Systems & Services for EB Welding, Laser in Vacuum Welding & Additive Manufacturing in Vacuum
Elektronenstrahl

Technologie - Elektronenstrahl

Elektronenstrahltechnik ist hoch energieeffizient und präzise in Bezug auf Leistungsdichte, Fokus und Ablenkung

Elektronenstrahlerzeugung - Prinzip

Meistens wird ein Triodenaufbau zur Erzeugung des Elektrons verwendet.



Der Heizstrom IH veranlasst die Wolframwendel zur Emission von Elektronen. Diese werden durch die Beschleunigungsspannung UA, zwischen der Kathode und der Anode beschleunigt.


Am Wehnelt-Zylinder liegt die Steuerspannung UW an und ermöglicht eine sehr schnelle Einstellung des Elektronen-flusses, der als Elektronenstrahl die Anode passiert.

Die Erzeugung eines präzisen Elektronenstrahls bedingt ein Hochvakuum besser als 10-4 mbar im EB-Strahlerzeuger.


Danach durchläuft der Elektronenstrahl das elektrische Feld der Fokussierlinse.

Die folgenden Ablenkspulen ermöglichen eine quasi trägheitslose extrem dynamische und flexible Steuerung der Strahleigenschaften hinsichtlich Geometrie, Fokus-ebenen, Multi-Prozess, Multi-Bad, Oszillationsfiguren, Up-Slope, Down-Slope, Nahtfindung, Nahtverfolgung.


Die Qualität des Vakuums hat einen direkten Einfluss auf die Strahleigenschaften. Dies gilt sowohl für das Vakuum im Elektronen-Strahlerzeuger als auch für das Vakuum in der Arbeitskammer (siehe Bilder unten).


Das Vakuum erzeugen spezielle Pumpen, die den EB-Generator separat evakuieren.


Die Vakuumkammer ist so konstruiert, dass sie die vom Elektronenstrahl erzeugte Röntgenstrahlung zuverlässig abschirmt, um die Sicherheitsanforderungen zu erfüllen.


In Evobeam Elektronenstrahl-Bearbeitungsanlagen sind die Vakuumpumpen generell so dimensioniert, dass sie die Evakuierungszeit minimieren und die Maschinenproduk-tivität maximieren.

Elektronenstrahl: Aufbau Triode

Bild: Schematischer Aufbau einer Triode / Quelle: Evobeam

Elektronenstrahl: Aufbau EB-Generator

Bild: Schematischer Aufbau eines Elektronenstrahl-Generators / Quelle: Tech Briefs Mai 2011

Die folgenden Bilder zeigen den Einfluss der atmosphärischen Bedingungen auf den Elektronenstrahl. Die sichtbaren Strahlen sind eigentlich Atome, die durch den Elektronenstrahl angeregt wurden und Photonen aussenden. Der Elektronenstrahl selbst ist unsichtbar.

Elektronenstrahl im Hochvakuum

Hochvakuum: 5 x 10-4 mbar

Elektronenstrahl im mittleren Vakuum

Mittleres Vakuum: 5 x 10-2 mbar

Elektronenstrahl in Atmosphäre

Atmosphäre: 1000 mbar

Anwendungsfelder

Die häufigsten Anwendungen der Elektronenstrahlbearbeitung sind: Schweissen, Bohren, Auftragsschweissen, Oberflächenbehandlung (z. B. Härten, Oberflächenstrukturierung, Gravieren, Polieren)

Elektronenstrahlschweißen

Schweißnähte Elektronenstrahlschweißen

    Beim Schweißen mit dem Elektronenstrahl entstehen sehr tiefe und schlanke Nähte bei minimiertem Wärmeeintrag in das Metall und deutlich reduziertem Verzug des Werkstücks.

    Elektronenstrahlbohren

    Elektronenstrahl: Beispiel für EB-gebohrtes Werkstück

    Der Einsatz der Elektronenstrahltechnik beim Bohren erhöht die Produktivität deutlich.



    Die hochdynamische Anpassung der Strahleigenschaften ermöglicht das Bohren von Löchern mit sehr unterschiedlichen Durchmessern und Tiefen in einem Durchgan.

    Elektronenstrahl Auftragsschweissen

    Auftragschweißen - Prinzipdarstellung

      Der Elektronenstrahl ermöglicht eine präzise Dosierung des Zusatzmaterials und die Einstellung der Schichtdicke.



      Dies unterstützt die exakte Steuerung der Materialeigenschaften in Bezug auf Formation und Härte.

      Elektronenstrahloberfächenbehandlung

      Elektronenstrahl: Oberflächenbehandlung (Symbol)

      Der Elektronenstrahl wird von glänzenden Oberflächen nicht reflektiert.


      Die elektromagnetische Ablenkung und Fokussierung des Elektronenstrahls ist aktuell ist um zwei Größenordnungen schneller als die mechanische Ablenkung des Lasestrahls.

      Daher sind folgende Methoden zur Oberflächenbearbeitung für die Serienfertigung:


      • EB Härten
      • EB Oberflächenstrukturieren
      • EB Gravieren
      • EB Polieren

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