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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken unter Vakuum, insbesondere für das Schweißen oder die Oberflächenbearbeitung durch Elektronenstrahlen.
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Für solche Aufgaben sind verschiedenartige Maschinen mit Vakuumkammern bekannt, die unter anderem abhängig von der Größe des Werkstücks und der Bearbeitungsaufgabe in unterschiedlicher Bauform und Größe herstellt werden. Insbesondere sind für kleine Bauteile, vor allem für die Produktion von großen Serien, auch taktgesteuerte Schleusenmaschinen bekannt, bei denen Werkstücke innerhalb der Arbeitsstation taktgesteuert weitertransportiert werden, beispielsweise indem sie auf einen rotorartigen Werkstückträger aufgesetzt sind, und an anderen Stationen in das evakuierte System ein- und ausgebracht werden. Die Taktsteuerung ist bei solchen Schleusenmaschinen derart, dass neben der Transportbewegung für das Werkstück auch das Öffnen und Schließen von Ventilen taktgesteuert ist, mit denen unterschiedliche Zonen des Systems getaktet evakuiert oder geflutet werden.
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DE 10 2006 027 820 A1 offenbart eine Kammeranordnung zum Elektronenstrahlschweißen mit einem Kammergehäuse, das eine Be-/Entladeöffnung hat, und einem Kammerverschluss, der relativ zu der Be-/Entladeöffnung gedreht werden kann.
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JP 2006-095553 A offenbart eine Elektronenstrahlschweißvorrichtung mit einem Schweißraum, einem Vorraum und einer Vakuumpumpe. Mittels der Vakuumpumpe wird Luft aus dem Schweißraum abgepumpt, bis ein Druck fast auf einen Solldruck abgesenkt ist. Danach wird der Vorraum mit dem Schweißraum verbunden.
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JP S59-104282 A offenbart eine Elektronenstrahlschweißvorrichtung mit einer Schweißkammer, die hermetisch verschlossen wird, indem eine obere Oberfläche einer Dreheinheit und eine untere Oberfläche der Kammer in festem Kontakt miteinander gebracht werden.
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Aus der
US 4 162 391 A ist beispielsweise ein System bekannt, bei dem das Werkstück in als Taschen bezeichnete Vertiefungen eines Trägers eingesetzt wird, der getaktet zur Drehung angetrieben wird. Die Taschen mit dem Werkstück werden unter einen Deckel durch die Rotation des Trägers transportiert, wobei der Deckel einen Teil des Trägers überdeckt, der Evakuierungs- bzw. Bearbeitungspositionen entspricht. In diesen Drehpositionen befindet sich eine Tasche jeweils in einem Bereich unter dem Deckel, der derart gedichtet ist, dass zwischen dem Deckel und dem Träger Dichtungen vorgesehen sind, die diese Arbeitspositionen umgreifen. Eine zweite Dichteinrichtung ist ebenfalls die Arbeitspositionen umgreifend zwischen dem Deckel und dem Träger vorgesehen, so dass ein gedichteter innerer und ein gedichteter äußerer Raum definiert werden. Mit diesen gedichteten Räumen sind Vakuumpumpen verbunden, die getaktet arbeiten, insbesondere Vakuum erzeugen, sobald die jeweilige Tasche die Bearbeitungsposition im gedichteten Raum erreicht hat, wobei eine der Vakuumeinrichtung mit dem inneren Raum und die andere mit dem äußeren Raum verbunden ist. In dem Vakuumzustand und weiter innerhalb des inneren gedichteten Raums wird die Tasche mit dem Träger weiter gedreht und an die eigentliche Bearbeitungsposition bewegt, wo beispielsweise der Schweißvorgang durchgeführt wird. Anschließend verlässt durch erneute Rotation des Trägers die jeweilige Tasche den gedichteten inneren und den gedichteten äußeren Raum. Bei dieser Vorrichtung arbeiten die Vakuumquellen getaktet, d. h. ventilgesteuert, und arbeiten, sobald eine der Taschen den gedichteten (äußeren) Raum erreicht.
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Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken unter Vakuum vorzusehen, die taktgesteuert arbeitet und einfach aufgebaut ist.
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Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die taktgesteuerte und ventilbetätigte Evakuierung des jeweiligen Arbeitsraums durch eine Anordnung zu ersetzen, bei der bei ständigem Betrieb der Vakuumierungseinrichtung der zu evakuierende Arbeitsraum bei seiner Transportbewegung innerhalb der Vorrichtung automatisch in einen Evakuierungsbereich gelangt. Dazu ist eine Dichtungsanordnung wesentlich.
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Insbesondere wird die Vorrichtung dadurch gebildet, dass eine drehbare Rotoreinrichtung in einem Gehäuse gelagert ist, wobei in der Rotoreinrichtung Kammern zum Aufnehmen der zu bearbeitenden Werkstücke gebildet sind. Durch getaktetes Drehen der Rotoreinrichtung können die Werkstücke zwischen den verschiedenen Bearbeitungspositionen weiter bewegt werden. Dadurch, dass Dichtungen in erfindungsgemäßer Weise vorgesehen sind, insbesondere dass jeweils eine Dichtung die Öffnung der in der Rotoreinrichtung gebildeten Kammern gegenüber dem Gehäuse oder dem Gehäusedeckel dichtet, indem sie die jeweilige Öffnung umgreift und mit der Rotoreinrichtung und damit der Öffnung mitbewegt wird, und zusätzlich ein Dichtungspaar vorgesehen ist, das zwischen der Gesamtheit der Öffnungen in der Rotoreinrichtung und dem Gehäuse bzw. Gehäusedeckel einen gedichteten Raum vorsieht, können die in der Rotoreinrichtung gebildeten Kammern unter Vakuum zwischen einer Bearbeitungsstation, die zur Evakuierung der Kammer in der Rotoreinrichtung dient, und der eigentlichen Werkstückbearbeitungsstation transportiert werden. Außerdem können die jeweiligen zur Evakuierung anstehenden Kammern mit einer Vakuumpumpe in Verbindung gebracht werden, die nicht getaktet, sondern vielmehr beispielsweise permanent, arbeitet. Dadurch ist es nicht nötig, spezielle Ventile für die Vakuumpumpe bzw. Vakuumeinrichtung vorzusehen, die abgestimmt zur Taktung der Transportbewegung arbeiten. Vielmehr geschieht die Abstimmung automatisch, da die Evakuierung nur von der Drehposition der Kammer in der Rotoreinrichtung abhängig ist.
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Somit enthält die Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken unter Vakuum insbesondere ein Gehäuse mit einem im Wesentlichen kreiszylindrischen Innenraum, und einen Gehäusedeckel, der den kreiszylindrischen Innenraum an einer der Stirnseiten im Wesentlichen schließt. Ferner ist ein bezüglich des Gehäuses drehbarer Gehäuseboden vorgesehen, der zum Gehäuse gedichtet ist, so dass der durch den Gehäuseboden, den Gehäusedeckel und das Gehäuse umschlossene bzw. umgriffene Raum einen Innenraum definiert. Mit dem Gehäuseboden ist eine Rotoreinrichtung verbunden, die ebenfalls im Wesentlichen kreiszylindrische Form aufweist und in den Innenraum eingebracht ist. In der Rotoreinrichtung sind mehrere Kammern zur Aufnahme von Werkstücken gebildet, die beispielsweise der Anzahl der Bearbeitungsstationen in ihrer Zahl entsprechen und gleichmäßig beabstandet in Umfangsrichtung in der Rotoreinrichtung angeordnet sind.
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Im Gehäuse und/oder im Gehäusedeckel sind Arbeitsöffnungen gebildet, wobei die Kammern der Rotoreinrichtung jeweils mindestens eine Rotoröffnung aufweisen, die mit den Arbeitsöffnungen durch getaktetes Drehen der Rotoreinrichtung in Übereinstimmung zu bringen sind.
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Um jede der Rotoröffnungen ist eine der Rotoröffnungen zugeordnete Rotoröffnungsdichteinrichtung vorgesehen, die eine Dichtung zwischen der Rotoreinrichtung und dem Gehäuse bzw. zwischen der Rotoreinrichtung und dem Gehäusedeckel vorsieht.
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Ferner sind Rotordichteinrichtungen zwischen der Rotoreinrichtung und dem Gehäusedeckel und/oder zwischen der Rotoreinrichtung und dem Gehäuse vorgesehen, welche jeweils derart angeordnet sind, vorzugsweise paarweise, dass sie jeweils alle im Gehäusedeckel bzw. im Gehäuse geformten Arbeitsöffnungen gemeinsam umgreifen und einen die im Gehäusedeckel geformten Arbeitsöffnungen enthaltenden Raum zwischen der Rotoreinrichtung und dem Gehäusedeckel bzw. einen die im Gehäuse geformten Arbeitsöffnungen enthaltenden Raum zwischen Rotoreinrichtung und Gehäuse definieren und dichten.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind mindestens drei Arbeitsöffnungen vorgesehen, die mindestens drei Bearbeitungsstationen zugeordnet sind, nämlich eine Werkstückwechselöffnung, die der Werkstückwechselstation zugeordnet ist, eine Bearbeitungsgerätsöffnung, die einer Bearbeitungsstation zugeordnet ist, und eine Evakuierungsöffnung, die einer Evakuierungsstation zugeordnet ist. Weitere Bearbeitungsstationen und gegebenenfalls Öffnungen können vorgesehen sein. Alternativ können auch zusätzliche Bearbeitungsstationen ohne zugeordnete Öffnung vorgesehen sein, die beispielsweise eine Ruheposition für die Werkstücke definieren.
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Die Werkstückwechselstation dient dazu, Werkstücke in die Kammern in der Rotoreinrichtung einzubringen und daraus zu entnehmen, und kann somit zur Umgebung geöffnet sein. Nach Bedarf kann auch eine separate Verschlusskappe für die Werkstückwechselöffnung vorgesehen sein. Die Evakuierungsstation dient dazu, eine an der Evakuierungsstation befindliche Kammer der Rotoreinrichtung mit einer Vakuumeinrichtung, z. B. einer Vakuumpumpe, zu verbinden, um die Kammer zu evakuieren. Die Bearbeitungsstation dient schließlich zur eigentlichen Bearbeitung des Werkstücks, und ist mit einem Bearbeitungsgerät, beispielsweise einem Elektronenstrahlgenerator, verbunden, so dass beispielsweise das Werkstück durch Elektronenstrahlen oberflächenbearbeitet werden kann. Dazu wird es unter Vakuum weiter von der Evakuierungsstation an die Bearbeitungsstation transportiert.
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Die Werkstückwechselöffnung ist vorzugsweise mit einer Verschlusskappe verschließbar, und die an der Werkstückwechselstation befindliche Kammer der Rotationseinrichtung mit einer, gegebenenfalls zusätzlichen, Vakuumpumpeneinrichtung verbindbar, wenn die Verschlusskappe geschlossen ist. Wenn der Werkstückwechsel in sehr kurzer Zeit durchgeführt werden kann und durch hohe Anforderungen an die Qualität des Vakuums für die Bearbeitung lange Evakuierungszeiten, insbesondere im Vergleich zur an einer Werkstückbearbeitungsstation benötigten Bearbeitungszeit, erforderlich sind, bietet es einen Vorteil, wenn die Werkstückwechselstation mit der Verschlusskappe versehen ist, dass Bauteile, die an der Werkstückwechselstation in die Kammer der Rotoreinrichtung eingebracht sind, bereits an dieser Station vorevakuiert werden können. Die mit der Werkstückwechselstation verbundene Vakuumpumpeneinrichtung ist dann ventilgesteuert und getaktet.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Vorrichtung weiter eine Vakuumpumpe als Evakuierungseinrichtung, die mit der Evakuierungsöffnung verbunden ist und vorzugsweise permanent, d. h. ständig und nicht ventilgesteuert und getaktet, arbeitet. Dadurch, dass die getaktete Transportbewegung, d. h. Drehbewegung, in durch speziell angeordnete Dichtungen definierte Räume den Eintritt der jeweiligen Kammer der Rotoreinrichtung in Vakuumräume bzw. Nichtvakuumräume definiert, kann die Vakuumpumpe permanent arbeiten und Vakuum erzeugen. Sobald die zugeordnete Transportposition der Kammer erreicht ist, wird die Kammer mit der Vakuumquelle automatisch verbunden. Dadurch ist die Anzahl von Bauteilen, die für die Vorrichtung benötigt werden, verhältnismäßig gering.
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Vorzugsweise enthält die Vorrichtung weiter einen Elektronenstrahlgenerator als Bearbeitungsgerät, der in die Bearbeitungsöffnung eingesetzt ist. Der Elektronenstrahlgenerator kann fest oder fahrbar angeordnet sein, beispielsweise auf dem Deckel oder einer Seitenwand, so dass vertikale und/oder horizontale Strahlführung möglich sind.
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Vorzugsweise ist im Gehäusedeckel und/oder im Gehäuse, nämlich dort wo die Evakuierungsöffnung geformt ist, ein Vorevakuierungskanal als z. B. Nut im Gehäusedeckel bzw. Gehäuse gebildet, der sich von der Evakuierungsöffnung entgegengesetzt zu einer Rotationsrichtung des Gehäusebodens und der Rotoreinrichtung erstreckt. Dadurch kann bei einer Drehbewegung der Rotationseinrichtung die zur Evakuierung anstehende Kammer der Rotoreinrichtung, bereits bevor sie die eigentliche Evakuierungsstation erreicht, mit der Vakuumeinrichtung in Verbindung gebracht werden, so dass eine längere Zeit für die Erzeugung des Vakuums bei gleichen Taktzeiten zur Verfügung steht, was die Qualität des Vakuums verbessert. Der Vorevakuierungskanal erstreckt sich dabei in einer Länge, die in Umfangsrichtung kürzer ist als 360°/n, wobei n die Anzahl der Bearbeitungsstationen oder der Kammern in der Rotoreinrichtung ist, so dass er nur jeweils mit einer der Kammern in der Rotoreinrichtung in Verbindung ist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im Gehäusedeckel und/oder im Gehäuse, nämlich dort, wo die Werkstückwechselöffnung geformt ist, ein Vorflutungskanal in Form von z. B. einer Nut im Gehäusedeckel oder Gehäuse gebildet, der sich von der Werkstückwechselbffnung entgegengesetzt zu einer Rotationsrichtung des Gehäusebodens und der Rotoreinrichtung erstreckt. Ähnlich wie bei dem Vorevakuierungskanal kann dadurch eine Kammer, die zur Flutung ansteht, bereits vor dem eigentlichen Erreichen der Werkstückwechselstation mit Umgebungsdruck und Luft in Verbindung gebracht werden, so dass einerseits die zur Flutung benötigte Zeit kürzer ist und andererseits die Flutung weniger abrupt erfolgt, was zu weniger umherfliegenden Verunreinigungen, Schmutz und Ähnlichem führt. Insbesondere durch entsprechende Gestaltung des Vorflutungskanals, z. B. langsame Aufweitung zur Werkstückwechselöffnung hin, kann somit die Flutung gesteuert und gleichmäßiger vorgenommen werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Arbeitsöffnungen im Gehäusedeckel angeordnet, wobei in diesem Fall vorzugsweise die Kammern der Rotoreinrichtung zum Gehäusedeckel hin offene, beispielsweise im Wesentlichen kreiszylindrische Kammern, sind. Das Einbringen der Arbeitsöffnungen im Gehäusedeckel sieht einen besonders einfachen Aufbau der Vorrichtung vor.
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Alternativ dazu ist es jedoch grundsätzlich möglich, die Öffnungen im Gehäuse vorzusehen und die entsprechenden Öffnungen der Rotoreinrichtung als in den Zylinderseitenwänden der Kammern vorgesehene Öffnungen zu gestalten. Schließlich ist es auch möglich, einen Teil der Arbeitsöffnungen im Deckel und einen anderen Teil im Gehäuse vorzusehen. In diesem Fall ist jedoch der Dichtaufwand, insbesondere was die Rotordichteinrichtungen betrifft, erhöht, da sowohl die Gesamtheit der Öffnungen im Gehäuse jeweils eine Abdichtung gegenüber der Rotoreinrichtung erfordert als auch die Gesamtheit der Öffnungen im Gehäusedeckel.
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Vorzugsweise sind die Arbeitsöffnungen unter gleichen Winkelabständen im Gehäusedeckel angeordnet, insbesondere 360°/n, wobei n die Anzahl von Bearbeitungsstationen der Vorrichtung ist. Dies erleichtert die taktgesteuerte Weiterbewegung.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Vorrichtung weiter einen Antriebsmotor, mit dem der Gehäuseboden getaktet angetrieben werden kann und zur Rotation zusammen mit der Rotationseinrichtung gebracht werden kann. Die Taktung ist dabei derart, dass in einem Takt die Rotoreinrichtung soweit gedreht wird, dass jede der Kammern in der Rotoreinrichtung von einer Bearbeitungsstation zur nächsten weitertransportiert wird, d. h. insbesondere einen Winkelbereich von 360°/n.
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Vorzugsweise sind in den Kammern der Rotoreinrichtung zusätzliche Halte- und/oder Drehvorrichtungen oder Manipulatoren für. Werkstücke vorgesehen. Dadurch erhöhen sich die Bearbeitungsmöglichkeiten und -genauigkeit für die Werkstücke.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist eine gemeinsame Antriebseinrichtung für die Halte- und/oder Drehvorrichtungen und/oder Manipulatoren im Gehäuseboden vorgesehen.
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Ferner kann nach einer bevorzugten Ausführungsform in der Bearbeitungsstation eine zusätzliche Molekularpumpe mit der Kammer der Rotationseinrichtung verbunden sein, mit der während des Bearbeitungsprozesses das Vakuum aufrechterhalten wird und somit einer Ausgasung des Bauteils bei der Bearbeitung entgegengewirkt wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in denen:
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1 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-B in 2 durch eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken unter Vakuum gemäß der Erfindung ist; und
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2 eine Horizontalschnittansicht durch die Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken gemäß 1 ist, wobei verschiedene Schnittebenen in 2 integriert sind.
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Wie in 1 und 2 dargestellt ist, enthält die Vorrichtung 100 zur Bearbeitung von Werkstücken unter Vakuum ein Gehäuse 1, das im Wesentlichen als kreiszylindrisches Bauteil gestaltet ist. Auf das Gehäuse 1 ist ein Deckel 2 aufgesetzt, der eine Stirnseite des Gehäuses 1 schließt. An der dem Deckel 2 gegenüberliegenden Stirnseite des Gehäuses 1 ist ein Gehäuseboden 6 angebracht, der mit dem Gehäuse 1 relativ drehbar dazu verbunden ist. Der Gehäuseboden 6 wird durch einen Motor 7 schrittweise zur Drehung angetrieben. In der dargestellten Ausführungsform wird der Motor 7 insbesondere derart angetrieben, dass der Gehäuseboden bei jedem Drehschritt um 120° verfahren wird, da die Vorrichtung 100 in der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsform drei Bearbeitungsstationen 5, 17, 19, die jeweils um 120° zueinander versetzt sind, enthält.
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In einen Innenraum, der durch das Gehäuse 1, den Gehäusedeckel 2 und den Gehäuseboden 6 definiert ist, ist eine Rotoreinrichtung 8 eingesetzt, die ebenfalls im Wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildet ist und in ihrer Größe dem Innenraum im Wesentlichen entspricht. Die Rotoreinrichtung 8 ist derart mit dem Gehäuseboden 6 verbunden, dass sie zusammen mit diesem drehbar ist. In der Rotoreinrichtung 8 sind ferner, wie es am besten 2 entnehmbar ist, drei Kammern gebildet, die jeweils kreiszylindrisch sind. Die Kammern sind über Rotoröffnungen 21 zum Gehäusedeckel 2 hin offen. Die Kammern sind ferner jeweils um 120° zueinander versetzt in Umfangsrichtung angeordnet, wiederum entsprechend der Anzahl der Bearbeitungsstationen 5, 17, 19 der Vorrichtung 100. Wird der Gehäuseboden 6 durch den Antriebsmotor 7 gedreht, und damit die Rotoreinrichtung 8 mitbewegt, so werden somit die in der Rotoreinrichtung 8 gebildeten Kammern von einer Bearbeitungsstation 5, 17, 19 an die nächste Bearbeitungsstation weitertransportiert. Nach Bedarf können auch mehr als drei Kammern und Bearbeitungsstationen bei einer entsprechenden Vorrichtung vorgesehen sein. Ferner ist es nicht unbedingt erforderlich, dass die Anzahl der Bearbeitungsstationen und der in der Rotoreinrichtung 8 gebildeten Kammern gleich ist. Wenn mehr Kammern als Bearbeitungsstationen vorgesehen sind, so ist beispielsweise eine der Kammern in einer Ruheposition bei einem bestimmten Winkeldrehgrad des Gehäusebodens 6 bzw. der Rotoreinrichtung 8.
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In den Kammern der Rotoreinrichtung 8 sind ferner Aufnahmevorrichtungen 9 für die Werkstücke und Drehvorrichtungen 10 oder andere Manipulatoren für die Werkstückbewegung samt Antriebssystem montiert. In der dargestellten Ausführungsform (siehe 1) ist eine gemeinsame Antriebseinrichtung 23 im Gehäuseboden 6 zum Drehen der Werkstückhaltevorrichtungen 9 vorgesehen, die mit den Werkstückdrehvorrichtungen 10 verbunden ist, dass diese an bestimmten Bearbeitungspositionen und -zeiten dem gewünschten Bearbeitungsvorgang und der zugeordneten Werkstückposition entsprechend gedreht oder bewegt werden können. Alternativ kann aber auch eine einzelne Antriebsvorrichtung für jede der Halte- bzw. Drehvorrichtungen 9, 10 in den jeweiligen Kammern der Rotoreinrichtung 8 vorgesehen sein. Bei der dargestellten Ausführungsform ist wesentlich, dass die Rotoreinrichtung 8 auf der dem Gehäuseboden 6 zugewandten Seite dicht ist, d. h. jeweils in Richtung des Gehäusebodens 6 dicht abgeschlossene Kammern gebildet sind. Dies bedeutet, dass z. B. wie in der dargestellten Ausführungsform eine Dichtung zwischen den Werkstückdrehvorrichtungen 10 und der Rotoreinrichtung 8 jeweils vorgesehen ist.
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Im Gehäusedeckel 2 ist ferner eine Bearbeitungsgerätsöffnung 4 vorgesehen, auf der ein Elektronenstrahlgenerator 11 vertikal aufgebaut ist, dessen Strahlrohr 3 zur in einer Werkstückbearbeitungsstation 5 positionierten Kammer der Rotoreinrichtung 8 gerichtet und in die zugehörige Öffnung 4 im Gehäusedeckel 2 geführt ist.
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Eine weitere Öffnung im Gehäusedeckel 2, die zu der Bearbeitungsgerätsöffnung 4, durch die der Elektronstrahlgenerator eingesetzt ist, um 120° in Umfangsrichtung des Gehäusedeckels 2 versetzt ist, ist eine Werkstückwechselöffnung 12. Die Werkstückwechselöffnung 12 ist zur Umgebung offen, so dass durch sie in Richtung des Pfeils W Werkstücke in eine in der Werkstückwechselstation 17 positionierte Kammer der Rotoreinrichtung 8 eingebracht und daraus entnommen werden können.
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Eine dritte Arbeitsöffnung, die im Gehäusedeckel 2 ebenfalls um 120° versetzt zu der Werkstückwechselöffnung 12 bzw. der Bearbeitungsgerätsöffnung 4 vorgesehen ist, ist eine Evakuierungsöffnung 13. Die Evakuierungsöffnung 13 ist mit einem Anschluss zu einer Vakuum pumpeneinrichtung V gedichtet verbunden.
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Zwischen dem Gehäusedeckel 2 und der Rotoreinrichtung 8 ist ein Gleitschlitz 16 ausgebildet, damit die Rotoreinrichtung 8 sich im durch den Gehäusedeckel 2, das Gehäuse 1 und den Gehäuseboden 6 definierten Innenraum zusammen mit dem Gehäuseboden 6 drehen kann.
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Um jede der Rotoröffnungen 21 zum Gehäusedeckel 2 ist eine Rotoröffnungsdichteinrichtung 14 angebracht, die jede der Rotoröffnungen gegenüber dem Gehäusedeckel dichtet. Dadurch kann, unabhängig von der Werkstückwechselöffnung 12 in den Kammern der Rotoreinrichtung 8, die sich an der Evakuierungsstation 19 bzw. der Werkstückbearbeitungsstation 5 befinden, in den Kammern Vakuum erzeugt bzw. beibehalten werden. Somit wird ein Zurückströmen von Luft durch den Gleitschlitz 16 für die Dichtungen aus dem Bereich für den Werkstückwechsel zur Arbeitskammer, d. h. der Kammer der Rotoreinrichtung 8, die sich an der Werkstückbearbeitungsstation 5 befindet, unterbunden.
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Weiter sind, wie am besten 2 entnehmbar ist, eine außenseitig alle Rotoröffnungen 21 gemeinsam umgreifende Rotordichteinrichtung 15 sowie eine dazu konzentrische, die Rotoröffnungen 21 innenseitig umgreifende Rotordichteinrichtung 15 vorgesehen. Durch diese Rotordichteinrichtungen 15 wird zwischen der Rotoreinrichtung 8 und dem Gehäusedeckel 2 zusammen mit den Rotoröffnungsdichteinrichtungen 14, die vorzugsweise radial innen- und radial außenseitig des Gehäusedeckels 2 mit den Rotordichteinrichtungen 15 in Anlage sind, ein abgeschlossener Raum zwischen der Rotoreinrichtung 8 und dem Gehäusedeckel 2 geschaffen, der nur im Bereich der Werkstückwechselstation 17 zur Umgebung offen ist, wobei jedoch die Öffnung zur Umgebung durch die um die Werkstückwechselöffnung 12 umlaufende Rotoröffnungsdichteinrichtung 14 gegenüber diesem Raum luftdicht ist. Damit ist nur diejenige Kammer der Rotoreinrichtung 8, die an der Werkstückwechselstation 17 ist, mit der Umgebung in Verbindung.
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Schließlich sind im Gehäusedeckel 2, wie in 2 angedeutet ist, ein Vorflutungskanal 20 und ein Evakuierungskanal 18 ausgebildet. Der Evakuierungskanal 18 erstreckt sich von der Evakuierungsöffnung 13 im Gehäusedeckel 2 über einen Bereich von etwa 360°/2n in der Richtung entgegen der Drehrichtung der Rotoreinrichtung 8. Der Vorflutungskanal 20 erstreckt sich entsprechend über einen ähnlichen Bereich in Umfangsrichtung von der Werkstückwechselöffnung 12 in einer Richtung entgegen der Drehrichtung der Rotoreinrichtung 8 im Gehäusedeckel 2. Die Drehrichtung der Rotoreinrichtung ist in 2 mit dem Pfeil R schematisch angegeben und entspricht der Richtung im Uhrzeigersinn. Der Evakuierungskanal 18 und der Vorflutungskanal 20 sind derart im Gehäusedeckel 2 als beispielsweise nutförmige Ausnehmungen gebildet, dass sie durch die Rotoröffnungsdichteinrichtungen 14 beim Überstreichen nicht vollständig geschlossen werden können, d. h. dass beim Erreichen des Beginns des Evakuierungskanals 18 bzw. des Vorflutungskanals 20 durch eine der Kammern der Rotoreinrichtung 8 die entsprechende Kammer beginnt, mit der Evakuierungseinrichtung V durch die Evakuierungsöffnung 13 bzw. der Umgebung durch die Werkstückwechselöffnung 12 in Verbindung zu stehen. Vorzugsweise ist die Gestaltung des Evakuierungskanals 18 und des Vorflutungskanals 20 derart, dass bei der Positionierung der Rotoreinrichtung, dass die Arbeitsöffnungen 4, 12, 13 den Öffnungen 23 der Kammern gegenüber liegen, die Rotoröffnungsdichteinrichtungen 14 wieder gegenüber dem Gehäusedeckel 2 vollständig dichten, d. h. dass in diesem Bereich weniger tiefe Nuten vorgesehen sind, um eine gute Abdichtung der Kammern in den Bearbeitungspositionen vorzusehen. Alternativ kann die gleiche Wirkung auch durch gute Dichtung und Anlage zwischen den Rotoröffnungsdichteinrichtungen 14 und den Rotordichteinrichtungen 15 in jeder Drehposition der Rotoreinrichtung 8 erreicht werden.
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Ein Arbeitszyklus in der Vorrichtung 100, die in 1 und 2 dargestellt ist und drei Kammern und Bearbeitungsstationen 5, 17 und 19 zur Be- und Entladung, zur Evakuierung und zur Bearbeitung aufweist, stellt sich wie folgt dar:
Nachdem der Bearbeitungsvorgang an der Bearbeitungsstation 5 in der dort positionierten Kammer der Rotoreinrichtung 8 abgeschlossen ist und nachdem der Werkstückwechsel in der Werkstückwechselstation 17 in der dort positionierten Kammer der Rotoreinrichtung 8 durchgeführt ist, beginnt der Antriebsmotor 7 die Rotoreinrichtung 8 um 120° zu drehen. Dabei beginnt automatisch die Evakuierung der soeben neu bestückten Kammer, noch ehe sie an der Evakuierungsstation 19 ankommt, sobald sie den Bereich der Öffnung 12 für den Werkstückwechsel verlassen hat und den Evakuierungskanal 18 zur Evakuierungsöffnung 13 erreicht hat. Eine Evakuierung des Raums zwischen der Rotoreinrichtung 8 und dem Gehäusedeckel 2 findet nur im gewünschten Bereich statt, da durch die Rotoröffnungsdichteinrichtung 14 der ankommenden Kammer, die Rotoröffnungsdichteinrichtung 14 der davon weiterbewegten Kammer und die in Drehrichtung dazwischen liegenden Teilstücke der Rotordichteinrichtung 15 ein abgeschlossener Raum, zur Vakuumöffnung hin offen, definiert wird.
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Gleichzeitig wird die evakuierte Kammer aus der zweiten Station unter den Elektronenstrahlgenerator 11 in der Werkstückbearbeitungsstation 5 gedreht, in der das Vakuum je nach Ausgasung des Bauteils durch den Bearbeitungsprozess nach Bedarf durch eine zusätzliche (nicht dargestellte) Pumpe, wie beispielsweise eine Molekularpumpe, aufrechterhalten werden kann.
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Die Kammer mit dem fertig bearbeiteten Werkstück wird schließlich gleichzeitig zur Werkzeugwechselstation 17 gebracht, wobei diese ebenfalls bereits vor dem Ende der Drehbewegung über den Vorflutungskanal 20 geflutet wird. Nur im Bereich des Vorflutungskanals 20 und des Evakuierungskanals 18 ist der Gleitschlitz 16 nicht vollständig durch eine Rotoröffnungsdichteinrichtung 14 gedichtet. Weiter dichten, ähnlich wie bei dem Evakuierungskanal 18 die jeweiligen Rotoröffnungsdichteinrichtungen 14 und Rotordichteinrichtungen 15 einen Raum zwischen Rotoreinrichtung 8 und Gehäusedeckel 2 ab, so dass außer in diesem Bereich keine Umgebungsluft von der Werkstückwechselöffnung 12 in den Gleitspalt 16 gelangt.
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Sobald die Drehbewegung der Rotoreinrichtung 8 abgeschlossen ist, beginnt in der Werkstückbearbeitungsstation 5 ein neuer Bearbeitungsvorgang, wie beispielsweise ein Schweißvorgang oder eine Oberflächenbearbeitung durch Elektronstrahlen, und in der Evakuierungsstation 19 wird die dort befindliche Kammer der Rotoreinrichtung 8 auf das erforderliche Vakuum gepumpt.
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Das Prinzip eignet sich sowohl für fixe oder fahrbar angeordnete Generatoren auf dem Deckel oder der Seitenwand der Takteinrichtung mit vertikaler oder horizontaler Strahlführung.
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Je nach Bedarf können die einzelnen Kammern zusätzlich mit fixen oder drehbaren Haltevorrichtungen und zusätzlichen Manipulatoren für die Aufnahme und Bewegung der Bauteile während des Arbeitsprozesses ausgestattet sein.
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Wenn der Werkstückwechsel in sehr kurzer Zeit durchgeführt werden kann und hohe Anforderungen an die Qualität des Vakuums bestehen, so dass lange Evakuierungszeiten erforderlich sind, kann die Station für den Bauteilewechsel (Werkstückwechselstation 17) mit einer (nicht dargestellten) Verschlusskappe versehen werden, so dass Teile der Taktzeit, die die entsprechende Kammer der Rotoreinrichtung 8 an der Werkstückwechselstation 17 verweilt, bereits in dieser Station für die Evakuierung zu nutzen sind.
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Somit kann durch die Erfindung eine Evakuierung und anschließende Bearbeitung eines Werkstücks unter Vakuum vorgenommen werden, ohne dass insbesondere die Evakuierung separat taktgesteuert, abgestimmt auf die Taktung der Transportbewegung der Rotoreinrichtung 8, vorgenommen werden muss.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Gehäusedeckel
- 4
- Arbeitsöffnung (Bearbeitungsgerätsöffnung)
- 5
- Bearbeitungsstation (Werkstückbearbeitungsstation)
- 6
- Gehäuseboden
- 7
- Antriebsmotor
- 8
- Rotoreinrichtung
- 9
- Drehvorrichtung
- 10
- Drehvorrichtung
- 11
- Elektronenstrahlgenerator
- 12
- Arbeitsöffnung (Werkstückwechselöffnung)
- 13
- Arbeitsöffnung (Evakuierungsöffnung)
- 14
- Rotoröffnungsdichteinrichtung
- 15
- Rotordichteinrichtung
- 16
- Gleitschlitz
- 17
- Bearbeitungsstation (Werkstückwechselstation)
- 18
- Evakuierungskanal
- 19
- Bearbeitungsstation (Evakuierungsstation)
- 20
- Vorflutungskanal
- 21
- Rotoröffnung
- 23
- Antriebseinrichtung
- 100
- Vorrichtung
