Verfahren und Einrichtung zur automatischen Regelung des elektrischen Betriebes einer thermischen Elektronenstrahlanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Regelung des elektrischen B etriebes einer thermischen Elektronenstrahlanlage sowie eine Einrichtung zur Durchfiihrung dieses Verfahrens.
Es ist ein Verfahren zur automatischen Regelung des elektrischen Betriebszustandes einer thermischen Elektronenstrahlanlage bekannt, bei dem die Regelung der elektrischen Parameter abhängig von der Anderung einer der Kennwerte der Speisequelle (ihres Stromes oder ihrer Spannung) erfolgt.
Es sind Einrichtungen zur Realisierung dieses Verfahrens bekannt, die eine Einheit zur Leistungsregelung enthalten.
Ein Mangel des erwähnten Verfahrens und der Einrichtungen zu seiner Realisierung besteht aber darin, dass dabei die Konstanthaltung der Leistung, die zur unmittelbaren Erwärmung des Erzeugnisses verbraucht wird, nicht mit genii gender Genauigkeit erfolgen kann, da die Leistung am Ausgang der Speisequelle sich von der an die Oberfläche des zu erwärmenden Erzeugnisses angelegten Leistung unterscheidet und zwar um die Grösse der in der Elektronenkanone und im Strahlliih- rungssystem auftretenden Energieverluste sowie der Verluste, die beim Durchgang des Elektronenbiindels durch die Arbeitskammer der Anlage auf der Strecke zwischen dem Strahlfiihrnngssystern und der Oberfläche des zu erwärmenden Erzeugnisses entstehen.
Die Energieverluste in der Elektronenkanone liegen gewöhnlich unter 0,5... 1,5 % von der Gesamtleistung der Anlage. Eine Erhöhung dieser Verluste, die durch irgendeine Ursache hervorgerufen wird, kann aber infolge der Abschmelzung der fokussierenden Anodenelektrode oder einer Beschädigung der magnetischen Fokussierungslinsen im Strahlfiihrungssystem zum Ausfall der Anlage fiihren.
Bei einer Druckerhöhung im Strahlfiihrungsraum bis zum Wert von 5.10-4 bis 5.10-3 Torr entstehen im Strahlfiihrungssystem zusatzliche Verluste, die durch Zusammenwirkung des Elektronenbiindels und der Restgase sowie der Dämpfe des Werkstoffes verursacht werden, der in der Anlage bearbeitet wird. Diese Verluste betragen 3... 8 % von der Leistung, die von der Elektronenkanone verbraucht wird.
Beim Durchgang des Elektronenbündels zwischen dem Strahlfiihrungssystem und der Oberfläche des zu erwärmenden Erzeugnisses können die Verluste in der Arbeitskammer der Anlage je nach dem Restdruck einen Wert von 20 bis 25 /o der Leistung am Ausgang der Speisequelle dieser Anlage erreichen.
Somit können die bekannten Einrichtungen nicht die erforderliche Genauigkeit bei der Regelung des elektrischen Betriebszustandes gewährleisten, da die Energieverteilung zwischen der ObeRläche des Erzeugnisses und der restlichen Atmosphäre nicht die Leistung beeinflusst, welche die Elektronenkanone von der Speise- quelle der Anlage aufnimmt.
Die Erfindung bezweckt die erwähnten Nachteile zu beseitigen.
Die Erfindung ermöglicht ein Verfahren zur automatischen Regelung des elektrischen Betriebszustandes einer thermischen Elektronenstrahlanlage zu entwik keln, das eine hohe Genauigkeit bei der Konstanthaltung der zur Erwärmung des Erzeugnisses benötigten Leistung gewährleistet, sowie eine Einrichtung zur Durchfiihrung dieses Verfahrens zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass von der Grösse der Gesamtleistung, die von der Anlage aufgenommen wird, die unmittelbar zur Er wärmung des Erzeugnisses verbrauchte Leistung ermittelt wird. Die zur Durchführung dieses Verfahrens bestimmte Einrichtung ist erfindungsgemass dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsregelungseinheit wenigstens eine Vorrichtung zur Erfassung der Energieverluste aufweist, die im Vakuumraum der Elektronenstrahl anlage, welcher Vakuumraum durch eine ein Arbeits stick enthaltende Arbeitskammer, eine die Elektronenkanone enthaltende Kammer und eine die beiden Kammem verbindende und das Strahlführungssystem enthaltende Kammer gebildet ist,
zur Erfassung der unmittelbar zur Erwärmung des Erzeugnisses verbrauchten Leistung eingebaut ist.
Es ist zweckmässig die Leistungsregelungseinheit der thermischen Elektronenstrahlanlage mit drei Auf nehmern der Energieverluste zu versehen, von denen ein Aufnehmer in der Kammer der Elektronenkanone.
der andere im Strahlfiihrungssystem und der dritte in der Arbeitskammer der Anlage eingebaut werden.
Das gemäss, der Erfindung vorgeschlagene Verfahren zur automatischen Regelung des elektrischen Betriebszustandes einer thermischen Elektronenstrahlanlage und die zur Realisierung dieses Verfahrens entwikkelte Einrichtung ermöglichen es, die Genauigkeit der Konstanthaltung der zur Erwärmung des Erzeugnisses benbtigten Leistung zu erhöhen. Dadurch ergibt sich eine bessere Stabilisierung der Wärmebehandlung des Erzeugnisses sowie eine Erhöhung der Betriebszuverläs- sigkeit der Anlage, weil eine Kontrolle der Leistungsverluste an den Elektroden der Elektronenkanone und des Strahlführungssystems möglich wird.
Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausfiihrungsbeispiel und an Hand der beigelegten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild der thermischen Elektronenstrahlanlage;
Fig. 2 den Aufbau dieser Anlage im Prinzip.
Beim Verfahren zur automatischen Regelung des elektrischen Betriebszustandes der thermischen Elektronenstrahlanlage werden gleichzeitig die Gesamtleistung, die durch die Anlage von der Speisequelle verbraucht wird, und die Energieverluste in der Elektronenkanone, im Strahlfiihrungssystem und in der Arbeitskammer der Anlage gemessen, und durch Gegentiberstellung der gemessenen Werte ermittelt man die Leistung, die unmittelbar fir die Erwärmung des Erzeugnisses verbraucht wird. Diese Leistung wird als Parameter bei der Regelung des elektrischen Betriebszustandes der Anlage benutzt.
Wie den Zeichnungen (Fig. 1 und Fig. 2) zu entnehmen ist, enthält die thermische Elektronenstrahlanlage 1 in ihrem Vakuumraum eine Elektronenkanone 2, ein Strahlftihrungssystem sowie eine Arbeitskammer 4 und wird von der Speisequelle 5 der Anlage gespeist. Die Kathode der Elektronenkanone 2 wird von einer besonderen Kathodenspeisequelle 6 gespeist. Die Leistungsregelungseinheit 7 ist mit dem Ausgang der Speisequelle 5 der Anlage iiber einen Aufnehmer 8 der Gesamtleistung elektrisch verbunden. Die Aufnehmer 9, 10, 11 der Energieverluste (Fig. 2) sind entsprechend in der Kammer der Elektronenkanone 2, im Strahlfiihrungssystem 3 sowie in der Arbeitskammer 4 der Anlage 1 angeordnet und mit entsprechenden Eingängen der Leistungsregelungseinheit tiber Verstärker 12, 13 bzw. 14 verbunden.
Die vom Aufnehmer 9 iiber den Verstärker 12, vom Aufnehmer 10 iiber den Verstärker 13 und vom Aufnehmer 11 iiber den Verstärker 14 gelieferten Signale gelangen zu den Eingängen der Leistungsregelungseinheit 7, wobei einem der Eingänge dieser Einheit 7 vom Aufnehmer 8 der Gesamtleistung ständig ein der Gesamtleistung der Anlage proportionales Signal zugefiihrt wird.
In der Leistungsregelungseinheit 7 werden die vom Aufnehmer 8 und gleichzeitig von den Aufnehmern 9, 10, 11 bzw. von einem dieser Aufnehmer gelieferten Signale miteinander verglichen und dann werden von der Einheit 7 Signale abgegeben, die der zur unmittelbaren Erwärmung des Erzeugnisses verbrauchten Leistung proportional sind. Vom Ausgang der Einheit 7 werden die Signale der Kathodenspeisequelle 6 zur Regelung des Betriebszustandes der Anlage 1 zugefiihrt, und bei gestörtem Betrieb der Anlage gelangen diese Signale zur Speisequelle 5 zur Abschaltung der Anlage.
Die Verstärker 12, 13, 14 ermöglichen es, bei der Regelung des Betriebszustandes der Anlage 1 den ver änderlichen Einfluss des Betrags der Aufnehmersignale auf den Betriebszustand der Anlage und ihre Leistung zu berücksichtigen. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit der gleichzeitigen Anwendung von verschiedenartigen Aufnehmern. Zum Beispiel können als Aufnehmer 9, 10, 11 von der Erde isolierte Sonden, Temperatur- und Druckgeber verwendet werden.
PATENTANSPROCHE
I. Verfahren zur automatischen Regelung des elektrischen Betriebes einer thermischen Elektronenstrahlanlage, dadurch gekennzeichnet, dass von der Grösse der Gesamtleistung, die von der Anlage aufgenommen wird, die unmittelbar zur Erwärmung des Erzeugnisses verbrauchte Leistung ermittelt wird.
II. Einrichtung zur Durchfiihrung des Verfahrens nach Patentanspruch I, mit einer Leistungsreglungseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsregelungseinheit wenigstens eine Vorrichtung zur Erfassung der Energieverluste aufweist, die im Vakuumraum der Elektronenstrahlanlage, welcher Vakuumraum durch eine ein Arbeitsstück enthaltende Arbeitskammer, eine die Elektronenkanone enthaltende Kammer und eine die beiden Kammern verbindende und das Strahlfiihrungssystem enthaltende Kammer gebildet ist, zur Erfassung der unmittelbar zur Erwärmung des Erzeugnisses verbrauchten Leistung eingebaut ist.