DE102011120157B4 - Vacuum processing apparatus - Google Patents

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Abstract

Vakuumbearbeitungsvorrichtung mit einer Vakuumkammer (12), einem Strahlengenerator (16) und einer Werkstückhaltevorrichtung (24), in die ein zu bearbeitendes Werkstück (20) einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückhaltevorrichtung (24) drehbar um ihre Mittelachse in einem Rohrkörper (28) gelagert ist, wobei ein erster Antrieb (42) vorgesehen ist, mit welchem die Werkstückhaltevorrichtung (24) um ihre Mittelachse drehbar ist, und der Rohrkörper (28) in eine Wandung der Vakuumkammer (12) durchdringt und in dieser drehbar gelagert ist, wobei ein zweiter Antrieb (56) zum Verdrehen des Rohrkörpers (28) vorgesehen ist und dadurch die Werkstückhaltevorrichtung (24) verschwenkbar ist.A vacuum processing apparatus comprising a vacuum chamber (12), a beam generator (16) and a workpiece holding device (24) into which a workpiece (20) to be machined is insertable, characterized in that the workpiece holding device (24) is rotatable about its central axis in a tubular body (28 ), wherein a first drive (42) is provided, with which the workpiece holding device (24) is rotatable about its central axis, and the tubular body (28) penetrates into a wall of the vacuum chamber (12) and is rotatably mounted therein a second drive (56) for rotating the tubular body (28) is provided and thereby the workpiece holding device (24) is pivotable.

Description

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Vakuumbearbeitungsvorrichtung mit einer Vakuumkammer, einem Strahlgenerator und einer Werkstückhaltevorrichtung, in die ein zu bearbeitendes Werkstück einspannbar ist.The present invention relates to a vacuum processing apparatus having a vacuum chamber, a jet generator and a workpiece holding device, in which a workpiece to be machined can be clamped.

Derzeitige Vorrichtungen werden z. B. in der Ausbildung als Elektronenstrahlschweißvorrichtungen dazu eingesetzt, kompakte Wellen-Nabenverbindungen herzustellen, die sich durch besonders gute Festigkeitseigenschaften auszeichnen. Eingesetzt werden solche Vorrichtungen auch, um Werkstücke zu härten. Problematisch dabei ist, dass die zu härtenden Oberflächen dreidimensionale Strukturen aufweisen können, die nicht allein durch eine Elektronenstrahlablenkung mittels eines Magnetfeldes abgedeckt werden können. Auch Laserstrahlschweißvorrichtungen können in einer solchen Art und Weise mit einer Vakuumkammer ausgebildet sein.Current devices are z. B. used in the training as electron beam welding devices to produce compact shaft-hub connections, which are characterized by particularly good strength properties. Such devices are also used to harden workpieces. The problem with this is that the surfaces to be cured may have three-dimensional structures that can not be covered solely by electron beam deflection by means of a magnetic field. Also, laser beam welding apparatuses may be formed with a vacuum chamber in such a manner.

Vakuumbearbeitungsvorrichtungen der eingangs genannten Art sind z. B. aus der DE 23 06 827 A , der DE 20 28 862 A und der US 3 400 243 A bekannt.Vacuum processing devices of the type mentioned are, for. B. from the DE 23 06 827 A , of the DE 20 28 862 A and the US 3 400 243 A known.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vakuumbearbeitungsvorrichtung zu schaffen, die eine gleichmäßige Bearbeitung des Werkstückes vereinfacht.The object of the present invention is to provide a vacuum processing apparatus which facilitates uniform machining of the workpiece.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vakuumbearbeitungsvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher die Werkstückhaltevorrichtung drehbar um ihre Mittelachse in einem Rohr gelagert ist, wobei ein erster Antrieb vorgesehen ist, welcher die Halterung um ihre Mittelachse drehend antreibt, und das Rohr eine Wandung der Vakuumkammer durchdringt und in dieser drehbar gelagert ist, wobei ein zweiter Antrieb das Rohr in Drehrichtung antreibt und dadurch die Werkstückhaltevorrichtung verschwenkt.According to the invention this object is achieved by a vacuum processing device of the type mentioned, in which the workpiece holding device is rotatably supported about its central axis in a tube, wherein a first drive is provided which rotatably drives the holder about its central axis, and the tube is a wall of the vacuum chamber penetrates and is rotatably mounted in this, wherein a second drive drives the tube in the direction of rotation and thereby pivots the workpiece holding device.

Auf diese Art und Weise ist es möglich, mit einer einfachen kreisförmigen Durchdringung der Wandung der Vakuumkammer eine Werkstückhaltevorrichtung zu schaffen, die sowohl ein Schwenken als auch ein Rotieren des Werkstücks im Vakuum ermöglicht. Dadurch ist es möglich, auch komplexe Oberflächen gleichmäßig zu bearbeiten oder auch verdeckte Schweißnähte herzustellen, für die ansonsten ein Umspannen des Werkstückes in der Haltevorrichtung erforderlich wäre.In this way, it is possible to provide a workpiece holding device with a simple circular penetration of the wall of the vacuum chamber, which allows both a pivoting and a rotation of the workpiece in a vacuum. This makes it possible to evenly process even complex surfaces or to produce concealed welds for which otherwise a re-clamping of the workpiece in the fixture would be required.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rohr innenseitig unter Atmosphärendruck steht wobei eine erste Vakuumdichtung zwischen der Drehlagerung der Werkstückhaltevorrichtung und dem Inneren der Vakuumkammer vorgesehen ist. Auch hier liegen damit die Lager der Drehlagerung unter Atmosphärendruck mit den entsprechenden Vorteilen, wobei auch ggf. vorzusehende Antriebselemente innerhalb des Rohres nicht unter Vakuumbedingungen laufen.In a preferred embodiment of the invention, provision is made for the tube to be under atmospheric pressure on the inside, with a first vacuum seal being provided between the pivot bearing of the workpiece holding device and the interior of the vacuum chamber. Again, so are the bearings of the pivot bearing under atmospheric pressure with the corresponding advantages, which also possibly be provided drive elements within the tube do not run under vacuum conditions.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine zweite Vakuumdichtung zwischen einer Drehlagerung des Rohres und dem Inneren der Vakuumkammer vorgesehen, so dass die Lager in Atmosphärendruck liegen. Die atmosphärenseitige Lagerung bietet erhebliche Kosten- und Betriebsvorteile, wobei der konstruktive Aufwand insgesamt wegen des kreisförmigen Rohrkörpers sehr gering gehalten werden kann.In a further preferred embodiment of the invention, a second vacuum seal is provided between a rotary bearing of the tube and the interior of the vacuum chamber, so that the bearings are at atmospheric pressure. The atmosphere side storage offers significant cost and operational benefits, the overall design effort can be kept very low because of the circular tube body.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein erster Antrieb vorgesehen, der direkt oder über eine Kraftübertragung, auf die Werkzeughaltevorrichtung wirkt z. B. auf eine Zahnscheibe oder ein Zahnrad wirkt, das drehstarr mit der Werkstückhaltevorrichtung verbunden ist. Vorzugsweise ist als Antriebsmittel ein innerhalb des Rohres angeordneter Zahnriemen vorgesehen, möglich ist auch ohne weiteres eine Antriebswelle koaxial zum Rohr, die über eine Kugel-/Kronenradstufe auf die Werkstückhaltevorrichtung wirkt.In a preferred embodiment of the invention, a first drive is provided, which acts directly or via a power transmission to the tool holder z. B. acts on a toothed wheel or a gear that is rotationally rigidly connected to the workpiece holding device. Preferably, a toothed belt arranged inside the tube is provided as the drive means, and a drive shaft is also possible coaxially with the tube, which acts on the workpiece holding device via a ball / crown gear stage.

Der erste Antrieb kann beispielsweise radial an das Rohr angeflanscht sein, wobei eine erste Riemenscheibe innerhalb des Rohres in Flucht zu einer zweiten Riemenscheibe liegt, die Drehstahl mit der Werkstückhaltevorrichtung verbunden ist, so dass die beiden Riemenscheiben durch einen innerhalb des Rohres verlaufenden Zahnriemen miteinander gekoppelt werden können.For example, the first drive may be radially flanged to the tube with a first pulley within the tube in alignment with a second pulley connected to the workpiece holder so that the two pulleys are coupled together by a toothed belt extending within the tube can.

Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass ein zweiter Antrieb auf das Rohr wirkt, z. B. mittels eines zweiten Zahnriemens eine Zahnscheibe antreibt, die an dem außerhalb der Vakuumkammer liegenden Umfang des Rohres angeordnet ist. Der formschlüssige Antrieb erlaubt eine exakte Ausrichtung der Werkstückhaltevorrichtung und damit eine exakte Bearbeitung des eingespannten Werkstückes. Ein Verdrehen des Rohres bewirkt, wie eingangs bereits erwähnt, ein Verschwenken des Werkstückes im Bereich z. B. eines Elektronenstrahles, der vorzugsweise weiterhin auch mit einer Elektronenstrahlablenkung durch ein Magnetfeld gezielt an bestimmte Stellen des Werkstückes gelenkt werden kann.Preferably, it is further provided that a second drive acts on the tube, for. B. drives a toothed pulley by means of a second toothed belt, which is arranged on the lying outside of the vacuum chamber circumference of the tube. The positive drive allows an exact alignment of the workpiece holding device and thus an exact machining of the clamped workpiece. A rotation of the tube causes, as already mentioned, a pivoting of the workpiece in the range z. As an electron beam, which can be further directed specifically with an electron beam deflection by a magnetic field to specific locations of the workpiece.

Der zweite Antrieb kann beispielsweise mittels einer geeigneten Halterung unmittelbar an der Vakuumkammer angebracht sein, wobei sich seine Drehachse beispielsweise parallel zur Drehachse des Rohres erstreckt, so dass der bereits angesprochene Zahnriemenantrieb oder auch ein Zahnradantrieb oder Kettenantrieb zum Einsatz kommen kann.The second drive can be attached directly to the vacuum chamber, for example by means of a suitable holder, with its axis of rotation, for example, extending parallel to the axis of rotation of the tube, so that the already mentioned belt drive or even a gear drive or chain drive can be used.

Vorzugsweise besitzt die Werkstückhaltevorrichtung eine lineare Aufnahme für das Werkstück, in die das Werkstück durch eine in Flucht zu der Aufnahme liegende Ladeöffnung der Vakuumkammer einsetzbar und aus dieser wieder herausnehmbar ist.Preferably, the workpiece holding device has a linear receptacle for the workpiece into which the workpiece can be inserted and removed again by a loading opening of the vacuum chamber lying in alignment with the receptacle.

Auf diese Weise ist es möglich, das Werkstück automatisiert in die Werkstückhaltevorrichtung einzusetzen und nach dem Schließen der Ladeöffnung, dem Durchführen der Bearbeitung und dem erneuten Öffnen der Ladeöffnung das Werkstück wieder mittels einer automatisierten Vorrichtung zu entnehmen. Die Vakuumkammer selbst wird für die Durchführung der Bearbeitung selbstverständlich evakuiert.In this way, it is possible to automatically insert the workpiece into the workpiece holding device and, after closing the loading opening, performing the processing and reopening the loading opening, remove the workpiece again by means of an automated device. Of course, the vacuum chamber itself is evacuated to carry out the processing.

Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnung näher auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eingegangen.In the following, reference will be made to an embodiment of the invention with reference to the accompanying drawings.

Die Figur zeigt eine Elektronenstrahlschweißvorrichtung 10, die eine Vakuumkammer 12 aufweist, die mittels einer Vakuumpumpe 14 evakuierbar ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist an der Oberseite der Vakuumkammer schematisch ein Elektronenstrahlgenerator 16 gezeigt, der aber bei anderen Bearbeitungsverfahren durch entsprechende andere Strahlenerzeuger, beispielsweise einen Laser ersetzt werden kann. Die Vakuumkammer 12 besitzt eine Ladeöffnung 18, durch welche ein Werkstück 20 in eine lineare Werkzeugaufnahme 22 einer Werkstückhaltevorrichtung 44 eingesetzt werden kann. Die Werkstückhaltevorrichtung 24 ist mittels einer Lagerung 26 drehbar in einem Rohrkörper 28 gelagert, der im Bereich der Werkstückhaltevorrichtung eine tangentiale Abflachung 30 besitzt. Zwischen der Lagerung 26 und dem Innenraum 32 der Vakuumkammer 12, der während eines Bearbeitungsvorganges evakuiert ist, ist eine erste Vakuumdichtung 34 vorgesehen.The figure shows an electron beam welding apparatus 10 holding a vacuum chamber 12 comprising, by means of a vacuum pump 14 is evacuable. In the embodiment shown, at the top of the vacuum chamber is schematically an electron beam generator 16 shown, but which can be replaced with other processing methods by corresponding other beam generators, such as a laser. The vacuum chamber 12 has a loading opening 18 through which a workpiece 20 in a linear tool holder 22 a workpiece holding device 44 can be used. The workpiece holding device 24 is by means of a storage 26 rotatable in a tubular body 28 stored, which in the field of workpiece holding device a tangential flattening 30 has. Between storage 26 and the interior 32 the vacuum chamber 12 , which is evacuated during a machining operation, is a first vacuum seal 34 intended.

Die drehbar gelagerte Werkstückhaltevorrichtung 24 ist an ihrem dem Werkstück 20 abgewandten Ende mit einer ersten Zahnscheibe 36 versehen, über die ersten Zahnriemen 38 gelegt ist, der in Längsrichtung des Rohrkörpers 28 zu einem Ritzel 40 eines ersten Antriebes 42 geführt ist. Der Antrieb 42 sitzt bezogen auf dessen Drehachse radial an dem Rohrkörper 28 und ist durch eine entsprechende Rohröffnung 44 in dessen inneren Bereich hineingeführt. Das Rohr 28 selbst ist zur Atmosphäre hin offen, so dass sämtliche Antriebsteile des ersten Antriebes 42 sowie die Lagerung 26 unter Atmosphärendruck liegen. Zwischen dem Antrieb und der Werkstückhaltevorrichtung können auch andere Antriebselemente vorgesehen sein, z. B. Kugel- oder Kronenräder, Antriebswellen, Ketten, sonstige Riemen, vorzugsweise mit formschlüssiger Kraftübertragung.The rotatably mounted workpiece holding device 24 is at her the workpiece 20 opposite end with a first toothed disc 36 provided, over the first timing belt 38 is placed in the longitudinal direction of the tubular body 28 to a pinion 40 a first drive 42 is guided. The drive 42 is seated radially on the tubular body relative to its axis of rotation 28 and is through a corresponding pipe opening 44 led into its inner area. The pipe 28 itself is open to the atmosphere, so that all drive parts of the first drive 42 as well as the storage 26 are below atmospheric pressure. Between the drive and the workpiece holding device and other drive elements may be provided, for. As ball or crown gears, drive shafts, chains, other belts, preferably with positive power transmission.

Der Rohrkörper 28 selbst ist in seinem zylindrischen Bereich mittels einer zweiten Lagerung 46 drehbar in der Wandung der Vakuumkammer 12 gelagert. Eine zweite Vakuumdichtung 48 dichtet die Lagerung im Bereich einer Lagerabstützung gegen den Innenraum 32 der Vakuumkammer 12 ab. Damit liegt auch die Lagerung 46 unter Atmosphärendruck.The pipe body 28 itself is in its cylindrical area by means of a second bearing 46 rotatable in the wall of the vacuum chamber 12 stored. A second vacuum seal 48 seals the bearing in the area of a bearing support against the interior 32 the vacuum chamber 12 from. This is also the storage 46 under atmospheric pressure.

Am Außenumfang des Rohrkörpers 28 ist eine Zahnscheibe 50 vorgesehen, über die ein zweiter Zahnriemen 52 mit einem Ritzel 54 eines zweiten Antriebes 56 verbunden ist. Der zweite Antrieb 56 ist mittels einer Konsole 58 an der Vakuumkammer 12 abgestützt. Der Antrieb kann auch über sonstige, vorzugsweise formschlüssige Antriebselemente auf den Rohrkörper 28 wirken.On the outer circumference of the tubular body 28 is a toothed disc 50 provided, over which a second toothed belt 52 with a pinion 54 a second drive 56 connected is. The second drive 56 is by means of a console 58 at the vacuum chamber 12 supported. The drive can also be on other, preferably positive drive elements on the tubular body 28 Act.

Bei der Durchführung eines Elektronenstrahlschweißvorganges wird zunächst das Werkstück 20 durch die geöffnete Ladeöffnung 18 beispielsweise mittels einer automatisierten Beschickungsvorrichtung in die Werkstückhalterung 24 eingesetzt. Anschließend wird die Ladeöffnung 18 verschlossen und der Innenraum 32 mittels der Vakuumpumpe 14 evakuiert. Anschließend kann der Bearbeitungsvorgang mittels des skizierten Strahls 60 durchgeführt werden, beispielsweise ein Oberflächenhärten des skizierten Werkstückes.When performing a Elektronenstrahlschweißvorganges first the workpiece 20 through the opened loading opening 18 for example by means of an automated loading device in the workpiece holder 24 used. Subsequently, the loading opening 18 closed and the interior 32 by means of the vacuum pump 14 evacuated. Subsequently, the machining process by means of the skied beam 60 be performed, for example, a surface hardening of the skiziert workpiece.

Um dessen Oberfläche von allen Seiten her gleichmäßig bearbeiten zu können, kann die Position des Werkstückes durch die beiden Antriebe verändert werden, wobei ein Bewegen des ersten Antriebes 42 ein Verdrehen des Werkstückes 20 und ein Bewegen des Antriebes 2 ein Verschwenken des Werkstückes gemeinsam mit dem Rohrkörper 28 bewirkt. Damit ist es möglich, praktisch jeden Punkt der Werkstückoberfläche direkt mit dem Elektronenstrahl 60 bearbeiten zu können.In order to be able to machine its surface uniformly from all sides, the position of the workpiece can be changed by the two drives, wherein a movement of the first drive 42 a rotation of the workpiece 20 and moving the drive 2 a pivoting of the workpiece together with the tubular body 28 causes. This makes it possible, virtually every point of the workpiece surface directly with the electron beam 60 to edit.

Claims (10)

Vakuumbearbeitungsvorrichtung mit einer Vakuumkammer (12), einem Strahlengenerator (16) und einer Werkstückhaltevorrichtung (24), in die ein zu bearbeitendes Werkstück (20) einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückhaltevorrichtung (24) drehbar um ihre Mittelachse in einem Rohrkörper (28) gelagert ist, wobei ein erster Antrieb (42) vorgesehen ist, mit welchem die Werkstückhaltevorrichtung (24) um ihre Mittelachse drehbar ist, und der Rohrkörper (28) in eine Wandung der Vakuumkammer (12) durchdringt und in dieser drehbar gelagert ist, wobei ein zweiter Antrieb (56) zum Verdrehen des Rohrkörpers (28) vorgesehen ist und dadurch die Werkstückhaltevorrichtung (24) verschwenkbar ist.Vacuum processing device with a vacuum chamber ( 12 ), a radiation generator ( 16 ) and a workpiece holding device ( 24 ) into which a workpiece to be machined ( 20 ), characterized in that the workpiece holding device ( 24 ) rotatable about its central axis in a tubular body ( 28 ), wherein a first drive ( 42 ) is provided, with which the workpiece holding device ( 24 ) is rotatable about its central axis, and the tubular body ( 28 ) in a wall of the vacuum chamber ( 12 ) penetrates and is rotatably mounted in this, wherein a second drive ( 56 ) for rotating the tubular body ( 28 ) is provided and thereby the workpiece holding device ( 24 ) is pivotable. Vakuumbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Vakuumdichtung (34) zwischen einer Lagerung (26) der Werkstückhaltevorrichtung (24) und dem Innenraum (32) der Vakuumkammer (12) vorgesehen ist, wobei in dem Rohrkörper (28) Atmosphärendruck herrscht.Vacuum processing device according to claim 1, characterized in that a first vacuum seal ( 34 ) between a storage ( 26 ) of the workpiece holding device ( 24 ) and the interior ( 32 ) of the vacuum chamber ( 12 ) is provided, wherein in the tubular body ( 28 ) Atmospheric pressure prevails. Vakuumbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Vakuumdichtung (48) zwischen der Lagerung (46) des Rohrkörpers (28) in der Wandung der Vakuumkammer (12) und dem Innenraum (32) der Vakuumkammer (12) vorgesehen ist.Vacuum processing device according to claim 1 or 2, characterized in that a second vacuum seal ( 48 ) between storage ( 46 ) of the tubular body ( 28 ) in the wall of the vacuum chamber ( 12 ) and the interior ( 32 ) of the vacuum chamber ( 12 ) is provided. Vakuumbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antrieb (42) formschlüssig auf die drehbar gelagerte Werkstückhaltevorrichtung (24) wirkt.Vacuum processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the first drive ( 42 ) positively on the rotatably mounted workpiece holding device ( 24 ) acts. Vakuumbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antrieb radial seitlich an den Rohrkörper (28) angeflanscht ist.Vacuum processing device according to claim 4, characterized in that the first drive radially laterally to the tubular body ( 28 ) is flanged. Vakuumbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antrieb (56) formschlüssig auf den Außenumfang des drehbar gelagerten Rohrkörpers (28) wirkt.Vacuum processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the second drive ( 56 ) positively on the outer circumference of the rotatably mounted tubular body ( 28 ) acts. Vakuumbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antrieb (56) an dem Gehäuse der Vakuumkammer (12, 58) abgestützt ist.Vacuum processing device according to claim 6, characterized in that the second drive ( 56 ) on the housing of the vacuum chamber ( 12 . 58 ) is supported. Vakuumbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückhaltevorrichtung (24) eine lineare Aufnahme (22) für das Werkstück (20) besitzt, in die dieses durch eine in Flucht liegende Ladeöffnung (18) der Vakuumkammer einführbar und wieder entnehmbar ist.Vacuum processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the workpiece holding device ( 24 ) a linear recording ( 22 ) for the workpiece ( 20 ), in which this by an in-flight loading opening ( 18 ) of the vacuum chamber is inserted and removed again. Vakuumbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlengenerator einen Elektronenstrahlgenerator (16) ist.Vacuum processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the beam generator comprises an electron beam generator ( 16 ). Vakuumbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zum Ablenken des Elektronenstrahles vorgesehen ist.Vacuum processing apparatus according to claim 9, characterized in that a device for deflecting the electron beam is provided.
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