DE102004027989A1

DE102004027989A1 - Werkstückträgervorrichtung zum Halten von Werkstücken und Behandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102004027989A1
Application number: DE102004027989A
Authority: DE
Inventors: Stefan Esser
Original assignee: Esser Stefan Dr-Ing
Current assignee: Esser Stefan Dr-Ing
Priority date: 2004-06-09
Filing date: 2004-06-09
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2024-06-10
Also published as: DE102004027989B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkstückträgervorrichtung 100 zum Halten von Werkstücken 200, insbesondere während der Oberflächenbehandlung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Behandlungsvorrichtung mit einer derartigen Werkstückträgervorrichtung. Bekannte Werkstückträgereinrichtungen umfassen einen Substrattisch 110, mindestens ein auf dem Substrattisch 110 um eine Planetenachse d¶P¶ drehbar gelagertes Planetenelement 120, mindestens ein auf dem Planetenelement um eine Mondachse d¶M¶ drehbar gelagertes Mondelement 140-m, welches als Werkstückhalterung zum Halten des Werkstücks 200 ausgebildet ist, und mindestens eine Übertragereinrichtung 150 zum Übertragen einer Drehbewegung auf das mindestens eine Mondelement 140-m. Um derartige Werkstückträgervorrichtungen platzsparender und gleichzeitig weniger störanfällig zu gestalten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Planetenelement 120-k ringförmig auszubilden und die Übertragereinrichtung 150 zum Antreiben des Mondelementes 140-m in dem Innenraum 170 des ringförmigen Planetenelements 120 anzuordnen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkstückträgervorrichtung zum Halten von Werkstücken, insbesondere während einer Oberflächenbehandlung der Werkstücke. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Behandlungsvorrichtung mit einer derartigen Werkstückträgervorrichtung zum Behandeln der Oberflächen der Werkstücke, insbesondere durch Beschichten.

Aus dem Stand der Technik, zum Beispiel der Druckschrift EP 1 256 637 A1 , ist eine derartige Werkstückträgervorrichtung grundsätzlich bekannt. Die dort offenbarte Vorrichtung weist mindestens ein ringförmiges Planetenelement mit einer zentralen Öffnung auf, wobei durch die Öffnung ein drehbarer Schaft verläuft, an welchem das Planetenelement drehfest befestigt ist. Auf dem Planetenelement ist mindestens ein Mondelement, welches zum Tragen eines zu behandelnden Werkstücks ausgebildet ist, um eine Mondachse drehbar gelagert. Zwecks Auslösung intermittierender Drehungen des von dem Mondelement getragenen Werkstückes relativ zu dem Planetenelement greift bei jeder Umdrehung des Planetenelementes ein Mitnehmerfinger einer Mitnehmervorrichtung in ein Treibrad des Mondelementes ein. Die Mitnehmervorrichtung ist außerhalb der Peripherie des Planetenelementes angeordnet, weshalb die gesamte Werkstückträgervorrichtung recht voluminös ist.

Aus der Druckschrift WO 00/36178 ist eine weitere derartige Werkstückträgervorrichtungen bekannt. Sie ist so konstruiert, dass sie eine optimale Ausrichtung der zu beschichtenden Werkstücke auf z. B. ein aufgesprühtes Beschichtungsmittel gewährleistet, mit dem Ziel einer optimalen Beschichtungshomogenität. Genauer gesagt, offenbart die besagte Druckschrift eine Werkstückträgervorrichtung in Form eines Planetensystems. Auf einem Substrattisch ist mindestens ein Planetenelement drehbar gelagert. Auf dem Planetenelement wiederum ist ein Mondelement drehbar gelagert, welches als Halterung für das zu beschichtende Werkstück ausgebildet ist. Mit dem Substrattisch ist eine Übertragereinrichtung verbunden, welche im Falle einer Drehbewegung des Planetenelementes eine zumindest zeitdiskontinuierliche Drehung des Mondelementes und damit des Werkstücks bewirkt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung eine bekannte Werkstückträgervorrichtung sowie eine bekannte Behandlungsvorrichtung mit einer derarti gen Werkstückträgervorrichtung in der Weise weiter zu bilden, dass sie platzsparender und gleichzeitig weniger störanfällig werden.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenelement ringförmig ausgebildet ist und dass die Übertragereinrichtung zum Antreiben des Mondelementes in dem Innenraum des ringförmigen Planetenelements angeordnet ist.

Dabei ist der Begriff "ringförmig" nicht zwingend im Sinne von "kreisförmig" zu interpretieren. Vielmehr kann sowohl die Innen- wie auch die Außenkontur des ringförmigen Planetenelementes zumindest abschnittsweise eckig oder unsymmetrisch begrenzt sein. "Ringförmig" im Sinne der Erfindung setzt lediglich voraus, dass das Planetenelement eine Öffnung aufweist, welche sich radial zu einer Planetenachse erstreckt.

In der Beschreibung werden die Begriffe "drehfest" und "drehgekoppelt" verwendet. Der Begriff "drehfest" ist so zu verstehen, dass zwei drehfest miteinander verbundene Teile keine Relativbewegung zueinander ausführen können, weil sie z. B. fest miteinander verschweißt sind. Demgegenüber ist der Begriff "drehgekoppelt" so zu verstehen, dass zwei miteinander drehgekoppelte Teile eine Relativbewegung zueinander ausführen können, weil sie z. B. miteinander in Dreheingriff stehen.

Durch die Öffnung bzw. die ringförmige Ausbildung des Planetenelementes wird im Innern des Planetenelementes ein Innenraum frei, welcher grundsätzlich für verschiedene Zwecke verwendet werden kann. Gemäß der Erfindung wird er insbesondere zur Aufnahme der Übertragereinrichtung zum Antreiben der Mondelemente verwendet. Gegenüber dem Stand der Technik, bei dem eine derartige Übertragereinrichtung außerhalb des Planetenelementes vorgesehen war, wird hier Bauvolumen eingespart. Außerdem ist die beanspruchte Werkstückträgervorrichtung konstruktiv einfacher gestaltet und deshalb auch einfacher realisierbar.

Die Anordnung der Übertragereinrichtung im Innern des Planetenelementes bietet weiterhin den Vorteil, dass die Übertragereinrichtung – im Unterschied zum Stand der Technik – nicht mehr unmittelbar z. B. einem Beschichtungsmaterial ausgesetzt ist, mit welchem die Oberflächen der Werkstücke beschichtet werden. Dadurch wird eine ansonsten primär durch das Beschichtungsmittel bedingte Versprödung der Übertragereinrichtung verlangsamt, wodurch deren Lebensdauer verlängert wird. Der Betrieb der Übertragereinrichtung und damit der Mondelemente ist deshalb vorteilhafterweise weniger störanfällig. Außerdem ist ein Reinigen der Übertragereinrichtung auch nach mehrfacher Verwendung der Werkstückträgervorrichtung entbehrlich.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Mondachse gegenüber der Planetenachse geneigt und das ringförmige Planetenelement vorzugsweise konisch ausgebildet. Das bietet den Vorteil, dass der zur Verfügung stehende Beschichtungsraum, d. h. das von den zu behandelnden Werkstücken beanspruchte Volumen, in der Werkstückträgervorrichtung insbesondere bei Verwendung von mehreren übereinander gestapelten konischen Planetenelementen wesentlich besser ausgenutzt werden kann.

Ein zeit-diskontinuierlicher Antrieb der Mondelemente bzw. der darin gehaltenen Werkstücke, d. h. insbesondere ein Verzicht auf eine Drehung der Werkstücke während derjenigen Zeitintervalle, während sie nicht mit Beschichtungsmaterial besprüht werden, spart vorteilhafterweise Antriebsenergie ein, ohne dass das Beschichtungsergebnis darunter leiden müsste.

Eine Anordnung von Mitnehmerelementen in vorbestimmter Anzahl an vorbestimmten Positionen am Umfang der Übertragereinrichtung bietet den Vorteil, dass auf diese Weise die Ansteuerung der Mondelemente und damit der Werkstücke dauerhaft sehr genau, z. B. auch synchronisiert auf die Position einer Verdampfereinrichtung in der Umgebung der Werkstückträgervorrichtung eingestellt werden kann. Ein Anbringen und Einstellen der Mitnehmerelemente bei jedem neuen Zusammenbau der Werkstückträgervorrichtung zwecks Beschickung mit einer neuen Charge von Werkstücken – wie dies im Stand der Technik erforderlich war – ist damit entbehrlich. Über die Anzahl der an der Übertragereinrichtung angebrachten Mitnehmerelemente kann die Gleichförmigkeit der Drehbewegung der Mondelemente bzw. der Werkstücke eingestellt werden, wobei gilt: je größer die Anzahl, desto gleichförmiger die Drehbewegung.

Vorteilhafterweise sind die Mitnehmerelemente oder die Begrenzungen der Ausnehmungen der Mondelemente in welche die Mitnehmerelemente eingreifen, elastisch ausgebildet; dadurch wird gewährleistet, dass ein Klemmen oder Verhaken eines Mitnehmerelementes in einer Ausnehmung und damit die Gefahr eines Funktionsausfalls der Werkstückträgervorrichtung deutlich verringert oder zumindest auf einen Teilbereich der Werkstückträgervorrichtung, insbesondere ein Planetenelement beschränkt wird.

Zum Zwecke der Erhöhung der Beschichtungsrate, d. h. der Anzahl der zu beschichtenden Werkstücke pro Zeiteinheit, ist es vorteilhaft, wenn eine Mehrzahl von Planetenelementen zu einer Gruppe zusammen gefasst werden, indem sie axial zu der Planetenachse übereinander gestapelt und drehfest miteinander verbunden werden.

Um ein Eindringen von Beschichtungsmaterial aus der Umgebung der Werkstückvorrichtung in das Innere der aufeinander gestapelten Planetenelemente zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn die Übergänge zwischen den übereinander gestapelten Planetenelementen abgedichtet sind.

Vorteilhafterweise ist auf Höhe jedes der übereinander gestapelten Planetenelemente eine zugeordnete Übertragereinrichtung zum Drehen des mindestens einen, auf dem jeweiligen Planetenelement drehbar gelagerten Mondelementes vorgesehen. Weil diese übereinander angeordneten Übertragereinrichtungen sowie zumindest die mit den Übertragereinrichtungen drehgekoppelten Teile der Mondelemente erfindungsgemäß in dem Innenraum der Planetenelemente angebracht sind, sind die Übertragereinrichtungen sowie die genannten Teile der Mondelemente nicht dem Beschichtungsmaterial für die Werkstücke ausgesetzt. Dadurch wird ausgeschlossen, dass sich beim Betrieb der Werkstückträgervorrichtung Beschichtungsmaterial von den Übertragereinrichtungen oder den genannten Teilen der Mondelemente löst und auf tiefer positionierte Werkstücke fällt. Im Stand der Technik, bei dem die Übertragereinrichtungen zum Drehen der Mondelemente außerhalb der Planetenelemente angeordnet waren, trat dieser unerwünschte Effekt regelmäßig auf und bewirkte, dass die Beschichtung der von dem herabfallenden Beschichtungsmaterial getroffenen Werkstücke unbrauchbar wurde.

Eine Ausbildung der Welle in Form einer Mehrzahl von Wellenabschnitten und eine drehfeste Anordnung von Übertragereinrichtungen vorzugsweise an jedem der Wellenabschnitte bietet den Vorteil einer flexiblen Gestaltungsmöglichkeit beim Zusammenbau der Werkstückträgervorrichtung, insbesondere im Hinblick auf eine aktuelle Chargengröße, d. h. die Anzahl der aktuell bzw. zeitgleich zu behandelnden Werkstücke.

Die Ausbildung von insbesondere der auf dem Substrattisch fest-stehenden Welle als elektrischer Leiter bietet den Vorteil, dass ein elektrisches Potential, welches zur Durchführung einer guten Beschichtung mitunter erforderlich ist, störungsfrei oder zumindest störungsarm auch an Werkstücke übertragen werden kann, welche von Mondelementen in höheren Ebenen von gestapelten Planetenelementen gehalten werden.

Weiterhin ermöglicht die fest-stehende Welle vorteilhafterweise ein Anbringen von beliebigen Einrichtungen, mit denen auf den Behandlungsprozess der Werkstücke Einfluss genommen werden kann, in dem Innenraum der Planetenelemente, und zwar in jeder gewünschten Stapelhöhe.

Durch eine planetäre Anordnung von mehreren Gruppen von Planetenelementen können das Beschichtungsvolumen und die Beschichtungsrate ebenfalls gesteigert werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Werkstückträgervorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine Behandlungsvorrichtung, insbesondere Beschichtungsvorrichtung, mit der Werkstückträgervorrichtung gelöst. Die Vorteile dieser Behandlungsvorrichtung entsprechen im Wesentlichen den oben beschriebenen Vorteilen der Werkstückträgervorrichtung. Darüber hinaus ist es für die Behandlungsvorrichtung vorteilhaft, wenn die Werkstückträgervorrichtung ausgebildet ist, die Drehung des Mondelementes mit einer Vorbeibewegung des Werkstücks innerhalb eines Sektorbereiches an mindestens einer Emissionseinrichtung zu synchronisieren.

Der Beschreibung sind insgesamt sieben Figuren beigefügt, wobei
1 ein erstes Ausführungsbeispiel für den Aufbau der erfindungsgemäßen Werkstückträgervorrichtung;
2 eine Variante des ersten Ausführungsbeispiels in einer perspektivischen Ansicht;
3 ein Ausführungsbeispiel für eine Übertragereinrichtung gemäß der Erfindung;
4 eine Detailansicht aus 2;
5 ein zweites Ausführungsbeispiel für den Aufbau der erfindungsgemäßen Werkstückträgervorrichtung;
6 eine Variante des zweiten Ausführungsbeispiels in einer perspektivischen Ansicht im Zusammenwirken mit einer Emissionseinrichtung; und
7 ein drittes Ausführungsbeispiel für den Aufbau der erfindungsgemäßen Werkstückträgervorrichtung; zeigt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die genannten Figuren detailliert beschrieben.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für den Aufbau einer Werkstückträgervorrichtung 100' zum Halten von Werkstücken 200-1, 200-2, insbesondere während einer Oberflächenbehandlung. Die Oberflächenbehandlung kann z. B. in der Beschichtung der Werkstücke mit einem Beschichtungsmittel B bestehen.
Die Werkstückträgervorrichtung umfasst einen Substrattisch 110 auf dem mindestens ein Planetenelement 120 um eine Planetenachse d_p drehbar gelagert ist. Auf dem Planetenelement 120 wiederum ist mindestens ein Mondelement 140-m mit m=1-M um eine Mondachse d_M-m drehbar gelagert, wobei M die maximale Anzahl von Mondelementen pro Planetenelement bezeichnet. Das Mondelement ist als Werkstückhalterung zum Halten des zu behandelnden Werkstücks 200-1, 200-2 ausgebildet.
Das Planetenelement 120 ist erfindungsgemäß ringförmig ausgebildet. In dem Innenraum dieses ringförmigen Planetenelementes 120 ist eine Übertragereinrichtung 150 angeordnet zum Antreiben, d. h. Drehen von vorzugsweise allen auf dem Planetenelement gelagerten Mondelementen. Die Übertragereinrichtung wird von einer Welle 160 in Form einer Stange oder eines Rohres getragen, welche axial zu der Planetenachse dP auf dem Substrattisch 110 befestigt ist. Die Übertragereinrichtung 150 erstreckt sich im Wesentlichen radial zu der Welle 160 und ist mit dieser drehfest verbunden.
Die Werkstückträgervorrichtung 100' gemäß 1 funktioniert wie folgt:
Über eine Antriebseinrichtung 130 wird ein Antriebsrad 132 angetrieben, welches vorzugsweise mit dem äußeren Rand des ringförmigen Planetenelementes 120 drehgekoppelt ist. Auf diese Weise wird auch das Planetenelement 120 von der Antriebseinrichtung 130 zu einer Drehung um die Planetenachse d_p angetrieben.
Der Antrieb der Mondelemente 140-m und damit eine Drehung der Werkstücke um ihre jeweilige Mondachse d_M erfolgt nur indirekt über die Antriebseinrichtung 130; vielmehr erfolgt sie direkt, wie bereits erwähnt, über die Übertragereinrichtung 150. Weil die Übertragereinrichtung 150 drehfest mit dem Substrattisch 110 verbunden ist, entsteht bei einer Drehung des Planetenelementes 120 eine Relativbewegung zwischen dem Planetenelement 120 und der Übertragereinrichtung 150. Aufgrund der eingerichteten Drehkopplung zwischen der Übertragereinrichtung 150 und den in dem Planetenelement gelagerten Mondelementen bewirkt die se Relativbewegung einen Antrieb, d. h. ein Drehen der Mondelemente 140-m und damit der Werkstücke 200-m um ihre jeweiligen Mondachsen.
Gemäß einer in 1 nicht gezeigten alternativen Ausführungsform kann das Planetenelement 120 auch mit einer axial zu der Planetenachse verlaufenden Antriebswelle drehfest verbunden sein und dann durch diese Antriebswelle relativ zu dem Substrattisch gedreht werden. Die drehfeste Verbindung zwischen der Welle 160 und dem Substrattisch 110 erfolgt dann nicht, wie in 1 gezeigt, am unteren Ende der Welle 160, sondern über einen außerhalb des Planetenelementes drehfest mit dem Substrattisch verbundenen kranförmigen Bügel, an dessen Ausleger die Welle 160 mit Übertragereinrichtung 150 drehfest befestigt ist. An dem Ausleger hängend wird die Welle mit der Übertragereinrichtung dann in dem Innern des Planetenelementes gehalten.
2 zeigt die Werkstückträgervorrichtung 100' in einer perspektivischen Ansicht. Das Planetenelement 120 ist bei der hier gezeigten Variante des ersten Ausführungsbeispiels konisch ausgebildet. Das Planetenelement 120 weist Bohrungen 124-m auf, in denen die hier hülsenförmig ausgebildeten Mondelemente 140-m jeweils um ihre individuelle Mondachse d_M-m drehbar gelagert sind. Die einzelnen Mondachsen d_M-m sind gegenüber der Planetenachse d_p vorzugsweise alle um einen Winkel α geneigt. Der Antrieb der Mondelemente 140-m mit Hilfe der Übertragereinrichtung 150 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3 und 4 näher beschrieben.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Übertragereinrichtung 150. Eine Ausbildung der Übertragereinrichtung in der dort gezeigten Weise hat folgende Vorteile: Zum einen hat diese Übertragereinrichtung nur ein geringes Gewicht und zum anderen ist sie sehr einfach herzustellen. Für die Herstellung muss in einem ersten Schritt lediglich ein zunächst planbares Blech geeignet (wie in 3 zu erkennen) ausgeschnitten werden. In einem zweiten Schritt müssen dann nur noch die Arme 151-1, 151-2 rechtwinkelig abgebogen werden. Jeder dieser Arme weist an seinem einen Ende ein vorzugsweise radial ausgerichtetes Mitnehmerelement 152-1, 152-2, 152-3 auf.
4 veranschaulicht die Drehkopplung zwischen der Übertragereinrichtung 150 und einem Mondelement 140-m. Es ist zu erkennen, dass das Mondelement 140-m an seinem unteren, d. h. der Übertragereinrichtung 150 zugewandten Ende Ausnehmungen 142 aufweist. In diese Ausnehmungen 142 greifen die Mitnehmerelemente 152-1, 152-2 bei einer Drehung der Übertragereinrichtung 150 zeitweise ein und bewirken so eine stückweise Drehung des Mond elementes bzw. des Werkstücks 200-m um einen vorbestimmten Mond-Drehwinkel um die jeweilige Mondachse d_M-m. Wenn nur ausreichend viele Mitnehmerelemente am Umfang der Übertragereinrichtung verteilt angeordnet sind, so lässt sich auch eine im wesentlichen kontinuierliche Drehbewegung der Werkstücke um ihre Mondachsen realisieren. Die Mitnehmerelemente oder die Begrenzungen der Ausnehmungen sind vorzugsweise elastisch ausgebildet, um die Wahrscheinlichkeit eines Verklemmens zwischen Mitnehmerelement und Ausnehmung zu minimieren.
5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für den Aufbau der erfindungsgemäßen Werkstückträgervorrichtung 100''. Dieses zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel darin, dass hier mehrere Planetenelemente 120-k mit k=1-K übereinander gestapelt sind, wobei K die Anzahl der übereinander gestapelten Planetenelemente repräsentiert; in 5 ist K=3. Gegenüber dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kann mit dem hier in 5 gezeigten Aufbau der Werkstückträgervorrichtung 100' die dreifache Anzahl von Werkstücken gleichzeitig behandelt werden.
Die übereinander gestapelten Planetenelemente 120-k sind vorzugsweise drehfest miteinander verbunden. Dann ist es ausreichend, wenn lediglich eines der Planetenelemente, vorzugsweise dasjenige 120-1, welches auf dem Substrattisch drehbar gelagert ist, wie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, angetrieben wird; aufgrund der drehfesten Verbindung drehen sich dann ggf. auch die anderen darüber gestapelten Planetenelemente 120-2, 120-3 mit.
Die Planetenelemente können in ihrem jeweiligen Innenraum eine Führungseinrichtung 122-k mit einer Hülse 124-k an zentraler Stelle aufweisen. Beim Übereinanderstapeln der Planetenelemente werden die Hülsen 124-k auf die fest-stehende Welle 160 aufgeschoben, wodurch automatisch eine richtige Positionierung der Planetenelemente 120-k in Bezug auf die Welle 160 gewährleistet wird.
Auch bei den übereinander gestapelten Planetenelementen ist jedem Planetenelement 120-1, 120-2 und 120-3 jeweils eine Übertragereinrichtung 150-1, 150-2 und 150-3 zugeordnet, wobei alle diese Übertragereinrichtungen auf der Welle 160 drehfest montiert sind. Die Welle kann entweder einstückig ausgebildet sein oder aus einer Vielzahl von drehfest miteinander verkuppelbaren Wellenabschnitten 160-k zusammensetzbar sein. Letztere Ausbildung der Welle hat den Vorteil, dass die Höhe bzw. Länge der Welle 160 individuell der jeweiligen Stapelhöhe H angepasst werden kann. Die Wellenabschnitte 160-k können jeweils einstückig mit einer Übertragereinrichtung 150-k ausgebildet sein, was einen erneuten Aufbau der gesamten Werkstückträgervorrichtung 100'', wie er typischerweise vor jedem Behandlungs- bzw. Beschichtungsvorgang erneut erforderlich ist, wesentlich vereinfacht.
Die fest-stehende Welle 160, die auf ihr angebrachten Übertragereinrichtungen 150-k und die durch die Übertragereinrichtungen angetriebenen Mondelemente 140-m sind vorteilhafterweise jeweils elektrisch leitend ausgebildet und bilden zusammen einen nicht-unterbrochenen elektrischen Leiter. Dieser Leiter dient zum Übertragen eines für die Behandlung/Beschichtung der Werkstücke (200-m) erforderlichen elektrischen Bias-Potentials von der Welle 160 über die als Werkstückhalterung ausgebildeten Mondelemente (140-m) auf die Werkstücke. Weil sich die Welle, wie oben erwähnt, über die gesamte Stapelhöhe H erstreckt, kann über die Welle auch das elektrische Potential störungsfrei, d. h. beispielsweise ohne Wackelkontakte (arcing Effekt), in diese Höhe und damit zu den in dieser Höhe gehaltenen Werkstücken geleitet werden.
Der Innenraum 170 der ringförmigen Planetenelemente kann auch dazu genutzt werden, um z. B. Heizeinrichtungen (310), Kühleinrichtungen 330 oder Messeinrichtungen (320), insbesondere Temperaturmessgeräte, dort anzuordnen; siehe 7. Mit Hilfe dieser Einrichtungen kann der Behandlungsverlauf der Werkstücke beeinflusst oder überwacht werden. Die Einrichtungen werden vorzugsweise an der fest-stehenden Welle 160 oder den Übertragereinrichtungen 150-k in den verschiedenen, durch die übereinandergestapelten Planetenelement (120-k) repräsentierten Stapelebenen, angebracht.
Die übereinander gestapelten Planetenelemente sind vorzugsweise an ihren Übergängen gegeneinander abgedichtet. Die Abdichtung bietet den Vorteil, dass insbesondere radial von außen auf die Werkstücke und damit auch auf die Planetenelemente gespritztes Beschichtungsmaterial nicht in den durch die übereinander gestapelten Planetenelemente gebildeten Innenraum 170 eindringen kann. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die in dem Innenraum angeordneten Übertragereinrichtungen 150-1, 150-2 und 150-3 nicht durch das Beschichtungsmaterial in ihrer Funktionsfähigkeit beeinträchtigt werden.
6 zeigt eine zweite Variante des zweiten Ausführungsbeispiels der Werkstückträgervorrichtung in einer perspektivischen Ansicht. Bei dieser Variante sind die Planetenelemente jeweils konisch ausgebildet und die Mondachsen, zu denen die zu behandelnden Werkstücke 200-m axial gehalten sind, jeweils zu der Planetenachse dp geneigt. Die hier gezeigte Stapelung der konischen Planetenelemente bietet den Vorteil, dass eine wesentlich größere Pa ckungsdichte der zu behandelnden Werkstücke 200-m realisiert werden kann, d. h. es können bei gleicher Stapelhöhe H mehr Werkstücke in die Vorrichtung gepackt und gleichzeitig behandelt werden, als bei der in 5 gezeigten ersten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels. Der Grund dafür ist darin zu sehen, dass hier nicht, wie bei der in 5 gezeigten ersten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels, der Abstand zwischen den einzelnen übereinander gestapelten Planetenelementen mindestens der Höhe bzw. Länge der Werkstücke 200-m entsprechen muss. Die Ineinanderstapelung der konischen Planetenelemente bietet weiterhin den Vorteil, dass sich die Planetenelemente vorzugsweise teilweise überlappen. Es verbleiben dann keine Lücken zwischen den Planetenelementen durch welche Beschichtungsmaterial, das während einer Beschichtung typischerweise aus radialer Richtung von außen auf die Werkstücke und die Planetenelemente gelangt, direkt in den Innenraum 170 eindringen könnte; eine Abdichtung zwischen den konischen Planetenebenen ist deshalb entbehrlich.
Die Werkstückträgervorrichtung 100', 100'', 100''' ist typischerweise Bestandteil einer Behandlungs- bzw. Beschichtungseinrichtung 1000 zum Oberflächenbehandeln, beispielsweise Beschichten, der Werkstücke. Neben der Werkstückträgervorrichtung 100', 100'' 100''' umfasst die Behandlungseinrichtung 1000 noch mindestens eine Emissionseinrichtung z. B. in Form einer Verdampfereinrichtung 300, angeordnet in der äußeren Umgebung der Planetenelemente 120, vorzugsweise in der Mitte, d.h. im Bereiche einer Drehachse d_S des Substrattisches 110. Die Emissionseinrichtung emittiert ein Beschichtungsmittel B auf die Werkstücke 200, wenn diese sich in einem Sektorbereich γ an der Verdampfereinrichtung 300 vorbeibewegen. Während der Vorbeibewegung führen die Werkstücke grundsätzlich nur eine Planetenbewegung um die Planetenachse d_p aus. Zusätzlich können die Werkstücke jedoch auch – bei entsprechender Ansteuerung der Mondelemente von denen sie gehalten werden – eine Drehung um ihre jeweilige Mondachse d_M durchführen. Diese Drehung um die Mondachse kann wahlweise erfolgen bevor und/oder während sich das Werkstück durch den Sektorbereich γ bewegt. Durch das Drehen um die jeweilige Mondachse wird eine besonders gleichmäßige Beschichtung der Oberfläche des Werkstücks realisiert.
7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für den Aufbau der erfindungsgemäßen Werkstückträgervorrichtung 100'''. Hier sind mindestens zwei Planetenelemente 120-1-I, 120-1-II planetär auf dem Substrattisch 110 angeordnet und drehbar gelagert. Jedes der drehbar gelagerten Planetenelemente 120-1-I, 120-1-II kann als Träger für eine individuelle Mehrzahl von darauf gestapelten weiteren Planetenelementen 120-k-I, 120-I-II dienen, wobei in diesem Fall k mit k=1-K die Anzahl der in einer ersten Gruppe I übereinander gestapelten Planetenelemente und I mit I=1-L die Anzahl der in einer zweiten Gruppe II übereinander gestapelten Planetenelemente bezeichnet. Für jedes einzelne Planetenelement bzw. für jede Gruppe der hier verwendeten Planetenelemente gelten die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele und Varianten gleichermaßen.
Der Substrattisch 110 wird bei dem dritten Ausführungsbeispiel direkt von der Antriebseinrichtung 130 angetrieben, d. h. in eine Drehbewegung um eine Substrattischachse d_S versetzt. Dies führt zunächst nur zu einer Planetenbewegung der Planetenelemente um die Substrattischachse d_S, aber noch nicht zu einer Drehung der Planetenelemente um ihre jeweiligen Planetenachsen d_p-I, d_p-II. Letztere erfolgt mit Hilfe eines alternativen Antriebsrades 134, welches in Bezug auf die Drehung des Substrattisches und in Bezug auf die Drehung des Planetenelementes entkoppelt und fest in der Werkstückträgervorrichtung 100''' angeordnet ist. Das alternative Antriebsrad 134 steht in Dreh-Eingriff mit der Außenseite von jeweils einem Planetenelement 120-1-I, 120-1-II in jeder Gruppe I, II. Eine Drehung des Substrattisches 110, angetrieben durch die Antriebseinrichtung 130 bewirkt deshalb über das alternative Antriebsrad 134 auch eine Drehung der Planetenelemente bzw. Gruppen I, II von Planetenelementen um ihre jeweiligen Planetenachsen d_p-I, d_p-II. Eine Drehung der Werkstücke um ihre jeweiligen Mondachsen erfolgt, wie oben unter Bezugnahme auf insbesondere die 1 und 5 beschrieben.

Claims

Werkstückträgervorrichtung (100', 100'', 100''') zum Halten von Werkstücken (200-m mit m=1-M), insbesondere während einer Oberflächenbehandlung, umfassend: mindestens ein um eine Planetenachse (d_p) drehbar gelagertes Planetenelement (120-k mit k=1-K); mindestens ein auf dem Planetenelement (120-k) um eine Mondachse (d_M) drehbar gelagertes Mondelement (140-m), welches als Werkstückhalterung zum Halten des Werkstücks (200-m) ausgebildet ist; und mindestens eine Übertragereinrichtung (150-k) zum Übertragen einer Drehbewegung auf das mindestens eine Mondelement (140-m); dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenelement (120-k) ringförmig ausgebildet ist; und die Übertragereinrichtung (150-k) zum Antreiben des Mondelementes (140-m) in dem Innenraum (170) des ringförmigen Planetenelements (120-k) angeordnet ist.
Werkstückträgervorrichtung (100', 100'', 100''') nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Substrattisch (110) auf dem das Planetenelement (120) um die Planetenachse drehbar gelagert ist; und eine mit dem Substrattisch (110) drehfest verbundene und sich axial zu der Planetenachse (d_p) erstreckende Welle (160), mit welcher die Übertragereinrichtung (150-k) drehfest verbunden ist.
Werkstückträgervorrichtung (100', 100'', 100''') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mondelement (140-m) das Werkstück (200-m) axial zu der Mondachse (d_M) hält, wobei die Mondachse (d_M) gegenüber der Planetenachse (d_p) vorzugsweise um einen festen Winkel (α) geneigt ist.
Werkstückträgervorrichtung (100', 100'', 100''') nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Planetenelement (120-k) konisch ausgebildet ist.
Werkstückträgervorrichtung (100', 100'', 100''') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragereinrichtung (150-k) ausgebildet ist, das Mondelement (140-m) entweder zeitkontinuierlich oder zeit-diskontinuierlich, dann vorzugsweise periodisch anzutreiben.
Werkstückträgervorrichtung (100', 100'', 100''') nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragereinrichtung (150-k) mindestens ein vorzugsweise radial ausgerichtetes Mitnehmerelement (152) aufweist, welches zum Drehen des Mondelements (140-m) um einen vorbestimmten Mond-Drehwinkel mit einer Ausnehmung (142) des Mondelementes (140-m) in Dreh-Eingriff steht, wenn das Mondelement (140-m) aufgrund einer Drehung des Planetenelements (120-k) relativ zu dem Substrattisch (110) und der Übertragereinrichtung (150-k) an dem Mitnehmerelement (152) vorbeibewegt wird.
Werkstückträgervorrichtung (100', 100'', 100''') nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnehmerelement (152) der Übertragereinrichtung (150-k) oder die Begrenzungen der Ausnehmung (142) des Mondelementes (140-m) elastisch ausgebildet sind.
Werkstückträgervorrichtung (100', 100'', 100''') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Mehrzahl (K, L) von vorzugsweise identischen Planetenelementen (120-k) vorgesehen ist, welche axial zu der Planetenachse (d_p) übereinander gestapelt und drehfest miteinander verbunden sind.
Werkstückträgervorrichtung (100', 100'', 100''') nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die übereinander gestapelten ringförmigen Planetenelemente (120-k) gebildete Innenraum (170) zumindest gegenüber im Wesentlichen radial von außen im Rahmen einer Oberflächenbehandlung auf die Werkstücke (200-m) und die Planetenelemente (120-k) einwirkenden Substanzen abgedichtet ist.
Werkstückträgervorrichtung (100', 100'', 100''') nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe bzw. Länge der fest-stehenden Welle (160) im Wesentlichen der Höhe (H) der übereinander-gestapelten Planetenelemente (120-k) entspricht und dass auf Höhe jedes der übereinander-gestapelten Planetenelemente (120-k) eine zugeordnete Übertragereinrichtung (150-k) zum Drehen des dem jeweiligen Planetenelement (120-k) zugeordneten mindestens einen Mondelementes (140-m) drehfest auf der Welle (160) angeordnet ist.
Werkstückträgervorrichtung (100', 100'', 100''') nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (160) einstückig ausgebildet ist und dass die Übertragereinrichtungen (150-k) auf die Welle (160) aufsteckbar und mit dieser drehfest verbindbar sind.
Werkstückträgervorrichtung (100', 100'', 100''') nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (160) aus einer Mehrzahl von Wellenabschnitten (160-k) gebildet ist, welche drehfest miteinander verkuppelbar sind, und wobei mit jedem Wellenabschnitt (160) eine Übertragereinrichtung (150-k) drehfest verbindbar ist.
Werkstückträgervorrichtung (100', 100'', 100''') nach einem der vorangegangenen Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die fest-stehende Welle (160), die auf ihr angebrachten Übertragereinrichtungen (150-k) und die durch die Übertragereinrichtungen angetriebenen Mondelemente (140-m) jeweils elektrisch leitend ausgebildet sind und zusammen einen nicht-unterbrochenen elektrischen Leiter repräsentieren zum Übertragen eines für die Beschichtung des Werkstücks (200-m) in dem als Werkstückhalterung ausgebildeten Mondelement (140-m) erforderlichen elektrischen Bias-Potentials von der Welle (160) auf das Werkstück.
Werkstückträgervorrichtung (100', 100'', 100''') nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung mit welcher auf den Behandlungsprozess der Werkstücke Einfluss genommen werden kann, z. B. eine Heizeinrichtung (310), eine Kühleinrichtung (330) oder eine Messeinrichtung (320), in dem Innenraum des mindestens einen Planetenelementes (120-k), vorzugsweise an der fest-stehenden Welle (160) in gewünschter Höhe über dem Substrattisch (110) angebracht ist.
Werkstückträgervorrichtung (100', 100'', 100''') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Antriebseinrichtung (130) mit einem Antriebsrad (132), welches vorzugsweise mit dem äußerem Rand des auf dem Substrattisch (110) drehbar gelagerten Planetenelementes (120-1) drehgekoppelt ist.
Werkstückträgervorrichtung (100', 100'', 100''') nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine Antriebseinrichtung (130) zum unmittelbaren Drehen des Substrattisches (110) und zum mittelbaren Drehen des mindestens einen Planetenelementes (120-k) mit Hilfe eines alternativen Antriebsrades (134), welches in Bezug auf die Drehung des Substrattisches (110) und die Drehung des Planetenelementes (120-1) fest-stehendend in der Werkstückträgervorrichtung (100''') angeordnet ist.
Werkstückträgervorrichtung (100', 100'', 100''') nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrattisch (110) mindestens zwei Planetenelemente planetär angeordnet sind, wobei jedes dieser Planetenelemente (120-1-1, 120-1-2) zwecks Drehung um seine eigene Planetenachse d_p-I, d_p-II mit dem alternativen Antriebsrad (134) drehgekoppelt ist.
Behandlungsvorrichtung (1000), insbesondere eine PVD-Beschichtungsvorrichtung, zum Behandeln der Oberfläche eines Werkstücks (200-m), insbesondere durch Beschichten mit einem Beschichtungsmittel (B), umfassend: eine Werkstückträgervorrichtung (100', 100'', 100''') nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zum Halten des zu beschichtenden Werkstücks (200-m); und mindestens eine Emissionseinrichtung (300), insbesondere Verdampfereinrichtung, in der äußeren Umgebung eines Planetenelementes (120-k) der Werkstückträgervorrichtung (100', 100'', 100''') zum Emittieren eines Behandlungsmittels, insbesondere des Beschichtungsmittels (B) auf das Werkstück (200-k), wenn sich das Werkstück bei einer Drehung des Planetenelementes um die Planetenachse (d_p) an der Emissionseinrichtung (300) vorbeibewegt.
Behandlungsvorrichtung (1000) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückträgervorrichtung (100', 100'', 100''') ausgebildet ist, die Drehung des Mondelementes (140-m) bzw. des Werkstücks (200-m) um die Mondachse (d_M) mit der Vorbeibewegung des Werkstücks (200-m) an der Emissionseinrichtung (300) zu synchronisieren, beispielsweise diese Drehung um die Mondachse (d_M) nur dann erfolgen zu lassen, bevor und/oder während sich das Werkstück (200-m) in einem Sektorbereich (γ) an der Emissionseinrichtung (300) vorbeibewegt.