Elektronenstrahl-Bohren/Perforieren: Exakte Resultate bei hoher Bohrfrequenz

Der Elektronenstrahl ist das klassische Verfahren zum Bohren vieler, kleiner Löcher in dickem, zähem Material.

„Viel“ heißt hier 2.000 Löcher/sec. oder mehr je Bearbeitungszyklus.
Unter zäh verstehen wir vor allem alle metallischen Werkstoffe, aber auch andere Materialien sind möglich (Bild1).
Alle metallischen Werkstoffe heißt natürlich, dass CrNi- oder Co-Legierungen ebenso wenig ein Problem darstellen, wie Titan, Aluminium oder Kupfer.
Kleine Löcher sind bei uns zwischen 80µm und 2mm im Durchmesser groß, und dies bei Schachtverhältnissen (Lochdurchmesser zu Materialdicke) von bis zu 1:20 (Bild2).

Unsere Stärken sind Ihr Nutzen:
Extrem schnelle Bohr- bzw. Abtragsraten mit relativ geringer Wärmeeinbringung und Verzug.

Download Infoblatt "Electron Beam Drilling" (in englischer Sprache)

Eines seiner Haupteinsatzgebiete findet der Elektronenstrahl beim Bohren von Schleuderscheiben zur Herstellung von Glaswolle für die Dämmstofftechnik.

Ebenso gibt es viele Anwendungen aus der Lebensmittel- oder Chemischen Industrie. Als Beispiel nennen wir immer gerne unsere „Tofubleche“, d.h. Siebe mit 12 Mio Löcher pro Quadratmeter zur Herstellung von Tofu.

Auch in der Luftfahrt wird gerne auf den Elektronenstrahl zurückgegriffen, hier vor allem für die Einbringung von Bohrungen zum Beimengen von Kühlgasen in Triebwerksbauteilen. Diese können bis zu 30° zur Oberfläche eingebracht werden.

Allgemeine Maschinen- und Anlagenbau: Dort gibt es viele Anwendungen aus dem Filtrations- und Siebbereich, bei denen auf den Elektronenstrahl zurück gegriffen wird, vor allem dann, wenn andere Verfahren an ihre Grenzen stoßen. Als Beispiele sollen hier Pulp and Paper / Papierindustrie, Siebkörbe für Kunststoffrecycling, etc. genannt werden.

pro-beam perforiert mit dem Elektronenstrahl Langlöcher und Schlitze in Bleche mit
Stärken bis zu 4 mm!
Keine andere Technologie ist dazu in der Lage.
Die Abbildungen zeigen Schlitze von 5 mm x 150 µm in
Edelstahl unterschiedlicher Stärke.

Herausforderung bei Filtrations- und Separationsprozessen
Bei vielen Filtrations- und Separationsprozessen führen die Substrate oft zu einem schnellen Verstopfen der Rundlöcher und damit zum Zusetzen der verfügbaren Siebfläche.
Als alternative Bohrlochform können Schlitze Abhilfe schaffen, da Langlöcher und Schlitze selten vollständig abgedeckt werden und damit der Durchfluss erhalten bleibt.
Filtration mit geschlitzten Sieben war allerdings bisher nur bei Verwendung sehr dünner Bleche mit geringer Festigkeit und gleichzeitig aufwendiger Stützstrukturen (z.B. 0,4 mm Ni-Sieb, 1mm Lasersiebe) möglich, oder aber durch Verwendung von Spaltsieben und dem damit verbundenen Nachteil der geringen offenen Fläche.

pro-beam Lösung
Elektronenstrahlperforierte Schlitz-Siebe mit Materialstärken bis zu 4mm.

Vorteile

• keine Stützstrukturen erforderlich, wie z.B. Stützkörbe
• höhere Lebenszeit der Siebe durch dickeres Material
• höhere Prozessdrücke möglich durch größerer Siebsteifigkeit
• größere offene Fläche im Vergleich zu Spaltsieben
• geringeres Zusetzen der Schlitze im Vergleich zu runden Löchern

Märkte und Anwendungen

• Papierindustrie/Pulp and Paper (Ersatz von Spaltsieben)
• Lebensmittelindustrie (Stärke/Zucker)
• Maschinen/Anlagenbau (Siebe, Filter, Zentrifugen)

Downloads

110303_Schlitze.pdf

Ähnlich dem Schweißen werden auch hier Elektronen im Vakuum mit 120kV auf knapp 2/3 Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Beim Auftreffen auf das Werkstück geben sie dann Ihre kinetische Energie in Form von Wärme an das Werkstück ab. Es entsteht damit ein lokales Schmelzbad, in dessen Zentrum sich eine Dampfkapillare ausbildet. Sobald dieser Schmelzkanal mit der Dampfkapillare im Zentrum das Werkstück vollständig durchdrungen hat, stößt er auf ein Unterlegematerial („Backing Material“), dass bei Kontakt explosionsartig verdampft und das aufgeschmolzene Material in entgegengesetzte Richtung austreibt (Bild3).

Als Ergebnis bleibt ein sehr glattes Loch (Kanal) mit einer wiedererstarrten Schmelzschicht von 5-10µm an den Lochwänden. Am Einschuss (Strahleintrittseite) weisen die Lochränder eine leichte Verrundung auf, zusätzlich kommt es auf der Oberseite (Strahleintrittseite) zu einer leichten Gratbildung an den Lochrändern durch partielles Anhaften des abgetragenen Materials.

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EBdrilling_holes.pdf
Hole_drilling_by_means_of_an_EB.pdf
110303_Perforation_Schlitze.pdf