DE102018100070A1

DE102018100070A1 - Arbeitskammerwand für eine Arbeitskammer einer Oberflächenbehandlungseinrichtung

Info

Publication number: DE102018100070A1
Application number: DE102018100070.7A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Busskamp
Original assignee: Wheelabrator Group GmbH
Current assignee: Wheelabrator Group GmbH
Priority date: 2018-01-03
Filing date: 2018-01-03
Publication date: 2019-07-04

Abstract

Arbeitskammerwand (201) für eine Arbeitskammer (200) einer Oberflächenbehandlungseinrichtung, mit wenigstens:- einer Arbeitskammeröffnung (210, 220),- einem Verschlusselement zum Überdecken der Arbeitskammeröffnung (210, 220) und- einer Werkstückzuführungsvorrichtung (100) zum Einführen eines Werkstücks (300) mit einer Werkstückaufnahmeeinheit (110).Das Verschlusselement ist durch die Werkstückzuführungsvorrichtung (100; 100') gebildet, welche gegenüber der Arbeitskammerwand (201) schwenkbeweglich und/oder verschiebbar ist, und zwar zwischen:- einer Ladestellung, in welcher die Werkstückaufnahmeeinheit (110) offen zugänglich vor der Arbeitskammerwand (201) positioniert ist,- und einer Arbeitsstellung, in welcher die Werkstückaufnahmeeinheit (110) innerhalb der Arbeitskammeröffnung (210, 220) und/oder jenseits davon in der Arbeitskammer (200) positioniert ist und in welcher die Arbeitskammeröffnung (210, 220) durch die Werkstückzuführungsvorrichtung (100; 100') überdeckt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Arbeitskammerwand für eine Arbeitskammer einer Oberflächenbehandlungseinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
In der DE 101 20 473 C1 ist eine Arbeitskammer beschrieben, in welcher mittels eines Strahlmittels die Oberfläche eines Werkstücks behandelt wird. Die besondere Gestaltung der Arbeitskammeröffnung in der Arbeitskammerwand ermöglicht das schnelle Einbringen des Werkstücks in die Arbeitskammer ohne eine vollständige Öffnung der Seitenwand mittels einer Klappe oder Tür durchführen zu müssen. Bei der bekannten Arbeitskammer wird eine Abdichtung der Öffnung während des Strahlbetriebs bereitgestellt, sodass ein Manipulator das Werkstück greifen, durch die Öffnung einführen und in der Arbeitskammer halten und bewegen kann, während die Behandlung läuft.
Diese Arbeitskammer ist allerdings für große Werkstücke ausgelegt, wie beispielsweise Getriebegehäuse, die mittels eines Roboters von einer Entnahmestation entnommen und der Behandlung in der Arbeitskammerwand zugeführt werden. Bei sehr kleinen Werkstücken, beispielsweise medizinischen Endoprothesen, ist das Greifen z. B. mittels eines 6-Achsen-Roboters schwierig. Insbesondere müssen bei solchen Werkstücken oftmals vor der Oberflächenbehandlung Maskierungen angebracht werden, also Abdeckungen von Bereichen des Werkstücks, die nicht oberflächenbehandelt werden sollen. Die zu maskierenden Bereiche sind oftmals nur wenige Millimeter breit.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Werkstückzuführungsvorrichtung anzugeben, die eine weitgehend automatisierte Oberflächenbehandlung auch von kleinen Werkstücken ermöglicht und die vor dem Einbringen des Werkstücks in die Arbeitskammer eine visuelle Kontrolle des Werkstücks und/oder das Anbringen von Maskierungselementen ermöglicht
Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung durch eine Werkstückzuführungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Werkstückzuführungsvorrichtung besteht insbesondere darin, dass das Werkstück unmittelbar an der Außenseite der Arbeitskammerwand vorbereitet werden kann und mittels einer einachsigen Drehbewegung in die Arbeitskammer hineingeschwenkt werden kann. Damit wirken keine unvorhersehbaren Kräfte durch Beschleunigungen des Werkstücks während der Vorbereitung und Zuführung.
Das Werkstück wird an der Oberseite der Werkstückaufnahmeeinheit gehalten und einem Bediener gut zugänglich präsentiert, wobei die Schwenkachse vorzugsweise horizontal ausgerichtet und unterhalb der Arbeitskammeröffnung angeordnet ist., so dass der Bediener direkt von oben auf das bereitgestellte Werkstück schauen kann.
Die erfindungsgemäße Werkstückzuführungsvorrichtung ist so konzipiert, dass sie zugleich mit dem Einbringen des Werkstücks die Arbeitskammeröffnung in der Arbeitskammerwand verschließt. Es sind also keine zusätzlichen Klappenelemente oder dergleichen an der Arbeitskammer notwendig.
Vorteilhaft ist, wenn in der Arbeitskammeröffnung der Arbeitskammerwand eine flexible, ringförmige Manschette angebracht ist, die einen starren Ring umgibt, und wenn die Werkstückaufnahmeeinheit an ihrer Oberseite einen kompatiblen Adapterring enthält. Damit wird mit dem Einschwenken des Werkstücks zugleich die Öffnung bereits nahezu vollständig abgedichtet. Eine sekundäre Dichtungsebene wird durch die übrigen Teile der Werkstückzuführungsvorrichtung gebildet, welche sich vor die Öffnung in der Arbeitskammerwand legen.
Vorzugsweise ist die Werkstückaufnahmeeinheit drehbar auf der Werkstückzuführungsvorrichtung gelagert, um das Werkstück fernbetätigbar in der Arbeitskammer drehen zu können und bei der Behandlung von allen Seiten dem Einfluss des Strahlmittels aussetzen zu können.
Weiterhin vorzugsweise ist mindestens eine Linearaktoreinheit vorgesehen, durch die eine Schub- und/oder Zugbewegung ausgelöst werden kann und/oder ein Greifer und/oder ein Spreizer betätigt werden können. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkstückzuführungsvorrichtung ergeben sich mehrere vorteilhafte Optionen:

- Das Werkstück kann in einem separaten Werkstückhalter bereitgehalten oder bereitgestellt werden, der manuell oder mittels eines Manipulators auf die Werkstückaufnahmeeinheit aufgesetzt wird und dann über den Greifer und/oder den Spreizer angekoppelt wird.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein separater oder integrierter Werkstückhalter an seiner Oberseite eine Maskierungsplatte aus einem elastomeren Material besitzt, die mit Einstecköffnungen versehen ist, in welche Teile des Werkstücks eingesetzt werden können. Das Werkstück kann dann von unten gegriffen und fest auf die Oberseite der Maskierungsplatte gezogen werden oder in eine Vertiefung an der Oberseite der Maskierungsplatte hineingezogen werden. Damit wird die notwendige Maskierung des Werkstücks automatisch und direkt beim Einsetzen in die Werkstückaufnahmeeinheit durchgeführt. Mit dem Einsetzen in die Maskierungsplatte ist das Werkstück fertig vorbereitet und kann direkt in die Oberflächenbehandlung gegeben werden.
- Für einen weiteren Arbeitsgang kann das Werkstück von unten in die Maskierungsplatte eingesetzt werden, und zwar bevor der Werkstückhalter auf die Werkstückaufnahmeeinheit aufgesetzt wird. Dann treten nur noch diejenigen Teile des Werkstücks von unten aus den Einstecköffnungen heraus, die in dem nachfolgenden Behandlungsschritt der Oberflächenbehandlung zugeführt werden sollen.

Vorteilhaft ist es, zwei erfindungsgemäße Werkstückzuführungsvorrichtungen an einer gemeinsamen Arbeitskammer mit wenigstens zwei Durchführungsöffnungen zu verwenden, sodass im Wechsel die Ober- oder die Unterseite des Werkstücks behandelt werden kann. Das Umsetzen des Werkstücks kann aufgrund der guten Zugänglichkeit der Werkstücke an der Oberseite der Werkstückzuführungsvorrichtungen in der jeweiligen Ladestellung manuell erfolgen. Die Werkstücke können jedoch auch automatisch von einem Manipulator umgesetzt werden, wenn eine vorzugsweise vorgesehene, lösbare und automatisch verriegelbare Verbindung zwischen einem Werkstückhalter und der Werkstückaufnahmeeinheit verwendet wird.
Die Verwendung von zwei Werkstückzuführungsvorrichtungen ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Geometrie des Werkstücks eine beidseitige Behandlung erforderlich macht und wenn wegen des unterschiedlich geformten Teilabschnitts des Werkstücks, der ins Innere der Werkstückaufnahmeeinheit ragt, unterschiedliche Greifer oder Spreizer verwendet werden müssen:

- Ragt ein längerer Teil des Werkstücks durch die Einstecköffnung in den Innenraum der Werkstückaufnahmeeinheit, kann dieser Teil direkt von einem Greifer der Linearaktoreinheit gegriffen und nach unten gezogen werden. Damit wird zugleich auch der Werkstückhalter an der Werkstückaufnahmeeinheit gehalten. Zentrierelemente zwischen dem Werkstückhalter und der Werkstückaufnahme können vorgesehen sein, um die richtige Winkellage der beiden Elemente zueinander zwingend vorzugeben.
- In einer anderen Ausbildung der Werkstückaufnahmeeinheit kann der Werkstückhalter durch Greiferelemente gegriffen und auf die Werkstückaufnahmeeinheit gezogen werden, während zugleich von unten gegen die im Innenraum der Werkstückaufnahmeeinheit befindlichen Teile des Werkstücks gedrückt wird, um dieses an das Maskierungselement anzupressen.

Werden zwei Werkstückzuführungsvorrichtungen verwendet, müssen diese entweder beide gleichzeitig in die Arbeitsstellung gebracht werden, damit die Arbeitskammeröffnungen verschlossen sind, oder die Arbeitskammer muss zwischen den Arbeitskammeröffnungen unterteilt sein, damit kein Strahlmittel durch eine offene Arbeitskammeröffnung entweichen kann. Damit werden aber auch zwei Strahlvorrichtungen innerhalb der Arbeitskammer erforderlich
Um die Produktivität zu erhöhen sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zusätzlich zu den Schwenkachsen zudem Linearführungen für die beiden Werkstückzuführungsvorrichtungen vor. Außerdem werden die Werkstückzuführungsvorrichtungen mit einer seitlichen Schildplatte versehen, mit der die jeweilige Arbeitskammeröffnung ebenfalls abgedeckt werden kann. Damit ist es möglich, eine der Werkstückzuführungsvorrichtung in die Arbeitsstellung zu bringen und ein darin gehaltenes Werkstück in der Arbeitskammer zu behandeln, während die jeweils andere Werkstückzuführungsvorrichtung in ihrer aufrechten Ladestellung mit nach oben weisender Werkstückaufnahmeeinheit verbleiben kann, nachdem sie bis an die Arbeitskammerwand geschoben worden ist. Dadurch deckt sie mit ihrer seitlich angebrachten Schildplatte die zugehörige Arbeitskammeröffnung ab, so dass dort kein Strahlmittel austreten kann. Der Rüstvorgang kann somit an der zweiten Werkstückzuführungsvorrichtung bequem durchgeführt werden, wozu die gesamte Dauer des Behandlungszyklus bei der ersten Werkstückzuführungsvorrichtung zur Verfügung steht. Zum Wechsel der Werkstücke wird die erste Werkstückzuführungsvorrichtung zurückgezogen und nach oben geschwenkt, während die zweite Werkstückzuführungsvorrichtung zunächst von der Arbeitskammerwand weggeschoben wird, dann nach unten verschwenkt wird uns schließlich wieder auf die Arbeitskammerwand zu bewegt wird, so dass das eingespannte Werkstück durch die Arbeitskammeröffnung ragt und in der Arbeitskammer behandelt werden kann.
beitskammerwand weggeschoben wird, dann nach unten verschwenkt wird uns schließlich wieder auf die Arbeitskammerwand zu bewegt wird, so dass das eingespannte Werkstück durch die Arbeitskammeröffnung ragt und in der Arbeitskammer behandelt werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

1 eine perspektivische Ansicht auf die Außenseite einer Arbeitskammerwand mit zwei Werkstückzuführungsvorrichtungen;
2 eine weitere perspektivische Ansicht auf die Außenseite der Arbeitskammerwand;
3 eine seitliche Ansicht auf die Arbeitskammerwand mit den Werkstückzuführungsvorrichtungen;
4 einen oberen Teil einer Werkstückzuführungsvorrichtung in perspektivischer Ansicht von oben;
5 einen oberen Teil einer weiteren Werkstückzuführungsvorrichtung in perspektivischer Ansicht von oben;
6 eine Werkstückzuführungsvorrichtung von oben;
7 den oberen Teil der Werkstückzuführungsvorrichtung gemäß 4 in perspektivischer Ansicht von unten;
8 den oberen Teil der Werkstückzuführungsvorrichtung gemäß 5 in perspektivischer Ansicht von unten; und
9A-9G jeweils eine perspektivische Ansicht auf die Außenseite einer Arbeitskammerwand mit zwei Werkstückzuführungsvorrichtungen in einer weiteren Anordnung.

eines Werkstücks gesendet werden, um Oberflächenschichten abzutragen oder zu härten.
An den Arbeitskammeröffnungen 210, 220 sind elastomere Membranen 211, 221 angebracht, die sich an einen inneren Stützring 212, 222 anschließen, der die eigentliche innere Öffnung umschließt.
Unterhalb der Arbeitskammeröffnungen 210, 220 ist jeweils eine Werkstückzuführungsvorrichtung 100, 100' angeordnet, wobei diese jeweils über eine horizontale Schwenkachse 101 in Lagern 230 an der Arbeitskammerwand 201 gelagert sind. Oberhalb der Arbeitskammeröffnungen 210, 220 sind Verriegelungseinheiten 250 angeordnet, über welche die Werkstückzuführungsvorrichtung 100, 100' arretiert werden können, wenn sie in die Arbeitsstellung hoch geschwenkt sind und zumindest mit ihrer jeweiligen Werkstückaufnahmeeinheit 110 und/oder dem daraus herausragenden Werkstück 300 in die Arbeitskammeröffnungen 210, 220 eingreifen.
Bei den Werkstücken handelt es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um Knie-Endoprothesen 300. In der oberen Werkstückzuführungsvorrichtung 100 ist eine Endoprothese 300 so aufgenommen, dass sie mit dem von einer Basis hochragenden Kiel nach oben weisend ausgerichtet ist. In der unteren Werkstückzuführungsvorrichtung 100' ist eine weitere baugleiche Endoprothese 300 derart in der Werkstückaufnahmeeinheit 110 gehalten, dass ihre flache Basis an der Oberseite frei liegt und der Kiel in der Werkstückaufnahmeeinheit 110 verdeckt liegt.
Durch die doppelt vorhandenen Werkstückzuführungsvorrichtungen 100, 100' können somit zwei gleiche oder auch unterschiedliche Werkstücke 300, 300' ohne Umrüstungen von beiden Seiten behandelt werden, wozu im Inneren der Werkstückaufnahmeeinheiten 110 spezielle Greifer oder Spreizer vorgesehen sind. Ansonsten sind die Werkstückaufnahmeeinheiten 110, 110' identisch ausgebildet. Jede der beiden Werkstückzuführungsvorrichtungen 100 besitzt ein oberes Basiselement 102 und ein über Distanzelemente 104 im Abstand dazu angeordnetes, unteres Basiselement 103. Auf dem unteren Basiselement 103 ist eine Rotationseinheit 130 angeordnet. Deren oberer, rotierbarer Teil wiederum trägt eine Linearaktoreinheit 120 und die Werkstückaufnahmeeinheit 110. Das obere Basiselement 102 besitzt eine Ausnehmung, sodass die Werkstückaufnahmeeinheit 110 und die Linearaktoreinheit 120 frei darin rotieren können. Die besondere Ausbildung der Rotationseinheit 130 ermöglicht die Überleitung mehrerer pneumatischer und elektrischer Leitungen vom Stator auf den Rotor, sodass mehrere Aktoren und Sensoren auf dem Rotor angeordnet werden können.
Über die Linearaktoreinheit 120 kann zumindest in einer Richtung eine Zugbewegung ausgeübt werden. Zusätzlich zur Zugbewegung kann über ein zweites Linearaktorelement ein Greifer- oder Spreizer betätigt werden, um ein Werkstück oder einen Werkstückhalter zu greifen oder eine Verriegelungherbeizuführen.
2 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht auf die Arbeitskammerwand 201, diesmal von der anderen Seite her. Lagerflansche 202 dienen der Befestigung einer Antriebseinheit mit Motor und Getriebe, die hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Die Lage der oberen Werkstückzuführungsvorrichtung 100 ist gegenüber der Darstellung in 1 unverändert. Die Werkstückaufnahmeeinheit 110 mit dem Werkstück 300 ist immer noch nach oben weisend ausgerichtet. Dies entspricht der Ladestellung, in der das Werkstück 300 leicht zugänglich ist und eingesetzt bzw. abgenommen werden kann.
Die untere Werkstückzuführungsvorrichtung 100' hingegen ist im Vergleich zu 1 um 90° um die Schwenkachse 101 in die Arbeitsstellung geschwenkt worden. Die Werkstückaufnahmeeinheit mit dem Werkstück ist nicht mehr sichtbar, da sie in die Arbeitskammeröffnung 220 oder sogar darüber hinaus bis in die Arbeitskammer 200 hineinragt. Das Basiselement 102 überdeckt die Arbeitskammeröffnung 220. Um die dargestellte Lage der Werkstückzuführungsvorrichtung 100' während der Oberflächenbehandlung in der Arbeitskammer 200 halten, greift das Verriegelungselement 250 in die Werkstückzuführungsvorrichtung 100' ein und fixiert dieses gegenüber der Arbeitskammerwand 201.
3 zeigt die gleichen Stellungen der Werkstückzuführungsvorrichtungen 100, 100' in Bezug auf die Arbeitskammerwand 201 wie in 2, jedoch in seitlicher Ansicht. Dabei ist zu erkennen, dass an den Arbeitskammeröffnungen 210, 220 jeweils das flexible Membranelement 211, 221 mit dem inneren Stützring 212, 222 von der Arbeitskammerwand 201 aus ins Innere der Arbeitskammer ragt.
4 zeigt einen oberen Teil der oberen Werkstückzuführungsvorrichtung 100 in perspektivischer Ansicht. Die Werkstückaufnahmeeinheit 110 liegt innerhalb der Ausnehmung 105 im oberen Basiselement 102. Ein Ring 106 ist mit dem Rand der Ausnehmung 105 verbunden, ermöglicht aber die Rotation der Werkstückaufnahmeeinheit 110 in seinem Zentrum. Der Ring 106 überdeckt den Ringspalt und verhindert das Eindringen von Strahlmittel während der Oberflächenbehandlung.
Der Blick von oben auf die Werkstückaufnahmeeinheit 110 zeigt an der Oberseite einen ringförmigen Werkstückhalter 111, der lösbar mit der Werkstückaufnahmeeinheit 110 verbunden ist. In dem Werkstückhalter 111 ist ein Maskierungselement 112 aufgenommen, welches die gesamte Öffnung innerhalb des Werkstückhalters 111 überdeckt und darüber hinaus Ausnehmungen aufweist, durch die Teile des Werkstücks hindurch gesteckt werden können. Somit treten nur diejenigen Teile 303, 304 des Werkstücks nach außen, die oberflächenbehandelt werden sollen, während alle übrigen Teile unterhalb des Maskierungselements 112 angeordnet sind und damit vor der Einwirkung einer Oberflächenbehandlung geschützt sind.
5 zeigt den oberen Teil der unteren Werkstückzuführungsvorrichtung 100', ebenfalls von der Oberseite her in perspektivischer Ansicht. Die Endoprothese 300 als das zu behandelnde Werkstück ist hier noch nicht vollständig auf das Maskierungselement 112 abgesenkt worden, greift aber mit ihrem Kiel 303 bereits in eine schlitzförmige Einstecköffnung 115 in dem Maskierungselement 112 ein. Weitere Einstecköffnungen 116 sind vorgesehen, um zapfenförmige Vorsprünge, die von der Unterseite der Basis 301 abstehen, aufzunehmen. Die Basis 301 besitzt einen Steg 302, der das Greifen der Basis 301 mittels eines Manipulators erleichtert.
6 zeigt eine Ansicht auf die Werkstückaufnahmeeinheit 110 von oben. Lediglich der äußere Ring 113 ist dem festen Teil der Werkstückaufnahmeeinheit 110 zuzuordnen. Daran ist der ringförmige Werkstückhalter 111 aufgenommen, welcher das Maskierungselement 112 mit den Einstecköffnungen 115, 116 enthält.
7 zeigt den oberen Bereich der Werkstückaufnahmeeinheit 110 der oberen Werkstückzuführungsvorrichtung 100 gemäß 4, und zwar mit Blick auf die Unterseite.
Eine schnell lösbare Verbindung des Werkstückhalters 111 mit der Werkstückaufnahmeeinheit 110 ist wichtig, um ein automatisiertes Umsetzen des Werkstücks 300 zu ermöglichen, damit abwechselnd die Ober- und Unterseite des Werkstücks 300 einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden können.
Dazu ist der Ring 113 fest mit einem Brückenelement 140 verbunden, dass in seiner Mitte einen Festanschlag 141 aufweist. Der Werkstückhalter 111 besitzt an seinem Innenumfang eine hier nicht erkennbare Nut, in die Spreizerelemente 121 des Spreizers eingreifen. Über die Linearaktoreinheit 120 können die Spreizerelemente 121 näher zusammengefahren werden, sodass der formschlüssige Eingriff in die Nut am Werkstückhalter 111 aufgehoben wird. Der Werkstückhalter 111 ist dann mitsamt dem Werkstück frei entnehmbar. Außerdem können die Spreizerelemente 121 axial, also parallel zur Mittelachse der Werkstückaufnahmeeinheit 110, in Richtung des Basiselements 103 (vergleiche 3) gezogen werden, sodass der Werkstückhalter 111 auf dem ringförmigen Flansch 113 der Werkstückaufnahmeeinheit 110 aufliegt und darangehalten wird. Das Werkstück wird über den Festanschlag 141 von unten an das Maskierungselement 112 angedrückt. Damit wird verhindert, dass während der Oberflächenbehandlung Strahlmittel durch eine der Einstecköffnungen 115, 116 (vergleiche 6) in den Innenraum der Werkstückaufnahmeeinheit 110 gelangen kann.
8 zeigt einen Blick von unten auf die oberen Teile der Werkstückaufnahmeeinheit 110' gemäß 5. Bei der Werkstückaufnahmeeinheit 110' sind in der Linearaktoreinheit andere Elemente vorgesehen, die als Greifer 121' wirken, über die der Kiel des Werkstücks direkt gegriffen und darüber der Werkstückhalter 111 auf den Ringflansch 113 der Werkstückaufnahmeeinheit 110 gezogen werden kann.
Eine Oberflächenbehandlung mit der in den 1 bis 3 dargestellten Arbeitskammer, die mit zwei erfindungsgemäßen Werkstückzuführungsvorrichtungen 100, 100' ausgerüstet ist, erfolgt vorzugsweise wie folgt:
Bei einem ersten Werkstückhalter 111 wird die Gelenk-Endoprothese 300 mit ihrem Kiel 303 und gegebenenfalls weiteren Fortsätzen 304 von der Unterseite des Maskierungselements 112 her eingesetzt, sodass nur der Kiel 303 und die Fortsätze 304 nach oben aus dem Maskierungselement 112 herausragen, wie in 4 dargestellt. Der Werkstückhalter 111 wird in der in 4 dargestellten Stellung auf die Werkstückaufnahmeeinheit 110 aufgesetzt und durch die in 7 erkennbaren Mittel daran verriegelt. Die Werkstückaufnahmeeinheit 110 kann in die Arbeitskammeröffnung 210 eingeschwenkt werden, sodass die Oberflächenbehandlung durchgeführt werden kann.
Nachdem die Oberflächenbehandlung des einen Teils des Werkstücks 300 durchgeführt ist, wird die Werkstückzuführungsvorrichtung 100 wieder in die in den 1 bis 3 jeweils oben dargestellte Ladestellung zurückgeführt. Die Verriegelung des Werkstückhalters 111 mit der Werkstückaufnahmeeinheit 110 wird gelöst. Über einen hier nicht dargestellten Roboter kann der Werkstückhalter 111 gegriffen und von der Werkstückaufnahmeeinheit 110 abgenommen werden.
Mit einem zweiten Roboter oder einer anderen Manipulatorvorrichtung kann die Basis des Werkstücks 300 gegriffen und nach unten aus dem Maskierungselement 112 herausgezogen werden. Dasselbe Werkstück 300 wird dann in umgekehrter Lage von der Oberseite her in das Maskierungselement 112 an der unteren Werkstückzuführungsvorrichtung 100' eingesteckt. Über die Linearaktoreinheit 120 wird von unten der Kiel 303 gegriffen und die Endoprothese 300 auf das Maskierungselement 112 gezogen. Die Basis 301 wird dabei bis in eine Einsenkung 114 an der Oberseite des Maskierungselements 112 gezogen, sodass nur Teile des seitlichen Randes der Basis 301 oberhalb des Maskierungselements 112 frei liegen und im nachfolgenden Behandlungsschritt behandelt werden.
Neben dem automatisierten Bestücken und Umsetzen des Werkstücks 300 über Roboter oder andere Manipulationseinrichtungen ist auch eine manuelle Bestückung bzw. ein manuelles Umsetzen möglich.
Für den Spezialfall des Werkstücks in Form einer Endoprothese 300 mit einer Basis 301 und einem davon abstehenden Kiel 302 ist es vorteilhaft, zwei nahezu gleiche Werkstückzuführungsvorrichtungen 100, 100' vorzusehen. Bei einer davon sind die Spreizerelemente 121 und das Brückenelement 41 gemäß 7 vorgesehen, um die unterhalb des Maskierungselements 112 liegende Basis 301 abzustützen und den Werkstückhalter 111 zu halten. Bei der anderen wird der Werkstückhalter 111 dadurch an der Werkstückaufnahmeeinheit 110 gehalten, dass ein Greifer so ausgebildet ist und angesteuert wird, dass dieser den Kiel 303 zwischen den beiden Greiferbacken 121' einklemmen und darüber Werkstück 300 und Werkstückhalter 111 auf die Werkstückaufnahmeeinheit 110 ziehen kann.
9A zeigt eine zweite Ausführungsform einer einer Arbeitskammerwand 201' von einer Arbeitskammer 200' in perspektivischer Ansicht. Auf einer Konsole 230' vor einer Arbeitskammerwand 201' mit zwei Arbeitskammeröffnungen 210', 220' ist jeweils eine Werkstückzuführungsvorrichtung 100 positioniert. Diese sind jeweils über eine horizontale Schwenkachse 101 schwenkbar in Lagergestellen 241', 242' gelagert. Die Lagergestelle 241', 242' wiederum sind jeweils über eine Linearführung 231', 232' längsverschiebbar gegenüber der Konsole 230', wobei die Linearführungen 231', 232' so ausgerichtet sind, dass die Werkstückzuführungsvorrichtungen 100 auf die Arbeitskammeröffnungen 210', 220' zu oder davon wegbewegt werden können. Zugleich sind die Länge der Linearführungen 231', 232' sowie die Lage der Schwenkachsen 101 so festgelegt, dass die Werkstückzuführungsvorrichtung 100 auch mit einem relativ langen, dornförmigen Werkstück 301' frei an der Außenseite der Arbeitskammerwand 210' schwenkbar ist.
Unter Verwendung der beiden nebeneinander angeordneten Werkstückzuführungsvorrichtungen 100 ist eine Oberflächenbehandlung von Werkstücken 301' wie insbesondere Endoprothesen effizient durchführbar, indem jeweils wechselseitig an einer Werkstückzuführungsvorrichtung 100 eine Be- und Entladung eines Werkstücks 301' vorgenommen wird, während die jeweils andere Werkstückzuführungsvorrichtung 100 ein weiteres Werkstück in der Arbeitskammer 200' hält und zugleich die Arbeitskammeröffnung 210' bzw. 220' abdichtet.
In 9A befindet sich die linke Werkstückzuführungsvorrichtung 100 in der Ladeposition, das heißt, sie befindet sich hinsichtlich der Linearführung 232' in einer von der Arbeitskammerwand 201' zurückgezogenen Position und ist gegenüber dem Lagergestell 242' außerdem um die Schwenkachse nach oben geschwenkt, so dass die Werkstückaufnahmeeinheit 110 nach oben weisend angeordnet ist und die Mittelachse vertikal ausgerichtet ist. Die rechte Werkstückzuführungsvorrichtung 100 ist bereits mit dem Werkstück 301' beladen und in eine horizontale Position herabgeschwenkt. Das Werkstück 301' befindet sich vor der der Arbeitskammeröffnung 220'. Beide Werkstückzuführungsvorrichtungen 100 besitzen jeweils eine Schildplatte 150.
In 9B ist die Lage beider Werkstückzuführungsvorrichtungen 100 verändert worden, indem sie jeweils mittels ihrer Linearführungen 231', 232' auf die Arbeitskammerwand 210' zu bewegt worden sind. Beide Werkstückzuführungsvorrichtungen 100 dichten jeweils eine Arbeitskammeröffnung 210', 220' ab. Dabei kann die linke Werkstückzuführungsvorrichtung 100 dennoch mit einem weiteren Werkstück 302' beladen werden, weil sie nicht mit ihrer Stirnseite, an der sich das Werkstück befindet, abdichtet, sondern mit der seitlich angebrachten Schildplatte. Währenddessen wird das in die rechte Werkstückzuführungsvorrichtung 100 eingespannte Werkstück 301' innerhalb der Arbeitskammer 200' oberflächenbehandelt.
Nach Abschluss der Oberflächenbehandlung des Werkstück 301' wird die Strahlvorrichtung innerhalb der Arbeitskammer 200' abgeschaltet, so dass die Arbeitskammeröffnungen 210', 220' wieder frei gegeben werden können. Dazu werden - siehe 9C - beide Werkstückzuführungsvorrichtungen 100 wieder auf ihren Linearführungen 231', 232' bis an die Außenkante der Konsole 230' zurückgezogen. Die Schwenkposition beider Werkstückzuführungsvorrichtungen 100 ist aber noch unverändert zu 9B.
Um von den Stellungen in 9C in die Stellungen nach 9D zu gelangen, werden beide Werkstückzuführungsvorrichtungen 100 um jeweils 90° geschwenkt: Die linke Werkstückzuführungsvorrichtung 100 mit dem Werkstück 302' wird nach unten geschwenkt und ist damit unmittelbar bereit zum Einfahren in die Arbeitskammer. Die rechte Werkstückzuführungsvorrichtung 100 wird nach oben geschwenkt.
Bevor das rechts noch eingespannte Werkstück 301' aber entnommen wird, erfolgt erst wieder der Vorschub beider Werkstückzuführungsvorrichtungen 100 in die Position nach 9E, damit beide Arbeitskammeröffnungen 210', 220' abgedeckt sind und die Oberflächenbehandlung mit dem in der linken Werkstückzuführungsvorrichtung 100 eingespannten Werkstück durchgeführt werden kann. In der rechten Werkstückzuführungsvorrichtung 100 ist das bereits fertig behandelte Werkstück 301' frei zugänglich und kann entnommen werden, siehe 9F. Die Abdichtung der rechten Arbeitskammeröffnung 210' erfolgt über die Schildplatte 150.
Das Verfahren basiert also auf einer alternierenden Folge von linearen Vorschub- und Rückzugsbewegungen der Lagergestelle 241', 242' sowie Schwenkbewegungen der Werkstückzuführungsvorrichtungen 100 innerhalb der Lagergestelle 241', 242' um jeweils 90°. Dabei sind die Schwenkbewegungen nur möglich in der linearen Rückzugsstellung. Außerdem sind die Schwenkbewegungen gegenläufig, das heißt, eine Werkstückzuführungsvorrichtung 100 wird nach oben geschwenkt und nimmt eine vertikale Ausrichtung ein, während die andere nach unten geschwenkt wird und horizontal ausgerichtet ist. Die Abdichtung der Arbeitskammeröffnung erfolgt bei der Werkstückzuführungsvorrichtung 100, die sich in Arbeitsstellung durch eine Ringfläche an der Stirnseite, die die Halterung des Werkstücks umgibt. Die in Ladestellung befindliche Werkstückzuführungsvorrichtung 100 dichtet underdessen die andere Arbeitskammeröffnung durch die Schildplatte ab.
Beim nachfolgenden Übergang von den Stellungen nach 9F zu 9G sind folgende Aktionen durchgeführt worden:

- Beladen der rechten Werkstückzuführungsvorrichtung 100 mit einem weiteren Werkstück 301';
- Rückzugsbewegungen beider Werkstückzuführungsvorrichtungen 100 von der Arbeitskammerwand 201' weg;
- Hochschwenken der linken Werkstückzuführungsvorrichtung 100 und Herabschwenken der rechten Werkstückzuführungsvorrichtung 100.

Das behandelte Werkstück 302', das noch in der linken Werkstückzuführungsvorrichtung 100 eingespannt ist, kann entnommen werden, so dass wieder die Ausgangsposition gemäß 9A erreicht wird und der Behandlungszyklus, bei dem nacheinander zwei Werkstücke 301', 302' behandelt wurden, erneut beginnen kann.
Die Werkstücke 301', 302' müssen nicht identisch sein. Es können auch Werkstückzuführungsvorrichtungen 100 mit unterschiedlichen Werkstückaufnahmeeinheiten 110 nebeneinander benutzt werden. Entscheidend ist, dass die Ausnutzung der Strahlbehandlungseinrichtung in der Arbeitskammer sehr hoch ist, da nur eine kurze Unterbrechung erforderlich ist, um die beiden Werkstückzuführungsvorrichtungen 100 zurückzuziehen und gegenläufig zu verschwenken. Anschließend können die beiden Werkstückzuführungsvorrichtungen 100 sofort wieder vorgeschoben werden, so dass die Arbeitskammeröffnungen 210', 220' abgedichtet sind und die Strahlbehandlungseinrichtung weiter betrieben werden kann. Während die Behandlung des einen Werkstücks durchgeführt wird, steht genügend Rüstzeit zur Verfügung, um an der anderen Werkstückzuführungsvorrichtung das fertig behandelte Werkstück zu entnehmen und ein weiteres Werkstück einzuspannen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10120473 C1 [0002]

Claims

Arbeitskammerwand (201; 201') für eine Arbeitskammer (200; 200') einer Oberflächenbehandlungseinrichtung, mit wenigstens: - einer Arbeitskammeröffnung (210, 220; 210', 220'), - einem Verschlusselement zum Überdecken der Arbeitskammeröffnung (210, 220; 210', 220') und - einer Werkstückzuführungsvorrichtung (100; 100') mit einer Werkstückaufnahmeeinheit (110) zum Ein- oder Durchführen eines Werkstücks (300; 301', 302') in bzw. durch die Arbeitskammeröffnung (210, 220; 210', 220'), dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement durch die Werkstückzuführungsvorrichtung (100; 100') gebildet ist, welche gegenüber der Arbeitskammerwand (201; 201') schwenkbeweglich und/oder verschiebbar ist zwischen: - einer Ladestellung, in welcher die Werkstückaufnahmeeinheit (110) offen zugänglich vor der Arbeitskammerwand (201; 201') positioniert ist, - und einer Arbeitsstellung, in welcher die Werkstückaufnahmeeinheit (110) innerhalb der Arbeitskammeröffnung (210, 220; 210', 220') und/oder jenseits davon in der Arbeitskammer (200; 200') positioniert ist und in welcher die Arbeitskammeröffnung (210, 220; 210', 220') durch die Werkstückzuführungsvorrichtung (100; 100') überdeckt ist.
Arbeitskammerwand (201; 201') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückaufnahmeeinheit (110) drehbar auf der Werkstückzuführungsvorrichtung (100; 100') gelagert ist.
Arbeitskammerwand (201; 201') nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückaufnahmeeinheit (110) über eine Rotationseinheit (120) auf ein Basiselement (103) aufgesetzt ist.
Arbeitskammerwand (201; 201') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückaufnahmeeinheit (110) wenigstens einen Greifer (121') und/oder einen Spreizer (121) sowie einen Linearaktor (120) umfasst.
Arbeitskammerwand (201; 201') nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch wenigstens einen Werkstückhalter (111), der mittels des Greifers und/oder des Spreizers und/oder des Linearaktors (120) mit der Werkstückaufnahmeeinheit (110) zu verbinden ist und der wenigstens ein Maskierungselement (112) aufweist, das wenigstens eine Einstecköffnung (115, 116) aufweist.
Arbeitskammerwand (201; 201') nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückhalter (111) einen Ringflansch (113) zum Eingriff mit dem Spreizer aufweist, der von einem runden Maskierungselement (112) überdeckt ist.
Arbeitskammerwand (201; 201') nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Maskierungselement (112) aus einem elastomeren Kunststoff besteht.
Arbeitskammerwand (201; 201') nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (101) horizontal und parallel zur Arbeitskammerwand (201; 201') ausgerichtet und dass in der Ladestellung die Werkstückaufnahmeeinheit (110) nach oben weisend ausgerichtet ist.
Arbeitskammerwand (201; 201') nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (101) unterhalb der Arbeitskammeröffnung (210, 220) an der Arbeitskammerwand (201) angeordnet ist
Arbeitskammerwand (201; 201') nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch zwei Arbeitskammeröffnungen (210, 220; 210', 220') mit je einer zugeordneten Werkstückaufnahmeeinheit (100, 100').
Arbeitskammerwand (201; 201') nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückzuführungsvorrichtung (100; 100') verschiebbar vor der Arbeitskammeröffnung (210', 220') auf einer Linearführung (231', 232') angeordnet ist.
Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Gelenk-Endoprothesen (300) in einer Arbeitskammer (200), wobei die Gelenk-Endoprothesen (300) wenigstens eine Basis (301) und einen davon aufragenden Kiel (303) umfassen und wobei die Arbeitskammer (200) wenigstens eine Arbeitskammerwand (201; 201') mit wenigstens einer Werkstückzuführungsvorrichtung (100; 100') nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, mit wenigstens folgenden Schritten: a) Einsetzen eines Werkstücks (300; 301', 302') in eine Werkstückaufnahmeeinheit (110) der Werkstückzuführungsvorrichtung (100; 100') welche sich in einer Ladestellung befindet, in welcher die Werkstückaufnahmeeinheit (110) offen zugänglich vor der Arbeitskammerwand (201; 201') positioniert ist, b) Verschwenken und/oder Verschieben der Werkstückzuführungsvorrichtung (100; 100') in die Arbeitsstellung, wobei das Werkstück (300; 301', 302') wenigstens teilweise in die Arbeitskammeröffnung (210, 220; 210', 220') oder durch diese hindurchgeführt wird und wobei die Arbeitskammeröffnung (210, 220; 210', 220') durch die Werkstückzuführungsvorrichtung (100; 100') verschlossen wird; c) Durchführung der Oberflächenbehandlung in der Arbeitskammer (200); d) Zurückschwenken und/oder Zurückschieben der Werkstückzuführungsvorrichtung (100; 100') aus der Arbeitskammeröffnung (210, 220; 210', 220'); e) Entnehmen des Werkstücks (300; 301', 302') aus der Werkstückaufnahmeeinheit (110) der Werkstückzuführungsvorrichtung (100; 100').
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammerwand (201) vertikal ausgerichtet ist und dass die Werkstückzuführungsvorrichtung (100; 100') in der Ladestellung mit der Werkstückaufnahmeeinheit (110) nach oben weisend ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückzuführungsvorrichtung (100; 100') beim Übergang von der Ladestellung in die Arbeitsstellung zunächst um eine horizontale Schwenkachse (101) nach unten geschwenkt wird und dann linear auf die Arbeitskammeröffnung (210, 220; 210', 220') zu verschoben wird, und dass die Werkstückzuführungsvorrichtung (100; 100') zur Rückbewegung in die Ladestellung zunächst linear von der Arbeitskammeröffnung (210, 220; 210', 220') weg bewegt und dann nach oben geschwenkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gelenk-Endoprothesen (300) oberflächenbehandelt wird, die wenigstens eine Basis (301) und einen davon aufragenden Kiel (303) umfasst, mit folgenden Schritten: a) Einsetzen des Kiels (303) der Endoprothese (300) in der Ladestellung von der Oberseite der Werkstückaufnahmeeinheit (110) her in eine Einstecköffnung (115) eines Maskierungselements, wobei die Basis (301) auf dem Maskierungselement (112) aufliegt oder in eine Vertiefung (114) am Maskierungselement (112) eingezogen wird, b) Aufsetzen der Werkstückaufnahmeeinheit (110) auf die Werkstückzuführungsvorrichtung (100; 100') c) Einschwenken der Endoprothese (300) in die Arbeitskammer (200; 200') mittels der Werkstückzuführungseinheit (100; 100') und Durchführung der Oberflächenbehandlung der aus dem Maskierungselement (112) herausragenden Abschnitte (301) der Endoprothese (300); d) Ausschwenken der Endoprothese (300) aus der Arbeitskammer (200; 200') mittels der Werkstückzuführungseinheit (100; 100') und Herausziehen der Endoprothese (300) aus der Einstecköffnung (115) durch Greifen der Basis (301); e) Bereithalten eines zweiten Werkstückhalters (110) und Einstecken des Kiels (303) in die wenigstens eine Einstecköffnung (115, 116) von der Unterseite des Maskierungselements (111) her, wobei die Basis (in dem von dem Ringflansch (112) umspannten Bereich des Werkstückhalters (110) aufgenommen ist; f) Einschwenken der Endoprothese in die Arbeitskammer (200; 200') mittels der Werkstückaufnahmeeinheit und Oberflächenbehandlung der aus dem Maskierungselement (112) herausragenden Abschnitte der Endoprothese (300); g) Ausschwenken der Endoprothese (300) aus der Arbeitskammer (200; 200') mittels der Werkstückaufnahmeeinheit (110); h) Abnehmen des Werkstückhalters (111) von der Werkstückaufnahmeeinheit (110); i) Herausziehen der Endoprothese (300) aus der Einstecköffnung (115, 116) durch Greifen der Basis (301) von der Unterseite des Maskierungselements (112) her.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenfolge der Schritte d) bis h) vor den Schritten a) bis c) durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückhalter (111) jeweils mittels einer Zusatzhandhabungseinrichtung bereitgehalten wird oder von der Werkstückaufnahmeeinheit (110) abgenommen oder auf diese aufgesetzt wird.