Klaus-Rainer Schulze: Elektronenstrahltechnologien, Schweißen und Schneiden/Wissen kompakt, Band 1, DVS Media GmbH, Düsseldorf 2011

Vorteile der Elektronenstrahltechnologien

Bereits seit vielen Jahren wird die Elektronenstrahltechnik zur Materialbearbeitung eingesetzt; ihre Vorteile lagen bisher jedoch eher im Verborgenen. Im Vordergrund stand eher der Einsatz von Laserstrahl-Anwendungen in allen möglichen Formen. Der Nutzen der Elektronenstrahltechnik liegt darin, dass der Bearbeiter mit dieser Technik schnell bessere Resultate erzielt. Hinzu kommen hohe Produktivität, niedrige Betriebskosten und qualitativ hochwertige Ergebnisse, die dank dieses Verfahrens effizient erzielt werden können.

Mit einem Plädoyer für ein jung gebliebenes Verfahren und einem Spurwechsel bei 150.000 km/s und damit der Erzeugung und Manipulation eines Elektronenstrahls startet der Band und liefert damit insgesamt einen kompetenten Überblick zum Thema. Weiter geht es im dritten Kapitel buchstäblich durch dick und dünn und rund um die gesamten Verfahren und Technologien des Elektronenstrahlschweißens bis hin zum Elektronenstrahlschweißen an freier Atmosphäre.

Vorteile des Verfahrens Elektronenstrahlschweißen

Die Vorteile des Verfahrens liegen ganz klar im Schweißen mit minimalem Verzug und hoher Schweißgeschwindigkeit; in der Möglichkeit, hochschmelzende Werkstoffe miteinander zu verbinden sowie in der, verschiedene Materialien miteinander zu verschweißen, dem Schweißen im Vakuum sowie der Einsparung von Material, Fertigungsaufwand und Zeiten.

Kapitel 4 in der vorliegenden Lektüre liefert darüber hinaus einen Überblick über verschiedene Maschinen und Anlagen für Elektronenstrahltechnologien und die Grundtypen von EB-Maschinen. So ist es wichtig, sich nicht auf einzelne Hersteller und deren konkrete Maschinen zu fokussieren, denn jeder Hersteller ist prinzipiell in der Lage, jedes System zu liefern und wenn es auch in unterschiedlicher Perfektion und zu unterschiedlichen Preisen geschieht. Dennoch geht es nicht darum, EB-Maschinen "von der Stange" zu produzieren oder zu erwerben. Kunden können solche Maschinen via Katalog erwerben. Es gibt zahlreiche Hersteller und Händler von (anderen) Investitionsgütern, die ihre Maschinen nach Katalog anbieten und so jedem Kunden eine gute Auswahl anbieten.

Unterschiede zwischen einigen Maschinen und deren Vorteile

Die EB-Maschinen unterscheiden sich zum Beispiel darin, dass sie (Groß-)Teile in Einzelfertigung oder Massenteile in Serienfertigung bearbeiten, manuell oder automatisiert be-/entladen werden, als Einzelmaschine oder in einer verketteten Linie/Zelle angeordnet sind, reine Einzweckmaschinen oder flexibel nutzbar sind. In jedem dieser Fälle sind dann noch Alternativen möglich, zum Beispiel die Bearbeitung im Feinvakuum oder Hochvakuum, die Strahlerzeugung mit Niederspannung (so werden 60 kV hier wirklich bezeichnet) oder Hochspannung (typischerweise 150 kV), Strahlleistung im unteren (etwa bis 6 kW) oder im hohen Bereich (gegebenenfalls bis 100 kW). Schließlich kann eine EB-Maschine mit unterschiedlichen Steuerungen ausgerüstet sein: Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) sind kostengünstig, aber wenig flexibel, ganz im Gegensatz zu computernumerischen Steuerungen (CNC) oder EB-spezifischen Sondersteuerungen. Moderne schnelle Ablenksteuerungen sind auf PC-Basis ausgeführt; sie können im Prinzip mit jeder dieser Varianten kombiniert werden.

Erkenntnis

Es ist daher zutreffend, dass in einer EB-Maschine "immer dasselbe" an Modulen drinsteckt, diese selbst aber "jedes Mal anders" ausgeführt sind - je nach den Anforderungen aus der konkreten Aufgabe. Bei genauerem Anschauen der Module stellt man aber fest, dass schon durch Form und Art der Vakuumarbeitskammer bestimmte Systemtypen gebildet werden, die je nach Bedarf genutzt werden können.

Eine wichtige Frage: Wie steht es denn mit den Kosten?

Die laufenden Kosten einer EB-Maschine setzen sich abgesehen von den Raum- und Personalkosten - bestimmt durch den Verbrauch an Elektroenergie, Druckluft und Verschleißteilen (Schutzgas und Wasser werden nicht benötigt) zusammen. Wirklich zu Buche schlägt aber der Verbrauch an Elektroenergie - für die Vakuumerzeugung, die Strahlerzeugung, die Steuerung, die Bewegungen und die Kühlung. Wie einzelne, detaillierte Messungen unter Zuhilfenahme der rein rechnerisch ermittelten mittleren Leistungsaufnahme nahelegen, zeugt die EB-Maschine von einer hohen Energieeffizienz.

Fazit

EB-Maschinen sind der oben festgestellten Erkenntnisse zufolge hocheffiziente Maschinen, mit denen die unterschiedlichsten Fertigungsaufgaben überaus wirtschaftlich erfüllt werden können. Deutlich geworden ist auch, dass es nicht "die" eine EB-Maschine gibt, sondern für jeden Anwendungsfall eine maßgeschneiderte Lösung beschaffbar ist.

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