DE4432982C2 - Vorrichtung zum Bestrahlen von Oberflächen mit Elektronen - Google Patents
Vorrichtung zum Bestrahlen von Oberflächen mit ElektronenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestrahlen
von Oberflächen mit Elektronen 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 1992, Article "LEA
electron accelerators for radiation processing" ist eine
Vorrichtung mit einer drahtförmigen Linearkathode be
schrieben. Die Linearkathode wird mit Stromdurchgang
erhitzt, so daß sie thermische Elektronen emittiert.
Diese Elektronen werden ohne Steuergitter über eine
rohrförmige Elektrode formiert und durch ein Elektronen
strahlfenster ausgeschleust. Unterhalb des Elektronen
strahlfensters treffen die Elektronen auf die Ober
fläche der Materialien, die über Einrichungen an dem
Elektronenstrahlfenster vorbeigeführt werden.
Beim Erhitzen der drahtformigen Kathode entsteht eine
große Wärmebelastung der unmittelbar oder mittelbar mit
der Kathode verbundenen Teile bzw. Baugruppen, insbeson
dere des Innenraumes der Formierelektrode. Zur Vermei
dung einer thermischen und elektrischen Überbelastung
ist die Hochspannungs- und Strahlstromzuführung der
bekannten Vorrichtungen zum Erzeugen von Niederenergie-
Elektronen über einen mit Isolieröl gefüllten Behälter
auf die Kathode und Formierelektrode geschaltet. Der
ölgefüllte Behälter, der zur Aufnahme des Steckers
dient, hat eine hohe Isolationsfestigkeit. Die Wärme
belastung wird durch eine Ölumlaufkühlung kompensiert.
Es besteht die Gefahr, daß Luftblasen sich am Stecker
oder dem Steckeraufnahmebehälter bilden, die die
Isolationsfestigkeit beeinträchtigen.
Durch die Ölumlaufkühlung entsteht eine großbauende
Baugruppe, die in erheblichem Maß die Kosten der Vor
richtung erhöht und damit die Wirtschaftlichkeit für
bestimmte Anwendungen, wie das Elektronenstrahlhärten,
gegenüber kostengünstigeren, technologisch jedoch
schlechter für das Härten der Materialien geeigneter
Einrichtungen, bestimmt.
Es wäre bei derartigen Vorrichtungen daher wünschens
wert, wenn die Hochspannungs- und Strahlstromzuführung
vereinfacht und baulich kleiner ausgebildet werden
könnte, ohne daß hierdurch die Gefahr einer thermischen
Überbelastung der Isolierteile auftritt.
Ferner ist aus der EP 186 558 A1 eine Vorrichtung zum
Bestrahlen von Oberflächen mit Elektronen bekannt, bei
der in einer mit einem Elektronenstrahlaustrittsfenster
versehenen Vakuumkammer ein Elektronenstrahlerzeugungs
system angeordnet ist, das aus einer Kathode und einer
Formierelektrode besteht, die von einem Rohr getragen
werden, das über einen hohlen Isolator mit der Wand der
Vakuumkammer verbunden ist und über das Hochspannung
und Strahlstrom zur Formierelektrode und zur Kathode
ölfrei zugeführt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich
tung zum Bestrahlen von Oberflächen mit Elektronen zu
schaffen, mit der die Hochspannungs- und Strahlstrom
zuführung über eine einfache Verbindung auf die Kathode
und die Formierelektrode geschaltet 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 Merkmale des Anspruches 1 wird eine einfache
Steckverbindung zur Hochspannungs- und Strahlstromzu
führung erreicht, weil ein ölfreier Stecker mit einer
an der Formierelektrode befestigten ölfreien Steck
aufnahme koppelbar ist. Durch die Erfindung können die
Vorrichtungskosten für die Hochspannungs- und Strahl
stromzuführung um bis zu 25% gesenkt werden. Hinzu
kommt, daß die Handhabung für Wartungszwecke verein
facht wird und gleichzeitig ein betriebssicherer Zu
stand erreicht wird.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung schematisch
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung der
Vorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der
Steckverbindung.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung mit der erfindungsgemäßen
ölfreien Steckverbindung 10. Die Vorrichtung besteht aus
einer rohrförmigen Vakuumkammer 11 mit doppelwandigem,
wassergekühltem Gehäuse 12. In einer Seite befindet sich
eine Öffnung 13 für den Anschluß einer Vakuumpumpe. Die
Vorrichtung besitzt ferner ein Elektronenstrahlfenster
14. Es besteht aus einer Metallfolie 15, vorzugsweise
einer Titanfolie und einem Metallstützgitter 16, vor
zugsweise aus Kupfer, das an einem rechteckigen Flansch
17 befestigt ist. In der Vakuumkammer 11 ist vorzugs
weise konzentrisch ein Elektronenstrahlerzeugersystem
angeordnet. Es besteht aus einem rohrförmigen, zum
Elektronenstrahlfenster 14 hin geschlitzten Hohlkörper
18 mit innenliegendem Hohlraum-Längsteiler 19 (in Fig.
1 verdeckt), welche die Formierelektrode bilden und je
einer drahtförmigen Kathode 20, 21 in jedem vom Hohl
raum-Längsteiler abgeteilten Hohlraumsegment. Die
Kathoden 20, 21 bestehen aus zwei Wolframdrähten, die
mit Stromdurchgang erhitzt werden, so daß thermische
Elektronen emittieren. Die Formierelektrode liegt zu
sammen mit den Kathoden 20, 21 auf negativem Hochspan
nungspotential. Hochspannung- und Strahlstrom werden
über die ölfreie Steckverbindung 10 auf die Kathoden
20, 21 und die Formierelektrode geschaltet. Die Ver
bindung zu dem Hochspannungs- und Strahlstromerzeuger
wird über den ölfreien Stecker 23 und die ölfreie
Steckaufnahme 24 hergestellt. Die Steckaufnahme 24 ist
in Fig. 2 vergrößert dargestellt. Sie besteht aus einem
hohlen Isolierteil 26, dessen Innenraum den Stecker 23
aufnimmt. In das Isolierteil 26 sind Kontakte 27, 28
zusammen mit elektrischen Zuleitungen 29, 32, die mit
Steckerstiften 30, 31 verbunden sind, eingegossen. Aus
Übersichtsgründen ist der Steckerstift 30 und die mit
ihm verbundenen Bauteile in Fig. 2 um 90° versetzt
gezeichnet. Der Steckerstift 30 liegt hinter dem in
Fig. 2 nicht eingezeichneten Hohlraum-Längsteiler auf
der gleichen Ebene wie der Steckerstift 31 mit den daran
befestigten Bauteilen. Das Isolierteil 26 ist mit einem
rohrförmigen Fortsatz 33, der ein Außengewinde 34 auf
weist vakuumdicht verklebt. Mit einer nur schematisch
dargestellten Mutter 35, die auf den Fortsatz 33 ge
schraubt wird, erfolgt die Verbindung des Steckers 23
mit der Steckeraufnahme 24. Der Stecker 23 besitzt
ebenfalls in ein Isolierteil eingegossene Kontakte 36,
37, die über elektrische Leiter des Kabels 38 mit dem
Erzeuger 25 verbunden sind. Der Stecker 23 und die
Steckeraufnahme sind an ihrer Verbindungsstelle konisch
ausgebildet. Auf dem Konus des Steckers 23 ist eine
isolierende, elastische Materialschicht 39 aufgebracht,
die sich beim Anschließen dehnt und einen guten mecha
nischen luftfreien Kontakt zu der Verbindungsstelle
zwischen Stecker 23 und Steckeraufnahme 24 bildet.
Das Isolierteil 26 der Steckeraufnahme 24 ist mit der
Formierelektrode und gasdicht mit dem Gehäuse 12 der
Vakuumkammer 11 verbunden. In der Stirnseite des Ge
häuses 12 ist eine Öffnung 61 für das Einführen des
Steckers 23 in die Steckeraufnahme 24 vorgesehen. Das
Isolierteil 26 trägt zusammen mit einem an der gegen
überliegenden Wand befestigten Stützisolator 40
das Elektronenstrahlerzeugersystem. Die rohrförmige
Formierelektrode ist an der zum Stützisolator 40
weisenden Seite in einem Koronaring 42 befestigt. Auf
der gegenüberliegenden Seite steckt die Formierelektrode
in einer zylinderförmig fortgesetzten Aufnahme 43 eines
Koronaringes 44.
Die thermische Belastung beim Betrieb der Vorrichtung
ist mit einer Längenausdehnung des rohrförmigen Hohl
körpers 18 verbunden. Zur Vermeidung einer Stauchung
des Hohlkörpers 18 kann sich dieser auf der zylinder
förmigen Aufnahme 43 des Koronaringes 44 ausdehnen.
Eine Reduzierung des Wärmeflusses wird durch eine punkt
förmige Auflage des Hohlkörpers 18 auf der zylinder
förmigen Aufnahme 43 erreicht. Zu diesem Zweck ist am
Umfang der Aufnahme 43 eine schneidenartige Fase 45
ausgebildet, die zudem kleiner im Außendurchmesser als
die Formierelektrode im Innendurchmesser ist. Der Hohl
körper 18 liegt punktförmig auf der Fase 45 auf. Zur
weiteren Reduzierung des Wärmeflusses vom Hohlkörper 18
zum Isolierteil 26 hin ist der Hohlkörper 18 in dem vor
der Steckverbindung 10 liegenden Bereich 46 zur Redu
zierung des leitenden Querschnitts stark perforiert,
das gleiche gilt für den Bereich 47 vor dem Stütz
isolator 40.
Eine weitere Absenkung der Wärmebelastung des Isolier
teils 26 und des Stützisolators 40 wird durch die Wärme
abstrahlringe 48 und 49 auf dem Hohlkörper 18 erreicht.
Die Wärmeabstrahlringe 48, 49 besitzen in dem Hohlkörper
18 angeordnete Befestigungsflansche 62, 63, an denen
die Kathodenhalterungen befestigt sind. Zur weiteren
Reduzierung der Wärmeableitung sind die Wärmeabstrahl
ringe 48, 49 hohlförmig ausgebildet. Die Wirkung der
Wärmeabstrahlringe 48, 49 wird durch die Wärmeableit
ringe 50 und 51 verstärkt. Koronaringe 42, 44 und Wärme
abstrahlringe 48, 49 strahlen die in dem Elektronen
strahlerzeugersystem entstehende Wärme ab. Über das was
sergekühlte Gehäuse 12 der Vakuumkammer 11 in Verbin
dung mit den am Gehäuse 12 befestigten Wärmeableitringe
50, 51 wird die Wärme abgeführt. Diese Wärmeableit- und
-abstrahlringe 48 bis 51, ebenso wie die Koronaringe 42
und 44 haben möglichst große Radien, die alleine durch
die Spannungsfestigkeit des Elektronenstrahlerzeuger
systems begrenzt sind.
Zur Reduzierung des Wärmeflusses aus den Kathoden 20,
21 in die elektrischen Kontaktstifte 30 und 31 des
Isolationsteils 26 der Steckeraufnahme befinden sich in
den Kathodenhalterungen gefederte Kontaktstife 52 und
53 aus schlecht wärmeleitendem Edelstahl. Die Federn 54
und 55 der Kontaktstifte gleichen die Längenausdehnung
der Kathoden 20, 21 und der Formierelektrode aus. Die
Kontaktstifte 52, 53 sind in Führungsbuchsen 56 und 57
geführt und besitzen konische Enden um den elektrischen
Kontakt in den Kontaktbüchsen 58 und 59 zu gewähr
leisten. Die Führungsbüchsen 56 und 57 selbst sind auf
die Steckerstifte 30 und 31 des Isolierteils 26 aufge
schraubt. Der Steckerstift 31 ist durch ein Isolations
stück 60 getrennt, um einen Kurzschluß zum Koronaring
44 zu vermeiden, während der andere Steckerstift 30 in
elektrischem Kontakt mit dem Koronaring 44 steht.
Claims (11)
1. Vorrichtung zum Bestrahlen von Oberflächen mit
Elektronen, insbesondere zum Härten von Oberflächen
schichten,
- 1. - mit einer Vakuumkammer, die ein Elektronenstrahl austrittsfenster aufweist, und
- 2. - mit einem Elektronenstrahlerzeugersystem, be stehend aus mindestens einer drahtförmigen Ka thode und einer Formierelektrode, die an eine Hochspannungs- und Strahlstromzuleitung ange schlossen sind,
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stecker (23) über ein koaxial ausgebildetes
Kabel (38) mit dem Hochspannungs- und Strahlstrom
erzeuger (25) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß an dem Isolierteil (26) Steckerstifte (30, 31) befestigt und mit elastisch gelagerten Kontakt stiften (52, 53) verbunden sind,
daß die Kontaktstifte (52, 53) unter Spannung in Kontaktbuchsen (58, 59) anliegen, die innerhalb der Formierelektrode (18, 19) an Mitteln (62, 63) befestigt sind, und daß die Kontaktbuchsen (58, 59) mit den Kathoden (20, 21) verbunden sind.
daß an dem Isolierteil (26) Steckerstifte (30, 31) befestigt und mit elastisch gelagerten Kontakt stiften (52, 53) verbunden sind,
daß die Kontaktstifte (52, 53) unter Spannung in Kontaktbuchsen (58, 59) anliegen, die innerhalb der Formierelektrode (18, 19) an Mitteln (62, 63) befestigt sind, und daß die Kontaktbuchsen (58, 59) mit den Kathoden (20, 21) verbunden sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktstifte (52, 53) in Führungsbuchsen (56, 57) gelagert sind, welche mit den Stecker stiften (30, 31) verbunden sind, und
daß zwischen den Führungsbuchsen (56, 57) und dem vorzugsweise konisch geformten Kopf der Kontakt stifte (52, 53) Federn (54, 55) angeordnet sind.
daß die Kontaktstifte (52, 53) in Führungsbuchsen (56, 57) gelagert sind, welche mit den Stecker stiften (30, 31) verbunden sind, und
daß zwischen den Führungsbuchsen (56, 57) und dem vorzugsweise konisch geformten Kopf der Kontakt stifte (52, 53) Federn (54, 55) angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Befestigung der Kontaktbuchsen (58, 59)
innerhalb der Formierelektrode (18, 19) an
Befestigungsflanschen (62, 63) erfolgt, die als
Wärmeabstrahlringe (48, 49) ausgebildet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmeabstrahlringe (48, 49) hohlförmig aus
gebildet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Steckeraufnahme (24) und Formier
elektrode (18, 19) ein Koronaring (44) angeordnet
ist, der eine zylinderförmige Aufnahme (43) auf
weist, auf dem die Formierelektrode (18, 19) längen
ausdehnbar aufliegt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufnahme (43) eine schneidenförmige Fase
(45) aufweist, deren Durchmesser kleiner ist als
der Durchmesser der Formierelektrode (18, 19) und
die Formierelektrode (18, 19) punktförmig auf der
Fase (45) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Endbereiche (46, 47) der Formierelektrode
(18, 19) perforiert sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vakuumkammer (11) ein doppelwandiges Gehäuse
(12) aufweist, das mit einer Wasserkühlung verbun
den ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Gehäuse (12) Wärmeableitringe (50, 51)
angeordnet sind, die an der wassergekühlten Innen
wand des Gehäuses (12) befestigt sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944432982 DE4432982C2 (de) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | Vorrichtung zum Bestrahlen von Oberflächen mit Elektronen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944432982 DE4432982C2 (de) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | Vorrichtung zum Bestrahlen von Oberflächen mit Elektronen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4432982A1 DE4432982A1 (de) | 1996-03-28 |
DE4432982C2 true DE4432982C2 (de) | 1998-07-09 |
Family
ID=6528361
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944432982 Expired - Fee Related DE4432982C2 (de) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | Vorrichtung zum Bestrahlen von Oberflächen mit Elektronen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4432982C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007061174A1 (de) * | 2007-12-17 | 2009-06-18 | Schott Ag | Elektrisches Durchführungsmodul und Verfahren zu dessen Herstellung |
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---|---|---|---|---|
EP0186558A1 (de) * | 1984-12-14 | 1986-07-02 | Commissariat A L'energie Atomique | Vorrichtung zur Stoffstrahlenbehandlung durch Elektronenstrahl |
-
1994
- 1994-09-16 DE DE19944432982 patent/DE4432982C2/de not_active Expired - Fee Related
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DE102007061174B4 (de) * | 2007-12-17 | 2014-01-09 | Schott Ag | Elektrisches Durchführungsmodul und Verfahren zu dessen Herstellung, sowie Druckbehälter- oder Sicherheitsbehälterdurchführung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE4432982A1 (de) | 1996-03-28 |
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