Elektronenstraalverwarming

Hoe werkt elektronenstraalverwarming?

Bij elektronenstraal verwarming wordt verwarmd door een bundel elektronen op een product te richten. De bundel elektronen botst op het product, de kinetische energie van de elektronen wordt zeer lokaal omgezet in warmte. Vooral in de metaalindustrie, worden elektronenstralen gebruikt om zeer lokaal te verwarmen voor mechanische bewerkingen. Bij andere toepassingen is bij elektronenstraalbehandeling geen sprake van verwarming maar van het bewerkstelligen van chemische reacties. Deze reacties worden in gang gezet door de energie van de straling.


Installatie

Een elektronenstraalinstallatie bestaat uit een elektronenkanon, een regeleenheid, de werkkamer en vacuümapparatuur. Om de elektronenbundel niet te verstoren wordt de elektronenstraal in vacuüm wordt opgewekt. Bij voorkeur moet het te behandelen product in de werkkamer onder vacuüm worden behandeld. Is dit niet praktisch of economisch niet aantrekkelijk dan wordt de elektronenbundel onder vacuüm gevormd en gefocusseerd. Via een metalen venster wordt de bundel daarna naar buiten gebracht, onder atmosferische omstandigheden, waar de bewerking plaatsvindt. Het venster wordt door de elektronenbundel opgewarmd; ongeveer 20 tot 25% van de energie gaat in het venster verloren.

De figuur geeft het basisprincipe van een elektronenkanon. Elektronen worden in de kathode vrijgemaakt uit een gloeidraad die tot een zeer hoge temperatuur wordt verhit. De uit de gloeidraad tredende elektronen worden met hoogspanning versneld. De aangelegde hoogspanning is afhankelijk van de uit te harden laagdikte en varieert van 150 kV voor laagdikte van 150 micrometer, tot 300 kV voor laagdikten van 250 micrometer. Ook de dichtheid van de coating speelt een rol bij de hoogte van de aan te leggen spanning. De bundel elektronen wordt met magnetische en elektrische velden op het product gericht. Het juiste veldverloop wordt verkregen door de vorm en de plaatsing van de hoogspanningselektrode en de anode en door de spoelen rond de bundel die een magnetische lens vormen. Uiteindelijk treft een geconcentreerde bundel elektronen het werkstuk.

Het rendement van een elektronenstraalsysteem is hoog, tussen de 85 en 90%. De regeleenheid is meestal voorzien van computersystemen die het proces controleren en ook de verschillende procesparameters bewaken.


Toepassingen

Elektronenstralen worden gebruikt voor het vernetten, polymeriseren en uitharden van (polymere) coating (verf, lak, vernis en dergelijke) en van inkt op substraten van papier, hout, kunststof en metaal. Elektronenstralen worden ook in de metaalindustrie toegepast voor (micro)metaalbewerkingen. Hoofdzakelijk voor lassen, boren, oppervlaktebewerkingen en lokaal smelten en verdampen. Deze bewerkingen vinden onder vacuüm plaats. Oppervlaktebewerkingen zijn onder andere het bedekken van een substraat met een metaallaag (coaten) en het harden van metalen oppervlakken. Daarnaast worden elektronenstralen ook gebruikt voor het steriliseren van medische apparatuur en van voedsel.

Toepassingen van elektronenstralen
Industriesector Processen met elektronenstralen
Metaal industrie uitharden van coating (verf, lak, vernis en dergelijke) op metaal
Metaal industrie micro metaalbewerkingen; smelten en lassen van metalen, boren in en snijden van metalen, oppervlaktebehandelingen, onder andere harden en het metaliseren van oppervlakken
Meubelindustrie uitharden van lijm en coating (verf, lak, vernis en dergelijke) op hout
Papierdustrie uitharden van coating en inkt op papier en karton
Verpakkingsindustrie lamineren van onder andere melkkartons
Elektrotechnische industrie toepassen bij productie van magneetbanden, compact disks, glasvezels en printed circuitboards
Medische toepassing steriliseren van apparatuur