drücken des Gases in dem Bereich der Kathode.

In F i g. 1 ist ein Gehäuse 1 dargestellt, das aus einem elektrisch leitenden, nicht porösen Material, wie Metall, besteht. Der Innenraum des Gehäuses 1 kann wie in Fig. 4 eine einzige Kammer sein oder in eine Anzahl von Kammern unterteilt sein. Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung weist eine erste Kammer 2 auf, in welcher die Kathode vorgesehen ist, sowie eine zweite Kammer 3, in welcher das durch den von der Kathode emittierten Elektronenstrahl zu bestrahlende Werkstück 4 angeordnet ist. Die Kammern 2 und 3 sind durch eine Trennwand 5 unterteilt, die aus demselben Material wie das Gehäuse 1 besteht. Die Trennwand 5 weist eine Öffnung 6 auf und ist von dem Gehäuse 1 durch einen nichtleitenden Stützring 7 isoliert. Ein geeignetes ionisierbares Gas, wie Argon oder Helium, wird durch eine Leitung 8 durch eine Außenwand des Gehäuses 1 in den Innenraum der Kammer 2 mit einem niedrigen Druck eingeführt. Die Leitung 8 kann mit Hilfe eines ersten Gasventils 9 mit einem nicht dargestellten Vorratsbehälter verbunden werden, mit welchem der Durchfluß des Gases in das Gehäuse 1 reguliert werden kann. Eine zweite Leitung 10 verläuft durch eine andere Außenwand des Gehäuses 1. Der große Durchmesser dieser Leitung hat einen geringen Austrittswiderstand für das von dem Werkstück 4 bei der Bestrahlung erzeugte Gas zur Folge. Diese Leitung dient ferner dazu, einen gewünschten Gasdruck in der Kammer 2 beizubehalten. Die Leitung 10 ist über ein zweites einstellbares Ventil 11 mit einem nicht dargestellten Pumpsystem verbunden. Deshalb kann der Gasdruck in der Kammer 2 durch Einstellung der Gasströmung durch jedes oder eines der beiden Ventile 9 und 11 reguliert werden. Die Elektronenquelle besteht aus einer perforierten Hohlkathode 12, die vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist und eine Öffnung 13 in dem Zentrum einer unteren Endwand aufweist, aus der ein (nicht in glühelektrischer Weise erzeugter) Elektronenstrahl austritt. Eine nicht dargestellte Steuerelektrode mit einer mit der Kathodenöffnung 13 und der Öffnung 6

ίο ausgerichteten Öffnung kann in der Kathode vorgesehen sein, um eine Einrichtung zur Steuerung der Strahlintensität unabhängig von der Fokussierung des Strahls vorzusehen.
An Anschlüsse 14, 15 ist eine Spannungsquelle angeschlossen, die vorzugsweise eine verhältnismäßig hohe einstellbare Gleichspannung für die Kathode liefert. Es können jedoch auch andere Spannungsquellen, wie beispielsweise eine Wechselspannungsquelle, vorgesehen sein, die Halbwellen zuführt. Die Kathode wird bei einer hohen negativen Spannung relativ zu dem Gehäuse 1 betrieben, welches als Anode dient. Die Spannung wird der Kathode 12 über einen Leiter 16 und den daran angeschlossenen Kathodenhalter 17 zugeführt. Der Kathodenhalter 17 ist ein elektrisch leitendes Röhrchen, das vorzugsweise aus Edelstahl besteht und zur Halterung der Kathode 12 in einer geeigneten Lage in dem Gehäuse 1 dient. Der Kathodenhalter 17 ist von dem Gehäuse 1 durch eine Isolierbuchse 18 isoliert. Das obere Ende des Kathodenhalters 17 kann zur Ausbildung einer gasdichten Abdichtung zwischen dem Innenraum und dem Außenraum des Gehäuses 1 durch einen Verschluß abgedichtet sein. Zu diesem Zwecke kann der Innenraum des röhrchenförmigen Halters 17 auch mit einem geeigneten Material ausgefüllt sein. Eine rohrförmige elektrisch leitende Abschirmung 19, die koaxial zu dem Halter 17 angeordnet ist, erstreckt sich entlang dem oberen Teil des Halters 17 innerhalb des Gehäuses 1. Die Abschirmung 19 steht in gut leitender Verbindung mit dem Gehäuse 1 und verhindert eine Langwegentladung zwischen dem Kathodenhalter 17 und dem Gehäuse 1. Die den Anschlüssen 14, 15 zugeführte Hochspannung kann auf 100 kV oder mehr eingestellt werden. Der bevorzugte Arbeitsbereich liegt jedoch zwischen 10 und 25 kV, weil bei diesen niedrigeren Spannungen eine unerwünschte Auslösung von Röntgenstrahlen und Schwierigkeiten bei der Isolation gering sind. Der Druck des gasförmigen Mediums kann auf etwa 50 Mikron eingestellt werden. Dieser Druck ist erforderlich, um die Strahlerzeugung in Abhängigkeit von der Kathodenspannung und dem verwandten Gas zu steuern. Eine Wechselwirkung zwischen der hohen negativen Spannung zwischen Kathode und Gehäuse und dem ionisierbaren gasförmigen Medium in dem Gehäuse erzeugt ein Gasentladungsplasma oder hochionisiertes Gas in der Kathode. Von dem Plasma werden Elektronen emittiert und treten durch die Kathoden-Öffnung 13 in Richtung auf das Werkstück 4 aus. Die Elektronenemission aus der Kathodenöffnung 13 ergibt einen gut kollimierten Elektronenstrahl innerhalb gewisser enger Bereiche der Spannung zwischen Kathode und Gehäuse und des Gasdrucks.

Änderungen des Gasdrucks in dem Gehäuse 1 verursachen sowohl Änderungen der Fokussierung des Strahls als auch dessen Intensität. Die Größe dieses Einflusses kann bei Bezugnahme auf F i g. 5

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abgeschätzt werden, in welcher die Änderungen der Eine elektrische Schaltung zum Nachweis einer Strahlintensität mit dem Druck des Argons darge- Änderung der Fokussierung eines Strahls enthält ein stellt sind. Ferner ist die der Einrichtung eigentümliche Potentiometer 20, das mit der Trennwand 5 über Arbeitsweise zur Erzeugung eines Elektronenstrahls einen Leiter 21 verbunden ist, welcher durch eine unter Beibehaltung gewisser Eigenschaften des 5 Isolierbuchse 22 in einer Wand des Gehäuses 1 geStrahls nur innerhalb enger Grenzen des Gasdrucks führt ist. Bei einer Änderung des Gasdrucks bei bei bestimmten Kathodenspannungen möglich. Bei konstanter Kathodenspannung wird der Elektroneneiner Betriebsweise oberhalb dieser Druckbereiche strahl defokussiert, so daß ein Teil davon auf die findet eine wandernde oder diffuse Glimmentladung Trennwand 5 auftrifft, da die Öffnung 6 nur so groß statt. Eine geringfügige Änderung des Gasdrucks io ist, daß ein Strahl mit vorbestimmtem Querschnitt kann durch eine manuelle Bedienung des Gasventils hindurchtreten kann. Der auf die Trennwand 5 aufnicht genau gesteuert werden, weil der Bedienende treffende Teil des Elektronenstrahls hat eine Eleknicht schnell genug reagieren kann. Selbst eine ver- tronenströmung zu dem positiven Anschluß des Pohältnismäßig kleine nicht korrigierte Änderung des tentiometers 20 zur Folge. Der Gleitkontakt 23 des Gasdrucks hat einen bedeutenden Einfluß auf den 15 Potentiometers 20 greift einen vorherbestimmten Elektronenstrahl und das bestrahlte Werkstück. Spannungsabfall über dem Potentiometer 20 ab, wel-F i g. 5 zeigt die Größe des Einflusses der Änderung eher einem Servosteuerverstärker 24 entsprechend des Gasdrucks auf die Änderung der Strahlstrom- F i g. 2 zugeführt wird, der ein üblicher elektrostärke bei einer bestimmten Kathodenspannung. Bei nischer Verstärker oder Magnetverstärker sein kann, einer Kathodenspannung von 12 kV ergibt eine 20 Ein elektromechanischer Umwandler 25, der einen Änderung des Gasdruckes von 17% (von 6 auf Gleichstrommotor und ein geeignetes Getriebe ent-7 Mikron) eine Änderung von 200% der Strahl- hält, ist an den Ausgang des Verstärkers 24 angestromstärke (von 5 auf 15 mA) sowie eine beträcht- schlossen und dient zum Antrieb der Ventilwelle 26 liehe Defokussierung des Strahls. Allgemein kann des Ventils 9 oder 11. Der Steuervorgang wird in der festgestellt werden, daß bei Schweißvorgängen eine 25 folgenden Weise erzielt: Bei normalen Betriebsbedin-Änderung des Gasdrucks von dem gewünschten gungen mit konstanter Kathodenspannung und kon-Druck zu einer schlechteren Verschweißung führt. stantem Gasdruck treffen keine Elektronen auf die Eine Erhöhung des Gasdrucks bei konstanter Katho- Trennwand 5 auf, weshalb kein Strom durch das denspannung hat ein Durchschmelzen des Werk- Potentiometer 20 fließt. Es ergibt sich deshalb kein Stücks und ferner eine Verbreiterung der Schweiß- 30 Fehlersignal am Ausgang des Verstärkers 24, so daß naht zur Folge. In entsprechender Weise hat eine die Ventilwelle 26 nicht durch den Umwandler 25 Verringerung des Gasdrucks ebenfalls eine Ver- betätigt wird. Bei einer geringen Änderung des Gasbreiterung der Schweißnaht und eine beträchtliche drucks wird der Elektronenstrahl defokussiert und Verschlechterung der Energiekonzentration auf das divergiert, so daß er teilweise auf die Trennwand 5 Werkstück zur Folge, wodurch ein ausreichendes 35 auftrifft, was zu einem dem Grad der Divergenz des Eindringen der Schweißenergie verhindert wird. Des- Elektronenstrahls proportionalen Strom führt. Die halb ist es wünschenswert, eine automatisch arbei- Größe des resultierenden Spannungsabfalls über dem tende Einrichtung zur besseren Regulierung des Gas- Potentiometer 20 bestimmt die Größe des Eingangsdrucks in dem Kathodenbereich zu verwenden, wenn signals zum Verstärker 24, wodurch der Drehbetrag Metalle geschnitten, geschweißt oder verlötet wer- 40 der Ventilwelle 26 bestimmt ist, welche das Gasden sollen oder wenn eine sonstige hochwertige druckventil 9 oder 11 in einer solchen Richtung verMetallverarbeitung vorgenommen werden soll. stellt, daß der ursprüngliche Zustand für den Strahl Eine genaue Regulierung des Elektronenstrahls wieder hergestellt wird. Eine kleine Erhöhung des wird durch den Nachweis spezieller Eigenschaften Gasdrucks wird durch teilweises Schließen des Vendes Elektronenstrahls erhalten, indem die davon 45 tils 9 oder durch eine größere Durchflußöffnung des abgeleiteten Signale einem Steuersystem zugeführt Ventils 11 gesteuert. In entsprechender Weise wird werden, welches das Gasdurchflußventil 9 oder 11 so eine Erniedrigung des Gasdrucks durch eine größere regelt, daß die Betriebsbedingungen für den Strahl Öffnung des Ventils 9 oder ein teilweises Schließen praktisch konstant bleiben. Insbesondere ist aus des Ventils 11 gesteuert.

Fig. 5 ersichtlich, daß die Strahlstromstärke direkt 50. Eine elektrische Schaltung zumNachweis der Strahlvon dem Gasdruck abhängig ist. Eine zweite Eigen- Stromstärke allein kann durch den Anschluß eines schaft des Strahls, entsprechend der ein Signal für Potentiometers 20 in Reihe zwischen dem positiven das Steuersystem erzeugt werden kann, ist die Fokus- Spannungsanschluß 14 und dem Gehäuse 1 gebildet sierung des Strahls. Innerhalb der betreffenden engen werden. Der Gleitkontakt 28 des Potentiometers 27 Grenzen des Gasdrucks und der Kathodenspannung, 55 liefert entsprechend dem Spannungsabfall über dem bei denen eine geeignete Strahlerzeugung stattfindet, Potentiometer 27 ein proportionales Eingangssignal ist der am schärfsten fokussierte Strahl nur bei einem an den Verstärker 24. Eine zweite Eingangsgröße einzigen Gasdruck bei einer bestimmten Kathoden- für den Verstärker 24 wird von einer elektrischen spannung vorhanden. Eine Änderung des Gasdrucks Schaltung geliefert, welche ein Bezugspotentiometer bei konstanter Kathodenspannung hat eine Defokus- 60 29 und eine Gleichspannungsquelle 30 aufweist, die sierung oder Vergrößerung des Querschnitts des parallel zu dem Potentiometer 29 geschaltet ist. Diese Strahls zur Folge. Der Gasdruck kann deshalb einge- spezielle Steuerschaltung arbeitet in der folgenden stellt werden, indem Änderungen der Strahleninten- Weise: Während normaler Betriebsbedingungen mit sität oder der Fokussierung nachgewiesen werden, konstanter Spannung und konstantem Gasdruck liewovon ein elektrisches Signal abgeleitet und zur 65 fert der durch das Potentiometer 27 fließende ge-Steuerung eines Gasventils in einer solchen Weise wünschte Strahlstrom ein Eingangssignal an den Ververwandt wird, daß die ursprünglichen Bedingungen stärker 24. Der Gleitkontakt 31 des Bezugspotentiofür den Strahl wieder hergestellt werden. meters 29 wird so eingestellt, daß sich eine Spannung

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ergibt, welche gleich dem Eingangssignal von dem gewünschten Betriebsbedingungen für den Strahl erPotentiometer 27 und diesem entgegengesetzt ge- gibt. Ein elektrisches Signal von dem Manometer richtet ist Bei stationären Bedingungen gibt deshalb 36 kann in Verbindung mit irgendeinem der Signale der Verstärker 24 kein Ausgangssignal ab, so daß die von den Potentiometern 20, 27 und 32 ausgenutzt Gasventile nicht verstellt werden. Bei einer Erhöhung 5 werden. Bei einer Anordnung kann das Signal des des Gasdrucks steigt die Strahlstromstärke an, und Manometers von dem Signal des Potentiometers der größere Spannungsabfall über dem Potentio- übersteuert oder überlagert werden. Bei einer zweimeter27 hat die Erzeugung eines Fehlersignals ten Anordnung kann das Signal des Manometers durch den Verstärker 24 zur Folge, welches das Gas- wahlweise bei einer vorherbestimmten Größe des ventil 11 mehr öffnet, wodurch der Gasdruck in der io Signals des Potentiometers aus der Steuerschaltung Kammer 2 erniedrigt und die anfängliche Strom- abgeleitet werden.

stärke wieder hergestellt wird. Wahlweise hat eine Eine Verwendungsmöglichkeit der Einrichtung in

Erniedrigung des Gasdrucks die Erzeugung eines einem evakuierten Raum, beispielsweise in einem

Signals zur Folge, durch welches das Gasventil in Weltraumsimulator, ist in Fig. 3 dargestellt. Das

der entgegengesetzten Richtung verstellt wird. 15 Gerät zur Erzeugung eines Elektronenstrahls ist von

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel einer Ein- einer flexiblen, nicht porösen Hülle, wie einer Kunstrichtung zur automatischen Steuerung des Gasdrucks stoffhülle 37, umgeben. Ein Vorratsbehälter 38 für wird die Strahlstromstärke durch Verbindung eines das gasförmige Medium, welches zur Herstellung Potentiometers 32 mit dem Werkstück 4 über einen des Plasmas in der Kathode 12 dient, ist auf der Leiter 33 nachgewiesen, welcher mit Hilfe einer 20 Außenseite der Hülle 37 vorgesehen und damit über Isolierbuchse 34 durch eine Wand des Gehäuses 1 ein Reduzierventil 9 verbunden, das von Hand bedurchgeführt ist. Das Potentiometer 32 dient dem- tätigt oder in der oben beschriebenen Weise autoselben Zweck wie das Potentiometer 27. Es ist zu matisch gesteuert werden kann. Der Innenraum des bemerken, daß die Öffnung 6 in diesem Falle hin- Behälters 37 kann auf diese Weise mit einem gasreichend groß sein muß, um ein Auftreffen von Elek- 25 förmigen Medium versorgt werden, in dem die Katronen des Elektronenstrahls auf die Trennwand 5 thode arbeitet. Dieser niedrige Druck genügt zum zu verhindern. Wahlweise kann die Öffnung 6 so Aufblähen der Hülle 37, da außerhalb der Hülle ein groß ausgebildet werden, daß sie lediglich dazu aus- Vakuum vorhanden ist. Ein Bedienender 39 bringt reicht, einen gut fokussierten Elektronenstrahl hin- das Gerät an die gewünschte Stelle, an welcher ein durchtreten zu lassen, so daß das durch den Gleit- 30 Schweißvorgang oder eine andere Elektronenbekontakt 35 abgenommene Eingangssignal dann so- strahlung erfolgen soll. Der Bedienende ist mit einem wohl von der Änderung der Strahlstromstärke als Atmungsgerät ausgerüstet. Die Hülle 37 kann am auch einer Defokussierung abhängig ist. Boden des Weltraumsimulators durch eine Einrich-

Die Potentiometer 20, 27 und 32 können allein tung befestigt sein, welche nicht unbedingt einen

oder in Kombination verwandt werden, um dem 35 gasdichten Abschluß gewährleisten muß.

Verstärker 24 Eingangssignale zuzuführen, die Ein anderer Anwendungsfall der Einrichtung mit

spezielle Betriebsbedingungen kennzeichnen. Wäh- einer gedrängten Bauart soll an Hand der F i g. 4

rend des anfänglichen Intervalls der Strahlausbildung erläutert werden. In diesem Falle befindet sich der

kann ein Schirm zwischen der Öffnung 6 und dem Bedienende 39 außerhalb der Kunststoffhülle 37. Die

Werkstück 4 angeordnet werden, wobei das Werk- 40 Hülle ist so klein, daß sie einfach in bezug auf das

stück von dem Strahl abgeschirmt und das Potentio- Werkstück 4 bewegt werden kann. Das Gerät zur

meter 27 dazu verwandt wird, die gewünschte Strahl- Erzeugung eines Elektronenstrahls weist bei diesem

Stromstärke einzustellen, und das Potentiometer 20 Ausführungsbeispiel keine Seitenwand für das Ge-

zur Einstellung der gewünschten Fokussierung des häusel auf. Die Kathode 12, die Wandl, der

Strahls. Nach Einstellung der gewünschten Bedin- 45 Kathodenhalter 17 und die Buchse 18 werden von

gungen für den Strahl wird die Abschirmung ent- der aufgeblasenen Hülle 37 getragen, welche entlang

fernt, wonach die Potentiometer 27 und 20 weiter- den Außenkanten von der Gehäusewand 1 zu dem

hin angeschaltet bleiben oder eines oder beide ab- Grundteil 40 verlaufende Verstrebungen aufweist,

geschaltet werden, während das Potentiometer 32 als auf welchem Grundteil die Hülle 37 aufliegt. Ein

Nachweiselement verwandt wird. Es kann deshalb 50 Leiter 41 verbindet das Werkstück 4 mit einer der

irgendeine gewünschte Kombination der zum Nach- Verstrebungen, die aus einem elektrisch leitenden

weis dienenden Potentiometer verwandt werden, um Material bestehen, so daß sich eine Rückleitung zu

eine gewünschte Nachweisfunktion zu erzielen. dem positiven Anschluß der Spannungsquelle er-

Zweckmäßigerweise findet als weiteres Nachweis- gibt. Diese Ausführungsform ermöglicht eine Be-

element eine Einrichtung zur Druckmessung Ver- 55 obachtung des gesamten Bestrahlungsvorgangs, weil

wendung, mit welcher Drucke unterhalb etwa die Hülle 37 aus einem durchsichtigen Kunststoff

50Mikron gemessen werden können und die ein hergestellt werden kann. Während das in Fig. 3

weiteres Eingangssignal an den Verstärker 24 ab- dargestellte Gerät zur Erzeugung eines Elektronen-

gibt. Das Manometer 36 weist einen durch das Ge- Strahls nur in gewissen Fällen als tragbar bezeichnet

häuse 1 verlaufenden Anschluß zum Nachweis des 60 werden kann, kann das in F i g. 4 dargestellte Gerät

Gasdrucks in dem Bereich der Kathode 12 auf. Der ohne weiteres weggetragen und transportiert werden,

gewünschte Gasdruck ist auf Grund eines früheren um beispielsweise zur Reparatur einer Außenfläche

Betriebs bekannt. Das Manometer wirkt besonders eines Erdsatelliten Verwendung zu finden. Zu diesem

vorteilhaft zur Voreinstellung dieses gewünschten zweck kann beispielsweise ein Handgriff an der

Betriebsdrucks. Nach dem Anschluß der Spannungs- 65 Endwand 1 befestigt und ein geeigneter Mechanis-

quelle zur Leistungszufuhr zur Kathode an den An- mus vorgesehen werden, welcher eine manuelle oder

Schlüssen 14 und 15 wird die Kathodenspannung automatische Steuerung der Kathodenspannung

auf einen ausgewählten Wert erhöht, welcher die und des Gasdrucks ermöglicht. Der Bedienende kann

das Gerät zur Erzeugung eines Elektronenstrahls mit der mit Verstrebungen versehenen Hülle 37 in eine geeignete Lage relativ zu dem Werkstück 4 auf der Oberfläche des zu reparierenden Satelliten bringen. Zwischen der Unterseite der Hülle 37 und der Oberfläche 40 des Satelliten kann ein Spiel zugelassen werden, wenn eine ausreichende Gasmenge zugeführt werden kann, um den erforderlichen Gasdruck in dem Bereich der Kathode 12 aufrechtzuerhalten. Eine im wesentlichen gasdichte Hülle ermöglicht jedoch die Verwendung eines kleineren Gasvorratsbehälters 38, weil dann kein Gas aus dem Innenraum der Hülle 37 in das umgebende Vakuum gelangen kann. Ein Auslaß zum Ausblasen der unerwünschten Entgasungsprodukte aus dem bestrahlten Werkstück kann an der Hülle 37 vorgesehen sein. Bei dem in F i g. 4 dargestellten Beispiel muß der Bedienende mit einem Strahlungsschutzanzug ausgerüstet sein, da wegen des Fehlens der Seitenwände des metallischen Gehäuses 1 und wegen der Verwendung von Kunststoff für die Hülle 37 Rötgenstrahlung in den Außenraum der Hülle 37 gelangen kann, die an der Kathode erzeugt wird. Zweckmäßigerweise wird eine Wärmeabschirmung in der Hülle 37 befestigt, die sich um die Kathode und das Werkstück erstreckt, die auch zur Abschirmung gegen Röntgenstrahlung und dazu dient, ein Schmelzen des Kunststoffes der Hülle 37 zu verhindern.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Regelung der Fokussierung eines Elektronenstrahlbündels, das aus einer Elektronenstrahlquelle austritt, bei der die Elektronen aus einem Gasentladungsplasma herausgezogen werden und die aus einer käfigartigen Hohlkathode und einem diese umgebenden, auf positivem Potential liegenden metallischen Gehäuse besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierung durch Änderung des Gasdruckes in dem Gehäuse (1) in Abhängigkeit von dem auf das Gehäuse auftreffenden Elektronenstrom geregelt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das positive Potential über einen elektrischen Widerstand (27) an dem Gehäuse (1) anliegt und eine an diesem Widerstand abgegriffene elektrische Spannung als Istwert dem Druckregelkreis zugeführt wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine gegen den übrigen Teil des Gehäuses elektrisch isolierte Zwischenwand (5) des Gehäuses (1), in der eine Strahlaustrittsöfrnung (6) angeordnet ist, über einen elektrischen Widerstand (20) geerdet ist und daß eine an diesem Widerstand abgegriffene elektrische Spannung als Istwert dem Druckregelkreis zugeführt wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein vor der Strahlaustrittsöffnung (6) einer Zwischenwand (5) innerhalb des Gehäuses (1) angeordnetes, zu bearbeitendes metallisches Werkstück (4) über einen elektrischen Widerstand (32) geerdet ist und eine an diesem Widerstand abgegriffene elektrische Spannung als Istwert dem Druckregelkreis zugeführt wird.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen an den Widerständen mit Hilfe von Gleitkontakten (23, 28, 35) abgegriffen werden.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Widerständen abgegriffenen Spannungen einem Verstärker (24) zugeführt werden, dessen Eingang gleichzeitig an einer von einem Potentiometer (29) gelieferten Bezugsspannung entgegengesetzten Vorzeichens liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 331423, 328 834;

deutsche Auslegeschriften Nr. 1100 835,
1087295;

USA.-Patentschrift Nr. 848 600;

Die Naturwissenschaften, 1926, Nr. 30, S. 718
und 719;

Electronics, Vol. 35, 1962, Nr. 49, S. 60.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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