DE1959950A1

DE1959950A1 - Elektronische Schweissvorrichtung

Info

Publication number: DE1959950A1
Application number: DE19691959950
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Peyrot
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-11-29
Filing date: 1969-11-28
Publication date: 1970-06-25
Also published as: GB1256379A; FR1599106A; CH510484A; US3612942A; JPS4912824B1

Description

DR. MÜLLER-BORi DIPL.-ΙΝβ. GRALFS * _q r q q ρ «

DIPL.-PHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL > ^ ^ U 3 0 U

PATENTANWÄLTE

München, den 28. November 1969 V/Rg. - P 2040

Jean-Pierre Peyrot
Chilly-Mazarin (Essοηηβ)/Frankreich

Elektronische Schweissvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schweissvorrichtung und insbesondere eine Beschussvorrichtung mit direkter Beheizung einer ringförmigen, schmalen Kathode,

Hauptsiel der Erfindung ist die Schaffung eines Heizfadens, der die Vorteile von Vorrichtungen mit direkter und indirekter Beheizung vereinigt.

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Ziel der Erfindung sind weitere Vorrichtungen, die im Verlauf der folgenden Beschreibung näher erläutert werden. Der Heizfaden besitzt koaxiale Leiter, was die Handhabung erleichtert, zu einer genauen Einstellung der Lage und zu einem schnellen Ein- und Ausbau führt. Er ist für PIERCE-Vorrichtungen mit direkter Beheizung verwendbar, die die einfachsten, die am wenigsten sperrigen und am wenigsten kostspieligen sind.

Diese Vorrichtungen, deren Heizfaden als Emissionskathode dient, haben einen erheblichen Nachteil. Xhre Heisfäden sind zerbrechlich, da sie aus einer sehr dünn getriebenen Metallfolie oder aus einem sehr dünnen Draht hergestellt sind.

Andererseits ist es wegen der Zerbrechlichkeit sehr schwierig, dem emittierenden Teil gegenüber der Kathode in die richtige Stellung zu bringen.

Ein weiterer erheblicher Nachteil liegt in der Verformung des Heizfadens während der Beheizung und der Kühlung, die die Genauigkeit des Emissionsbildes und die Lebensdauer des Heizfadens beeinflussen,·

Dagegen bieten die Vorrichtungen mit indirekter Beheizung, obwohl ihr Aufbau weit komplizierter ist, bestimmte Vorteile, nämlich kein Einfluss der Verformung des Heizfadens, grosse Festigkeit der Emissionskathode, genaues Emissionsbild, Möglichkeit einer Fläche verminderter Emission und genaue Anordnung der Emissionsfläche zur Kathode.

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Vort*ile andere, de

Duron dl· Bildung einea starren, koaxialen Heizfadens werden durch die Erfindung die Vorteile der direkten Beheizung beibehalten, nämlichι einfacher Aufbau und niedrig·> Oeatehungakoaten« Hierzu kommen die Vorteile der indirekten Beheimung, nämlicht keine Verformung de· fceisfedene, gro··· Festigkeit dea emittierenden Teil·, fwBauee Emiaaionsbild, Möglichkeit einer stark versjimdmrtea Smiaaionefläohe und sehr genaue Beibe-

der richtigen Lage der Emissionsfläche im Ltnl «ur Kathode. ■■·,. .w , - .-.-..,. .■·,..-. -

werden duroh die Erfindung aehr wertvolle ι |

;eeohaffen, die weder die eine noch die erwähnten Vorrichtungen beaitat, nämlicht

leicht· und genaue Anordnung dea Heizfadens, erheblieh· Vereinfachung der Halterungen dea Heizfadens, ^e die Stremsuführung erfolgt, Stabilität während der Beheizung infolge der Symmetrie, Zuverlässigkeit der Konstruktion aufgrund der zulässigen Toieranafm, gewährleistete Austauschbarkeit, sehr leichte anwendung de· Elektronenbeschusses in einer ge β OhUt alien Zelle, da der Hei a faden aufgrund seiner ,

Sigenscbjtften au· der Ferne z.B. durch eine Fernbedienung verändert werden kann, niedrige Gestehungskosten de· Heisfadens und weiterhin erhebliche Sen- ( kung der Gestehungskosten im Vergleich zu Vorrichtungen alt der direkten, der billigsten Beheizung.

Die Erfindung richtet sich insbesondere auf bestimmte Anwendungafälle« vor allem Vorrichtungen mum Elektrone'nbeschuasf die fum Helmen bestiaait sind, ebenso wie auf beatlmmte Ausführungβformen, und sie richtet sich

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insbesondere auch zwecks neuer industrieller Pradukte auf Vorrichtungen zum Elektronenbeschuss mit direkter Beheizung einschliesslich der Anwendung der Vorrichtung selbst, ihre speziellen Elemente, ebenso wie.die Vorrichtungen, zum Elektronenbeschuss mit ähnlichen
Heizfäden.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung zweier in den anliegenden
Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele gemässder Erfindung. In den Zeichnungen zeigt ι

Fig. 1 einen bekannten Heizfaden aus einer gestanzten und gefalzten Metallfolie!

Fig. 2 einen bekannten Heizfaden aus einer, gestanzten» gefalzten und mit einem Ansatzstück versehenen Metallfolie;

Fig. 3 einen bekannten Heizfaden aus einer Drahtwendel }

Fig. 4 einen bekannten Heizfaden aus einer Drahtspirale }

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Einbaus eines Folienheizfadens in eine bekannte Vorrichtung
mit direkter Beheizung; '

Fig. 6 eine schematische Darstellung des Einbaus eines Drahtwendelheizfadens in eine bekannte Vorrichtung mit direkter Beheizung;

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Fig. 7 eine schematische Darstellung des Prinzips des Einbaus eines bekannten Heizfadens zur indirekten Beheizung und seiner Emissionskathode ;

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung eines koaxialen Heizfadens gemäss der Erfindung;

Fig. 9 eine Darstellung des koaxialen Heizfadens der Fig. 8 in auseinandergezogener Anordnung;

Fig. 10 eine Darstellung des zur Hälfte geschnittenen koaxialen Heizfadens der Fig. 8 j

Fig. 11 einen Schnitt des koaxialen Heizfadens der Fig. 10, der in eine PIERCE-Vorrichtung eingebaut ist und

Fig. 12 einen Schnitt einer weiteren Ausführungsform.

Fig. 8 zeigt einen bauchigen Heizfaden 10 aus Metall, wie z.B. Tantal, Wolfram, Tantal/Rhenium oder einem anderen Metall, der in seinem unteren Teil eine Ring- j fläche 11 mit einer Dicke von beispielsweise 0,05 mm und einer leicht halbkugeligen Form, die in der Mitte eine Bohrung mit einem Durchmesser von Φ =0,4 mm besitzt. Diese Ringfläche 11 ist in einem Zylinder 12 mit einer Höhe f = 1,5 nun und einer Dicke von c =t 0,3 nun angeordnet. Der Zylinder setzt sich an seinem oberen Teil mit einem Konus 13 mit einer Höhe von h =6,5 mm» einer Dicke von c = 0,3 nun und einem grosseri Durchmesser von d' = 4,8 mm fort. Dieser Konus ist an seinem

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Umfang von mehreren Öffnungen 14 durchbohrt, die die Evakuierung der LUft gestatten., um dae zur Beschiessung notwendige Vakuum zu erhalten. Der Konus ist an seinem oberen Teil durch einen Bund 15 mit einem Aussendurchmesser von d = 8 mm und einer Dicke von e = 0,3 inm abgeschlbssin₍

Eine zentrale Elektrode l6 aus Metall, z.B. aus . Tantal, ¥olfram, ¥olfram/Rhenium oder einem anderen Metall, besitzt die Form eines Zylinders 1? mit einem Durchmesser von c> = T mm und einer Höhe von h¹ = 7 mm und ist an ihrem unteren Ende durch einen¹ kleineren Zylinder 18 mit einem Durchmesser von d = 0,4 mm und einer Höhe von λ =2 nun abgeschlossen; '' ^: '

Eine isolierende Versteifung 19 zi.B. aus Alümihxum in Form eines Zylinders mit einem Aussendurchmesser von d = 8 mm und einer Dicke E M 1 mm besitzt äh ihfieiü" unteren Ende einen konischen; Wulst 20, der sich'bei ijA der Montage in dem oberen Teil des Konus 13 zehtrier'tv In seinem zentralen Teil besitzt der Wulst eine Boh-¹ " rung 21 mit einem Durchmesser D. Der obere Teil der *" Versteifung besitzt einen Trichter 22.

Eine Scheibe 23 aus Metall, wie z.B. Tanlal, tolfränt^ Wolfram/Rhenium oder einem anderen Metall mit eintern "'* Aussendurchmesser von d =■ 8 mm und einer Dicke e = 0,3 nun besitzt in der Mitte einen getriebenen Trichter 24, der sich bei der Montage in dem Trichter 22 der Versteifung 19 zentriert. Dieser Trichter verleiht der Scheibe 23 eine grosse Elastizität, die sich wie

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eine weiche Membran verhält, wodurch es möglich wird, jede thermische Beanspruchung infolge unterschiedlicher Ausdehnungen zu vermeiden* Dies bedeutet, dass die getriebene Form der Scheibe 23 ohne Beschädigung ein· Ausdehnung der zentralen Elektrode 16 gestattet.

In die einen Durchmesser von 0,4 mm aufweisende Bohrung ^O der Ringfläche 11 des Heizfadens 10 ist der Zylinder 18 der zentralen Elektrode 16 eingepresst«

Eine Schweisaung durch Elektronenbeschuss, ist bei 27 -ä

und in Richtung des Pfeiles f_ durchgeführt, um die Teil· 10 und 16 feet miteinander zu verbinden.

Die Versteifung 19 ist auf dem Bund 15 angeordnet und sein konischer Ansatz 39 ist in dem Konus 13 des Heizfadens 10 zentriert.

Die geformte Metalischeibe 23 wird auf der Versteifung 19 angeordnet und in dem Trichter 22 dieser Versteifung zentriert. Während dieses Vorgangs wird der Zylinder 17 der zentralen Elektrode 16 in die Bohrung 26 der Scheibe 23 eingepresst.

Eine Schweissung durch Elektronenbeschuss wird bei 29 in der Richtung des Pfeiles f ausgeführt, um die Scheibe 23 und die zentrale Elektrode 16 fest zu verbinden.

Diese so gebildete kompakte Konstruktion bildet den koaxialen Heizfaden für eine Vorrichtung mit direk-

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ter Beheizung, die die bereits erwähnten eigenen Vorteile und die der bekannten Vorrichtungen mit indirekter Beheizung vereinigt.

Das Schema des Prinzips der Fig. 11 zeigt sehr deutlich die Einfachheit der Hochspannungs-Stromzuführungen 31 und 32 ebenso wie die Einfachheit des Ein- und Ausbaus des Heizfadens 10. Die metallischen Teile und 32, die gegeneinander durch ein Isolierteil 33 isoliert sind, bilden die Höchspannungs-Stromzuführungen. Das Teil 31 besitzt eine Bohrung 34 für den Durchtritt des Heizfadens. In den Teilen 31 und 33 ist ein Sackloch 35 ausgebildet, in dem der Heizfaden angeordnet und zentriert werden kann. In dem Teil wird eine Gewindebohrung 36 vorgesehen,.in die eine metallische Mutter 37 eingeschraubt wird. Durch Anziehen dieser Mutter werden die Teile 10, 19 und 23 zusammengedrückt.

Der Druck und der Kontakt der Mutter 37 auf das und mit dem Teil 23 und in dem Gewinde 36 des Teils 32 ermöglicht eine ausgezeichnete Übertragung des Hochspannungs-Stroms von dem Teil 32 zu den Teilen 23 und 16.

Der Druck der Mutter auf die Teile 31 und 10 und die Berührung dieser Teile miteinander ermöglicht die Übertragung des Hochspannungs-Stroms zwischen den Teilen 31 und 10. Der von den Teilen 23 und 16 herrührende Stromfluss in der emittierenden Ringflache 11 des Teils 10 bewirkt beim Überqueren der

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kreisförmigen Oberfläche des Abschnitts, der viel
weiter unten gelegen ist als der der Teile 10, 16 und 23» deren Aufheizung. Dieser Teil des Heizfadens
wird auf einer hohen Temperatur gehalten und emittiert unter den allgemeinen bekannten Bedingungen der
Schweissung mit Elektronenbeschuss, Fig. 12 zeigt im einzelnen eine abgewandelte Ausführungsform, bei der aus Platzgründen im Falle der Schweissung an wenig
zugänglichen Stellen der Heizfaden mehr abgeflacht
ist und bei der die Stromzuführungen in anderer

Weise ausgebildet und in den Isolierblock 30 einge- ' "

lassen sind, der auf Rollen 28 montiert ist. Die zu
speisenden Teile 9 und 9' sind in unmittelbarer Nähe der Ringfläche 11 angeordnet.

Somit wird gemäss der Erfindung eine kompakte zylindrische Konstruktion mit geringstmöglichen Abmessungen geschaffen.

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Claims

Ansprüche

Emissionssystem zum Elektronenbeschuss, gekennzeichnet durch eine ausgebeulte Scheibe (23)_t eine isolierende Versteifung (19)» eine zentrale Elektrode (16) einen bauchigen und durchbrochenen Heizfaden (1O), der an seinem breitesten Abschnitt mit einem Bund (15) und mit einem emittierenden ringförmigen Boden (li), der an seiner engsten Stelle eine Bohrung (4o) aufweist, versehen ist·

2, Elektronenbeschussvorrichtung mit einem System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifung (19) einen Trichter (22) mit einem konischen Ansatz (39) aufweist, der sich in das Innere des Bundes (15) des am meisten bauchigen Teils des Konus (13) des Heizfadens (1O) einfügt«

3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgebeulte Scheibe (23) einen Trichter (24) aufweist, der an dem Trichter (22) anliegt, der an einer Seite der Versteifung (19) gegenüber dem konischen Ansatz (39) vorgesehen ist.

4, Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifung (19) von einer zentralen Bohrung'aurchsetzt ist, in der die Elektrode (16) frei gleitet.

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5· Vorrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (16) mit einem Ende in
den Boden (11) des Heizfadens und mit dem anderen Ende in das Innere der elastischen Ausbauchung
der Scheibe (23) eingepresst und eingeschweisst
ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (16) sich aus einem Teil
(17) mit gross em Durchmesser und einem Teil (.18)
mit kleinem Durchmesser zusammensetzt. f

7· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode aus
Tantal besteht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode aus
Wolfram/Rhenium besteht.

9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgebauchte Scheibe (23) aus Tantal besteht.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da-.durch gekennzeichnet, dass die ausgebauchte Scheibe

(23) aus Wolfram/Rhenium besteht. ,

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11. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten Polschuh (32), der von einer Gewindebohrung (36) durchsetzt ist, deren Durchmesser

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grosser als der Aus s endur clime ss er der Scheibe (23) ist, einen zweiten Polschuh (31)» der von einer Bohrung (3^) durchsetzt ist, deren Durchmesser grosser ist als der mittlere Durchmesser des konischen Heizfadens ( 1O), ein Isolierteil (33)» das von einer Bohrung durchsetzt ist, die dem gemeinsamen Durchmesser der Scheibe (23) und des Bundes (15) entspricht, ein Sackloch (35,35'), das in dem Isolierteil (33) und dem zweiten Polschuh (-3 Ό vorgesehen ist und das die Anpressung der Scheibe (23) und der Versteifung (19) gegen den Bund ( 15) mittels einer Mutter (37) gestattet, die in die Gewindebohrung (36) eingeschraubt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11j dadurch gekennzeichnet, dass die Polschuhe (31»32) an eine HF-Strom-, quelle angeschlossen sind.

13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Polschuhe (3*1 »32) an einem Isolierblock (30) befestigt sind, und dass der Heizfaden (1O) eine abgeflachte Form aufweist und nicht über die äussere Fläche des Blocks (30) in Richtung der zu schvrei ss enden Teile {⁽),9^%) vorsteht.

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