DE102020121241A1

DE102020121241A1 - Verfahren zum Wechseln einer Werkstückträgervorrichtung, Werkstückträgervorrichtung und Produktionsanlage zum Beschichten von Substraten

Info

Publication number: DE102020121241A1
Application number: DE102020121241.0A
Authority: DE
Inventors: Jörg Wittich; Simon OBERLE; Jürgen Hotz; Stefan Kunkel; Wolfgang Rieth
Original assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Current assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Priority date: 2020-08-12
Filing date: 2020-08-12
Publication date: 2022-02-17
Also published as: EP4189135A1; WO2022033792A1; CN116057201A; US20230302487A1; JP2023541794A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wechseln einer Werkstückträgervorrichtung (50) in einer Produktionsanlage (10) zur Beschichtung von Substraten (12). Das Verfahren umfasst die Schritte:Verlagern einer Werkstückträgervorrichtung (50) mittels eines Roboters (16) von einer Bereitstellungszone (20) zu einer Bearbeitungszone (14);lösbares Koppeln der Werkstückträgervorrichtung (50) mit der Produktionsanlage (10) über eine Ankopplungsschnittstelle (60) der Werkstückträgervorrichtung (50) durch weiteres Verlagern der Werkstückträgervorrichtung (50) mittels des Roboters (16);wobei zum lösbaren Koppeln der Werkstückträgervorrichtung (50) mit der Produktionsanlage (10) ein Verbindungsarm (58) der Werkstückträgervorrichtung (50) an einen Anschlussabschnitt (26) der Produktionsanlage (10) gekoppelt wird, wodurch der Verbindungsarm (58) relativ zu dem Anschlussabschnitt (26) in einer festen Stellung fixiert wird, undwobei zum lösbaren Koppeln der Werkstückträgervorrichtung (50) mit der Produktionsanlage (10) eine Antriebswelle (56) der Werkstückträgervorrichtung (50) an eine antreibende Welle (28) der Produktionsanlage (10) gekoppelt wird, wodurch die Antriebswelle (56) drehantreibbar mit der antreibende Welle (28) verbunden wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten oder vollautomatisierten Wechseln einer Werkstückträgervorrichtung in einer Produktionsanlage zur Beschichtung von Substraten, insbesondere zur Beschichtung von Turbinenschaufeln, Schaufeln, Luftleitblechen, etc. mittels eines EB PVD Verfahrens (EB PVD: Electron-Beam Physical Vapor Deposition). Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Werkstückträgervorrichtung und eine entsprechende Produktionsanlage, die ein vollautomatisiertes Wechseln der Werkstückträgervorrichtung ermöglichen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann eine Werkstückträgervorrichtung für eine Produktionsanlage zur Beschichtung von Substraten auch als Rechen, Rake, TBC-Rechen oder Ähnliches bezeichnet werden (TBC: Turbine Blade Coating).
Hintergrund der Erfindung
In aus der Praxis bekannten Produktionsanlagen zur Beschichtung von Substraten, wie Turbinenschaufeln, Luftleitblechen, etc., werden die Werkstückträger (sogenannte Rechen oder Rakes) in einer Ladekammer einer Beschichtungskammer durch den Anlagenbediener manuell bestückt und entstückt. Dabei werden die beschichteten Substrate in der Ladekammer einzeln von dem Werkstückträger entnommen. Auch die neu zu beschichtenden Substrate werden in der Ladekammer einzeln auf den Werkstückträger aufgesteckt. Das manuelle Be- und Entstücken der einzelnen Substrate macht diese Substratwechselvorgänge zeitintensiv.
Da die Substrate während der Beschichtung Temperaturen von bis zu 1000° C erreichen, muss vor deren Entnahme zudem eine gewisse Abkühlungszeit abgewartet werden. Bei einer Temperatur von etwa 600 °C werden die einzelnen Substrate dann von dem Bediener manuell mit Hilfe von Hitzehandschuhen entnommen.
Der auf diese Weise getätigte manuelle Wechsel der Substrate ist zeitintensiv, unergonomisch und häufig sicherheitskritisch. Während der Be- und Entstückung kann die jeweilige Lade- und Beschichtungskammer der Produktionsanlage nicht zur Beschichtung verwendet werden. Zudem kann es bei der manuellen Be- und Entstückung unter den genannten Randbedingungen zu Fehlern bei der Handhabung kommen, was zu Störzeiten der Anlage führt.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren, eine Werkstückträgervorrichtung und eine Produktionsanlage bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik überwinden. Insbesondere besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Lösung bereitzustellen, die einen schnellen und reproduzierbaren Substratwechsel in einer Beschichtungsanlage ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Weiterbildungen und Ausführungsformen des Verfahrens, der Werkstückträgervorrichtung und der Produktionsanlage sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der nachstehenden Beschreibung.
Beschreibung der Erfindung
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wechseln einer Werkstückträgervorrichtung in einer Produktionsanlage zur Beschichtung von Substraten, vorzugsweise zur Beschichtung von Substraten wie Turbinenschaufeln, Schaufeln, Luftleitblechen, etc., bevorzugt mittels eines EB PVD Verfahrens (EB PVD: Electron-Beam Physical Vapor Deposition). Insbesondere kann das Verfahren ein automatisiertes oder vollautomatisiertes Wechseln der Werkstückträgervorrichtung umfassen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann eine Werkstückträgervorrichtung für eine Produktionsanlage zur Beschichtung von Substraten auch als Werkstückträger, Rechen, Rake, TBC-Rechen oder Ähnliches bezeichnet werden (TBC: Turbine Blade Coating).
Das Verfahren umfasst ein Verlagern der Werkstückträgervorrichtung mittels eines Roboters von einer Bereitstellungszone an der Produktionsanlage zu einer Bearbeitungszone in der Produktionsanlage. Das Verlagern kann ein Greifen der Werkstückträgervorrichtung mittels eines Robotergreifers des Roboters, ein Anheben der Werkstückträgervorrichtung und ein Schwenken der Werkstückträgervorrichtung umfassen. Der Roboter kann beispielsweise ein Gelenkarmroboter, ein Portalroboter, ein Handlingsystem (eine Handhabungseinrichtung) mit mehreren Achsen oder Ähnliches sein. Der Robotergreifer kann dazu ausgebildet sein, wenigstens eine, wenigstens zwei oder mehr als zwei Werkstückträgervorrichtung/en zu greifen.
Das Verfahren umfasst ein lösbares Koppeln der Werkstückträgervorrichtung mit der Produktionsanlage über eine Ankopplungsschnittstelle der Werkstückträgervorrichtung und einen Anschlussabschnitt der Produktionsanlage in der Bearbeitungszone. Das lösbare Koppeln wird durch weiteres Verlagern der Werkstückträgervorrichtung mittels des Roboters realisiert. Insbesondere kann das weitere Verlagern ein vertikales Verlagern, genauer gesagt ein Absenken, der Werkstückträgervorrichtung sein. Das weitere Verlagern erfolgt in der Regel im Anschluss an das Verlagern der Werkstückträgervorrichtung an eine vorgesehene Position in der Bearbeitungszone, insbesondere in eine Ladekammer.
Zum lösbaren Koppeln der Werkstückträgervorrichtung mit der Produktionsanlage wird ein Verbindungsarm der Werkstückträgervorrichtung mechanisch an einen Anschlussabschnitt der Produktionsanlage gekoppelt, wodurch der Verbindungsarm relativ zu dem Anschlussabschnitt in einer festen Stellung fixiert bzw. gehalten wird. Hierdurch wird die gesamte Rahmenstruktur der Werkstückträgervorrichtung relativ zu dem Anschlussabschnitt in einer festen Stellung fixiert bzw. gehalten, da der Verbindungsarm vorzugsweise einstückig mit der Rahmenstruktur ausgebildet bzw. ein Teil der Rahmenstruktur sein kann oder zumindest fest mit der Rahmenstruktur verbunden sein kann. Diese feste mechanische Kopplung ist lösbar, insbesondere durch eine vertikale Verlagerung in Form einer Hubbewegung der Werkstückträgervorrichtung mittels des Roboters.
Ferner wird zum lösbaren Koppeln der Werkstückträgervorrichtung mit der Produktionsanlage eine Antriebswelle der Werkstückträgervorrichtung mechanisch an eine antreibende Welle der Produktionsanlage gekoppelt, wodurch die Antriebswelle drehantreibbar mit der antreibenden Welle verbunden wird. Diese mechanische Kopplung ist ebenfalls lösbar, insbesondere durch die vertikale Verlagerung in Form der Hubbewegung der Werkstückträgervorrichtung mittels des Roboters.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit auf einfache Weise einen Wechsel der gesamten Werkstückträgervorrichtung, welche eine Vielzahl an Einzelhaltern bzw. Substrataufnahmen mit daran angeordneten Substraten umfasst. Die gesamte Werkstückträgervorrichtung inklusive einer Vielzahl von Substraten kann somit mittels des Roboters und dank der an der Werkstückträgervorrichtung vorgesehenen mechanischen Ankopplungsschnittstelle automatisiert als Einheit von den weiteren Komponenten der Produktionsanlage entkoppelt und in die Bereitstellungszone oder eine Entnahmezone verlagert werden. Von dort kann die Werkstückträgervorrichtung weitertransportiert und in einer Be- und Entstückungszone be- und entstückt werden. Währenddessen kann mittels des Roboters bereits eine neue vorbereitete Werkstückträgervorrichtung mit zu beschichtenden Substraten von einer Bereitstellungszone in die Bearbeitungszone verlagert und mit der Produktionsanlage gekoppelt werden. Die Be- und Entstückung innerhalb der Anlage erfolgt somit anders als bei herkömmlichen Produktionsanlagen nicht mehr einzeln und manuell. Vielmehr wird gleichzeitig eine Vielzahl an Substraten automatisiert gewechselt. Durch die robotergetätigte mechanische Kopplung und Verlagerung kann der Wechsel reproduzierbar, schneller und sicher realisiert werden. Dabei wird der Anlagenbediener entlastet.
In einer Weiterbildung des Verfahrens kann der Roboter einen verlagerbaren Verriegelungsbolzen umfassen. Der verlagerbare Verriegelungsbolzen kann vor dem Verlagern der Werkstückträgervorrichtung zu der Bearbeitungszone in eine in dem Verbindungsarm ausgebildete erste Durchgangsbohrung und gleichzeitig in eine in der Antriebswelle ausgebildete erste Antriebswellenbohrung eingebracht werden. Hierdurch kann eine relative Drehung zwischen der Antriebswelle und dem Verbindungarm blockiert werden, insbesondere während der Verlagerung und der Kopplung der Werkstückträgervorrichtung. Der verlagerbare Verriegelungsbolzen kann nach dem lösbaren Koppeln der Werkstückträgervorrichtung mit der Produktionsanlage aus der ersten Durchgangsbohrung und der ersten Antriebswellenbohrung entfernt bzw. herausgezogen werden. Hierdurch kann eine relative Drehung zwischen der Antriebswelle und dem Verbindungarm zugelassen werden, was beispielsweise während der nachfolgenden Beschichtung der Substrate erforderlich sein kann, um diese gemäß einem vorgesehenen Programm zu bewegen.
Es versteht sich, dass der verlagerbare Verriegelungsbolzen automatisiert in die ersten Bohrungen hinein und aus diesen heraus verlagerbar ist. Der verlagerbare Verriegelungsbolzen des Roboters kann pneumatisch, hydraulisch und/oder elektromechanisch verlagerbar sein. Durch das Einbringen und Herausziehen des verlagerbaren Verriegelungsbolzens in zugehörige erste Bohrungen kann die Reproduzierbarkeit der Kopplung und somit der Wechsel weiter verbessert und somit die Sicherheit weiter erhöht werden. Der Verriegelungsbolzen kann linear verlagerbar sein, insbesondere vertikal verlagerbar.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Werkstückträgervorrichtung in der Bereitstellungszone auf einem Zentriertablett bzw. einer Zentrierplattform mit einem daran ausgebildeten Zentrierbolzen derart angeordnet sein, dass der Zentrierbolzen in eine in dem Verbindungsarm ausgebildete zweite Durchgangsbohrung und in eine in der Antriebswelle ausgebildete zweite Antriebswellenbohrung eingreift. Hierdurch kann eine relative Drehung zwischen der Antriebswelle und dem Verbindungarm blockiert werden. Der Zentrierbolzen kann insbesondere ein feststehender Zentrierbolzen sein. Die zweiten Bohrungen können von den ersten Bohrungen in Umfangsrichtung des Verbindungsarms bzw. der Antriebswelle beanstandet sein, beispielsweise um 180° versetzt. Die zweiten Bohrungen können vorzugsweise koaxial zu den ersten Bohrungen angeordnet sein. Der Zentrierbolzen kann dadurch in die zugehörigen ersten Bohrungen eingebracht werden, dass die Werkstückträgervorrichtung mittels des Roboters präzise in einer vorbestimmten Position auf dem Zentriertablett positioniert wird. Insbesondere kann der Zentrierbolzen durch Absenken der Werkstückträgervorrichtung mittels des Roboters in die zugehörigen zweiten Bohrungen eingebracht werden.
Der Zentrierbolzen kann vollständig in die zweiten Bohrungen eingebracht werden, bevor der verlagerbare Verriegelungsbolzen aus den zugehörigen ersten Bohrungen herausgezogen wird und vorzugsweise bevor der Roboter die Werkstückträgervorrichtung loslässt. Somit kann sichergestellt werden, dass die Antriebswelle relativ zu dem Verbindungsarm fixiert ist, solange die Antriebswelle nicht mit der antreibenden Welle mechanisch gekoppelt ist.
Das Zentriertablett kann verlagerbar bzw. fahrbar sein, sodass dieses samt der darauf positionierten Werkstückträgervorrichtung samt Substraten von der Bereitstellungszone in eine von der Produktionsanlage entfernte Be- und Entstückungszone gefahren werden kann.
Vor dem Koppeln der Antriebswelle mit der antreibenden Welle kann in einer Weiterbildung des Verfahrens die antreibende Welle der Produktionsanlage mittels einer Steuerung in eine vorbestimmte Rotationsstellung relativ zu der Antriebswelle gebracht werden. Hierdurch kann das nachfolgende Koppeln bzw. ein Eingreifen eines Abschnitts der Antriebswelle in einen Abschnitt der antreibenden Welle vereinfacht werden. Die Steuerung kann beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung sein bzw. ein PLC-Programm umfassen.
Das Ausrichten der antreibenden Welle in die vorbestimmte Rotationsstellung relativ zu der Antriebswelle kann bereits durch ein Ausrichten zum vorherigen Entkoppeln einer Werkstückträgervorrichtung realisiert werden, wobei die antreibende Welle in diesem Fall während des Wechsels in der ausgerichteten Rotationsstellung verbleibt.
Das Ausrichten der antreibenden Welle zum vorherigen Entkoppeln umfasst ein gleichzeitiges Ausrichten der damit mechanisch noch gekoppelten Antriebswelle. Hierdurch wird die Antriebswelle ebenfalls in eine vorbestimmte Rotationsstellung der Antriebswelle relativ zum Verbindungsarm gebracht, wodurch die erste Antriebswellenbohrung in gemeinsame Ausrichtung mit der ersten Durchgangsbohrung des Verbindungsarms gebracht wird und wodurch die zweite Antriebswellenbohrung in gemeinsame Ausrichtung mit der zweiten Durchgangsbohrung des Verbindungsarms gebracht wird.
In Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ferner eine automatisierte Verfolgung der zu beschichtenden und/oder der beschichteten Substrate durchgeführt werden, z.B. um deren Position, Beschichtungszustand, Qualität, etc. zu ermitteln. So kann das Verfahren beispielsweise eine Zustandsüberwachung der Substrate umfassen. Die Zustandsüberwachung kann durch Bildverarbeitungsprozesse und/oder ein Messen von Eigenschaften der Substrate realisiert sein. Das Messen von Eigenschaften der Substrate kann z.B. ein Messen und einen Vergleich des Gewichts der Werkstückträgervorrichtung samt Substraten vor und nach dem Beschichten umfassen. Diese weiteren Verfahrensschritte können die Produktionsanlage und den Produktionsprozess noch sicherer und effektiver machen, da die ungeplante Störungen durch die Verfolgung und Überwachung reduziert werden können, was zu geringeren Ausfallzeiten der Anlage führen kann.
Das Verfahren kann insbesondere mittels einer Werkstückträgervorrichtung der nachstehend beschriebenen Art und/oder einer Produktionsanlage der nachstehend beschriebenen Art durchgeführt werden. Diesbezüglich beschriebene Merkmale, Vorteile, Funktionen, Wirkweisen, Ausführungsformen und Weiterbildungen können entsprechend für Weiterbildungen des Verfahrens gelten und andersherum.
Das Verfahren kann ein Wechseln von mehr als einer Werkstückträgervorrichtung, beispielsweise von zwei, drei oder mehr als drei Werkstückträgervorrichtungen, gleichzeitig umfassen. Die vorstehend in Bezug auf die Werkstückträgervorrichtung beschriebenen Merkmale, Funktionen und Aspekte gelten in diesem Fall entsprechend für die weitere/n Werkstückträgervorrichtung/en.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Werkstückträgervorrichtung für eine Produktionsanlage zum Beschichten von Substraten, vorzugsweise zur Beschichtung von Turbinenschaufein, Schaufeln, Luftleitblechen, etc., bevorzugt mittels eines EB PVD Verfahrens (EB PVD: Electron-Beam Physical Vapor Deposition). Die Werkstückträgervorrichtung kann hier auch als Werkstückträger, Rechen, Rake, TBC-Rechen oder Ähnliches bezeichnet werden.
Die Werkstückträgervorrichtung umfasst eine Rahmenstruktur mit einer Mehrzahl von daran ausgebildeten Einzelhaltern bzw. Substrataufnahmen zum Halten einer Mehrzahl von Substraten. Jeweils ein Einzelhalter kann zum Halten eines Substrats ausgebildet sein.
Die Werkstückträgervorrichtung umfasst einen länglichen Verbindungsarm, der die Rahmenstruktur und somit der Mehrzahl von Einzelhaltern mit einem Anschlussabschnitt der Produktionsanlage verbindet. Der Verbindungsarm hat eine Längsachse entlang welcher sich der Verbindungsarm erstreckt. Der Verbindungsarm kann insbesondere rohrförmig sein. Der Verbindungsarm weist vorzugsweise eine kreisförmige Querschnittsfläche auf. Der Verbindungsarm und die Rahmenstruktur können insbesondere einstückig ausgebildet sein. So kann der Verbindungsarm beispielsweise ein Teil, Bereich oder Abschnitt der Rahmenstruktur sein. Zum Beispiel kann der Verbindungsarm ein Endabschnitt der Rahmenstruktur bzw. der Werkstückträgervorrichtung sein.
Die Werkstückträgervorrichtung umfasst eine in dem Verbindungsarm drehbar gelagerte Antriebswelle, die mechanisch mit der Mehrzahl von Einzelhaltern gekoppelt ist, um die Mehrzahl von Substraten anzutreiben bzw. zu bewegen. Die Antriebswelle ist also in dem Verbindungsarm angeordnet und erstreckt sich zumindest abschnittsweise durch den Verbindungsarm hindurch entlang der Längsachse des Verbindungsarms bzw. hat eine gemeinsame Längsachse mit dem Verbindungsarm. Durch Bewegen der Antriebswelle können die mechanisch damit verbundenen Einzelhalter und somit die von diesen gehaltenen Substrate einzeln bewegt werden, was insbesondere während des Beschichtens von Relevanz ist.
Die Werkstückträgervorrichtung umfasst eine Ankopplungsschnittstelle über die die Werkstückträgervorrichtung mittels eines Roboters lösbar mit der Produktionsanlage koppelbar ist. Die Ankopplungsschnittstelle kann insbesondere an einem von der Mehrzahl von Einzelhaltern abgewandten Ende des Verbindungsarms ausgebildet sein. Mittels der Ankopplungsschnittstelle ist der Verbindungsarm mechanisch an den Anschlussabschnitt der Produktionsanlage koppelbar, um den Verbindungsarm und die fest mit diesem verbundene oder einstückig damit ausgebildete Rahmenstruktur (also die Werkstückträgervorrichtung) relativ zu dem Anschlussabschnitt in einer festen Stellung zu halten. Zudem ist mittels der Ankopplungsschnittstelle die Antriebswelle mechanisch an eine antreibende Welle der Produktionsanlage koppelbar, um die Antriebswelle drehantreibbar mit der antreibenden Welle zu verbinden. Die Ankopplungsschnittstelle realisiert somit sowohl eine feste statische Verbindung zum Halten und Fixieren der Werkstückträgervorrichtung als auch eine mechanische Verbindung zum Übertragen dynamischer Bewegungen (insbesondere Rotationsbewegungen). Es versteht sich, dass die beschriebenen mechanischen Kopplungen lösbare Verbindungen sind.
Die mechanischen Kopplungen können insbesondere durch ein Hub-/Senkbewegung der Werkstückträgervorrichtung gelöst bzw. hergestellt werden, d.h. durch eine vertikale Verlagerung der Werkstückträgervorrichtung quer zur Längsachse des Verbindungsarms. Die Hub-/Senkbewegung der Werkstückträgervorrichtung kann durch Verlagerung der Werkstückträgervorrichtung mittels des Roboters erfolgen.
Die erfindungsgemäße Werkstückträgervorrichtung ermöglicht durch die daran ausgebildete mechanische Ankopplungsschnittstelle ein automatisiertes und/oder vollautomatisiertes Wechsein der gesamten Werkstückträgervorrichtung samt Rahmenstruktur mit der Mehrzahl von Einzelhaltern und der daran angeordneten Mehrzahl von Substraten. Eine solche mechanische Ankopplungsschnittstelle ist auch unter hohen Temperaturen verwendbar und erlaubt selbst unter den Umgebungsbedingungen in einer Bearbeitungszone einer Beschichtungsanlage eine verlässliche und sichere Kopplung und Entkopplung.
In einer Ausführungsform umfasst die Ankopplungsschnittstelle zwei an einer Umfangsfläche des Verbindungsarms ausgebildete Angriffsflächen für einen Robotergreifer des Roboters. Die zwei Angriffsflächen können einander im Wesentlichen entgegengesetzt angeordnet sein. Die zwei Angriffsflächen können beispielsweise in die Umfangsfläche des Verbindungsarms gefräste Ausnehmungen sein, die jeweils eine im Wesentlichen ebene, nicht gerundete Grundfläche haben, sodass ein komplementärer Robotergreifer optimal an diesen Grundflächen angreifen kann.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Ankopplungsschnittstelle eine in dem Verbindungsarm ausgebildete erste Durchgangsbohrung für einen Verriegelungsbolzen des Roboters umfassen. Die Ankopplungsschnittstelle kann eine in der Antriebswelle ausgebildete erste Antriebswellenbohrung für den Verriegelungsbolzen des Roboters umfassen, wobei die erste Durchgangsbohrung und die erste Antriebswellenbohrung in einer vorbestimmten Rotationsstellung der Antriebswelle relativ zu dem Verbindungsarm miteinander ausgerichtet sind. Miteinander ausgerichtet bedeutet hier, dass diese beiden Bohrungen im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet und entlang ihrer Rotationsachse voneinander beabstandet sind, sodass der Verriegelungsbolzen durch die erste Durchgangsbohrung in die erste Antriebswellenbohrung eingebracht werden kann, wodurch der Verriegelungsbolzen gleichzeitig mit der ersten Durchgangsbohrung und der ersten Antriebswellenbohrung in Eingriff steht. Somit kann der Verriegelungsbolzen während des Eingriffs eine Relativbewegung, insbesondere eine Drehbewegung, zwischen der Antriebswelle und dem Verbindungsarm blockieren bzw. verhindern. Der Verriegelungsbolzen kann auch als Verriegelungsstift, Verriegelungsdorn oder Ähnliches bezeichnet werden.
In einer Weiterbildung der Werkstückträgervorrichtung kann die Ankopplungsschnittstelle eine in dem Verbindungsarm ausgebildete zweite Durchgangsbohrung für einen Zentrierbolzen eines Zentriertabletts umfassen. Die Ankopplungsschnittstelle kann eine in der Antriebswelle ausgebildete zweite Antriebswellenbohrung für einen Zentrierbolzen eines Zentriertabletts umfassen, wobei die zweite Durchgangsbohrung und die zweite Antriebswellenbohrung in einer vorbestimmten Rotationsstellung der Antriebswelle relativ zu dem Verbindungsarm miteinander ausgerichtet sind. Die vorbestimmte Rotationsstellung kann insbesondere der vorstehend in Bezug auf die ersten Bohrungen beschriebenen vorbestimmten Rotationsstellung entsprechen. Miteinander ausgerichtet bedeutet hier, dass diese beiden Bohrungen im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet und entlang ihrer Rotationsachse voneinander beabstandet sind, sodass der Zentrierbolzen durch die zweite Durchgangsbohrung in die zweite Antriebswellenbohrung eingebracht werden kann, wodurch der Zentrierbolzen gleichzeitig mit der zweiten Durchgangsbohrung und der zweiten Antriebswellenbohrung in Eingriff steht. Somit kann der Zentrierbolzen während des Eingriffs eine Relativbewegung, insbesondere eine Drehbewegung, zwischen der Antriebswelle und dem Verbindungsarm blockiert bzw. verhindert. Der Zentrierbolzen kann auch als Zentrierstift, Zentrierdorn oder Ähnliches bezeichnet werden.
In einer Ausführungsform kann die Ankopplungsschnittstelle einen an einem Ende der Antriebswelle ausgebildeten schwertförmigen Abschnitt umfassen. Mit anderen Worten kann die Ankopplungsschnittstelle eine/ an einem Ende der Antriebswelle ausgebildete/n Passfeder oder Vorsprung umfassen. Der schwertförmige Abschnitt bzw. der Vorsprung/die Passfeder kann an einer Stirnfläche des Endes der Antriebswelle ausgebildet sein. Das hier beschriebene Ende der Antriebswelle kann ein in einem nicht montierten Zustand der Werkstückträgervorrichtung ein freies Ende der Antriebswelle sein. Der schwertförmige Abschnitt bzw. der Vorsprung/die Passfeder ist dazu ausgebildet, mit einer komplementären Ausnehmung (z.B. Nut oder Schlitz) der antreibenden Welle in Eingriff zu gelangen, sodass eine formschlüssige Verbindung zwischen der antreibenden Welle und der Antriebswelle realisierbar ist, die zumindest eine Übertragung von Drehbewegungen von der antreibenden Welle auf die Antriebswelle ermöglicht. Für einen Eingriff des schwertförmigen Abschnitts bzw. des Vorsprungs/der Passfeder in die komplementäre Ausnehmung zu ermöglichen, können die Antriebswelle und die antreibende Welle jeweils in eine vorbestimmte Rotationsstellung gebracht und so zueinander ausgerichtet werden. Die hier beschriebene vorbestimmte Rotationsstellung der Antriebswelle kann insbesondere der vorstehend in Bezug auf die ersten und/oder zweiten Bohrungen beschriebenen vorbestimmten Rotationsstellung entsprechen.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Ankopplungsschnittstelle einen an einem Ende des Verbindungsarms ausgebildeten Kragen umfassen, insbesondere an einem in einem nicht montierten Zustand der Werkstückträgervorrichtung freien Ende des Verbindungsarms. Der Kragen kann in Form eines Kreisringsegments ausgebildet sein, welches sich in axialer Richtung über das Ende des Verbindungsarms hinaus erstreckt. Das Kreisringsegment kann denselben Außendurchmesser aufweisen wie die sich daran anschließende Umfangsfläche des Verbindungsarms. Das Kreisringsegment kann die Umfangsfläche über das Ende des Verbindungsarms hinaus verlängern und einstückig mit der Umfangsfläche ausgebildet sein. Der Kragen kann einen an seiner Innenumfangsfläche ausgebildeten Haltevorsprung umfassen, der sich ausgehend von der Innenumfangsfläche des Kragens in Richtung der Längsachse erstreckt. Der Haltevorsprung stellt somit eine Art Flanschabschnitt dar. Der Haltevorsprung kann dazu ausgebildet sein, bei einem Koppeln der Werkstückträgervorrichtung einen Abschnitt oder eine Komponente des Anschlussabschnitts zu hintergreifen, insbesondere einen Flansch des Anschlussabschnitts.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Produktionsanlage zum Beschichten von Substraten, insbesondere zum Beschichten von Turbinenschaufeln, Schaufeln, Luftleitblechen, etc., bevorzugt mittels eines EB PVD Verfahrens.
Die Produktionsanlage umfasst wenigstens eine Werkstückträgervorrichtung der vorstehend beschriebenen Art, die mit einem Anschlussabschnitt eines Rakearms der Produktionsanlage lösbar verbunden oder verbindbar ist. Die Produktionsanlage umfasst eine antreibende Welle, die drehbar in dem Anschlussabschnitt gelagert und mittels eines Motors drehantreibbar ist. Der Motor kann in die Produktionsanlage integriert oder extern angeordnet sein.
In einer Ausführungsform kann die Produktionsanlage einen Roboter umfassen, der dazu ausgebildet ist, die Werkstückträgervorrichtung mit dem Anschlussabschnitt zu verbinden, die Werkstückträgervorrichtung von dem Anschlussabschnitt zu entkoppeln und die Werkstückträgervorrichtung zu verlagern. Der Roboter kann beispielsweise ein Gelenkarmroboter, ein Portalroboter, ein Handlingsystem (eine Handhabungseinrichtung) mit mehreren Achsen oder Ähnliches sein. Insbesondere kann der Roboter dazu ausgebildet sein, die Werkstückträgervorrichtung durch Positionieren und Absenken mit dem Anschlussabschnitt des Rakearms zu verbinden bzw. zu koppeln. Insbesondere kann der Roboter dazu ausgebildet sein, die Werkstückträgervorrichtung durch Anheben von dem Anschlussabschnitt des Rakearms zu entkoppeln bzw. zu lösen. Somit ist ein sehr einfaches Koppeln und Entkoppeln unter Verwendung der Werkstückträgervorrichtung und einem Roboter möglich.
Der Roboter kann einen verlagerbaren Verriegelungsbolzen umfassen, der in die erste Durchgangsbohrung und die erste Antriebswellenbohrung einbringbar und aus diesen entfernbar ist. Der Verriegelungsbolzen kann pneumatisch, hydraulisch und/oder elektromechanisch verlagerbar sein, wobei die Verlagerung des Verriegelungsbolzens automatisch über ein Steuerprogramm aktivierbar sein kann. Der Verriegelungsbolzen kann linear verlagerbar sein, insbesondere vertikal verlagerbar.
Der Anschlussabschnitt kann einen sich von einer Stirnfläche des Rakearms aus in axialer Richtung erstreckenden Kreisring mit einem daran ausgebildeten Flansch umfassen. Der Rakearm beschreibt einen Rahmenabschnitt der Produktionsanlage zum Tragen oder Stützen eines daran anbringbaren Werkstückträgervorrichtung. Der Flansch erstreckt sich ausgehend von einer Außenumfangsfläche des Kreisrings in einer von einer Längsachse des Kreisrings abgewandten Richtung, genauer gesagt in einem montierten Betriebszustand der Produktionsanlage in der Regel nach oben. Der Kreisring und der Flansch können eine gemeinsame axiale Ausnehmung umfassen, die in dem Kreisring und dem Flansch ausgebildet ist. Insbesondere kann die axiale Ausnehmung in einem montierten Betriebszustand der Produktionsanlage in einem oberen Bereich des Kreisrings und des Flanschs ausgebildet sein. Über die axiale Ausnehmung kann ein Abschnitt der Antriebswelle in den Anschlussabschnitt (in den Kreisring und den Flansch) einbringbar sein, um die Antriebswelle mit der antreibenden Welle zu verbinden. Genauer gesagt kann der schwertförmige Abschnitt bzw. der Vorsprung/die Passfeder der Antriebswelle durch die axiale Ausnehmung hindurch in die komplementäre Ausnehmung (z.B. Nut oder Schlitz) der antreibenden Welle eingebringbar sein, wenn die antreibende Welle und die Antriebswelle entsprechend einer vorbestimmten Rotationsstellung zueinander und zu der axialen Ausnehmung ausgerichtet sind.
Die antreibende Welle kann hierzu die in der Stirnfläche ausgebildete komplementäre Ausnehmung (z.B. Nut oder Schlitz) aufweisen, in die der schwertförmige Abschnitt bzw. der Vorsprung/die Passfeder der Antriebswelle einbringbar ist. Die Stirnfläche kann eine der Antriebswelle zugewandte Stirnfläche der antreibenden Welle sein.
In einer Weiterbildung kann die Produktionsanlage ein Zentriertablett mit einem daran ausgebildeten Zentrierbolzen umfassen. Das Zentriertablett kann an einer vorbestimmten Position an der Produktionsanlage anordenbar bzw. angeordnet sein, insbesondere in einer Bereitstellungszone. Die Werkstückträgervorrichtung kann auf dem Zentriertablett positionierbar sein. Das Zentriertablett stellt eine Plattform zum vorübergehenden Aufnehmen der Werkstückträgervorrichtung dar. Der Zentrierbolzen kann ein feststehender Bolzen, Stift oder Ähnliches sein, der in die zweiten Bohrungen des Verbindungsarms und der Antriebswelle einbringbar ist, um eine relative Drehung zwischen der Antriebswelle und dem Verbindungarms zu verhindern. Zum Aufnehmen und Halten der Werkstückträgervorrichtung auf dem Zentriertablett kann die Werkstückträgervorrichtung mittels des Roboters auf dem Zentriertablett abgelegt werden.
Die Produktionsanlage kann mehr als eine Werkstückträgervorrichtung umfassen, beispielsweise zwei, drei oder mehr als drei Werkstückträgervorrichtungen. Die vorstehend in Bezug auf die Werkstückträgervorrichtung beschriebenen Merkmale, Funktionen und Aspekte gelten in diesem Fall entsprechend für die weitere/n Werkstückträgervorrichtung/en.
Es versteht sich, dass das Verfahren und die Werkstückträgervorrichtung auch für weitere Anwendungen und Produktionsanlagen geeignet sind, bei denen hohe Temperaturen vorherrschen und mechanische Bewegungsschnittstellen erforderlich sind.
Obgleich einige Merkmale, Vorteile, Funktionen, Wirkweisen, Ausführungsformen und Weiterbildungen vorstehend nur in Bezug auf das Verfahren, die Werkstückträgervorrichtung oder die Produktionsanlage beschrieben wurden, können diese entsprechend auch für die jeweils Anderen des Verfahrens, der Werkstückträgervorrichtung oder der Produktionsanlage gelten.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in Bezug auf die beiliegenden schematischen Figuren näher erläutert. Es stellen dar:

1 eine schematische Darstellung einer Produktionsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einem ersten Zustand.
2 eine schematische Darstellung der Produktionsanlage aus 1 in einem zweiten Zustand.
3 eine schematische Draufsicht einer Produktionsanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
4 eine schematische Seitenansicht eines Roboters der Produktionsanlage aus 3.
5 eine schematische Detailansicht der Produktionsanlage aus 1 im Bereich der Ankopplungsschnittstelle in einem nicht gekoppelten Zustand.
6 eine weitere schematische Detailansicht der Produktionsanlage aus 1 im Bereich der Ankopplungsschnittstelle in einem nicht gekoppelten Zustand.
7 eine schematische Detailansicht der Produktionsanlage aus 1 im Bereich der Ankopplungsschnitt in einem gekoppelten Zustand.
8 eine schematische Detailansicht der Produktionsanlage aus 1, die einen Ausschnitt einer auf einem Zentriertablett positionierten Werkstückträgervorrichtung zeigt.
9 eine Schnittansicht zur Darstellung der in 9 gezeigten Detailansicht.
10 einen Greifer des Roboters mit verlagerbarem Verriegelungsbolzen.

Figurenbeschreibung
1 und 2 zeigen eine Produktionsanlage 10 zum Beschichten einer Vielzahl von Substraten 12, von denen aus Übersichtsgründen nur eines mit einem Bezugszeichen versehen ist. Genauer gesagt ist die Produktionsanlage 10 in der gezeigten Ausführungsform eine Beschichtungsanlage zum Beschichtung von Substraten 12 in Form von Turbinenschaufeln. Alternativ kann die Beschichtungsanlage auch zum Beschichten von Schaufeln, Luftleitblechen oder sonstigen Bauteilen mittels eines EB PVD Verfahrens verwendet werden.
Die Substrate 12 sind an einer Werkstückträgervorrichtung 50 der Produktionsanlage 10 angebracht bzw. werden von dieser getragen. In dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 sind vier Werkstückträgervorrichtungen 50 gezeigt. Jeweils zwei Werkstückträgervorrichtungen 50 bilden zusammen eine Doppelrechenanordnung. Der Übersicht halber sind lediglich die Unterkomponenten von einer der Werkstückträgervorrichtungen einzeln mit Bezugszeichen versehen. Die in Bezug auf diese Werkstückträgervorrichtung 50 beschriebenen Merkmale, etc. gelten entsprechend für die anderen Werkstückträgervorrichtungen 50.
Jede der Werkstückträgervorrichtungen 50 umfasst eine Rahmenstruktur 52 mit einer Vielzahl daran ausgebildeter Einzelhalter 54 bzw. Substrataufnahmen 54. Jeweils ein Substrat 12 wird von einem zugehörigen Einzelhalter 54 gehalten, wobei die Einzelhalter 54 über eine Antriebswelle 56 (siehe 6, und 7 bis 9) der Werkstückträgervorrichtung 50 bewegbar sind, um die Substrate 12 während der Beschichtung gemäß eines vorbestimmten Bewegungsablaufs zu bewegen.
Die Werkstückträgervorrichtung 50 umfasst einen länglichen Verbindungsarm 58. Dieser längliche Verbindungsarm 58 schließt sich an die Rahmenstruktur 52 an bzw. ist hier einstückig mit der Rahmenstruktur 52 ausgebildet und somit ein Teil der Rahmenstruktur 52. Der Verbindungsarm 58 ist dazu eingerichtet, die Rahmenstruktur 52 mit einem hier L-förmigen Rakearm 24 der Produktionsanlage 10 zu verbinden. Hierzu ist der Verbindungsarm 58 an einem Ende mit einer speziellen Ankopplungsschnittstelle 60 versehen. Der Rakearm 24 selbst ist wiederrum an einen Manipulator 25 der Produktionsanlage 10 angekoppelt und mittels des Manipulators 25 bewegbar.
Um die Substrate 12 zu beschichten, wird wenigstens eine (hier zwei) der Werkstückträgervorrichtungen 50 in einer Bearbeitungszone 14 der Produktionsanlage 10 positioniert. Die Bearbeitungszone ist in dem gezeigten Beispiel eine Ladekammer der Produktionsanlage 10, von welcher aus die Werkstückträgervorrichtungen 50 durch lineares Verlagern des Manipulators 25 in eine Beschichtungskammer einbringbar sind. Im Gegensatz zu herkömmlichen Beschichtungsanlagen werden die Substrate 12 in der erfindungsgemäßen Produktionsanlage 10 nicht einzeln in die Bearbeitungszone 14 eingebracht, sondern es wird gleichzeitig eine Vielzahl an Substraten 12 durch Verlagern der gesamten Werkstückträgervorrichtung 50 in die Bearbeitungszone 14 eingebracht. Genauer gesagt werden in der gezeigten Produktionsanlage 10 gleichzeitig zwei Werkstückträgervorrichtungen 50 in die Bearbeitungszone 14 verlagert.
Hierzu umfasst die Produktionsanlage 10 einen Roboter 16. Der Roboter 16 ist in der gezeigten Ausführungsform ein Gelenkarmroboter. Der Roboter 16 umfasst an dem Ende des Roboterarms zwei Robotergreifer 18, mittels welchen zwei separate Werkstückträgervorrichtungen 50 gleichzeitig gegriffen werden können, um diese anschließend zu verlagern, d.h. anzuheben, zu schwenken und abzusenken. Es versteht sich, dass der Roboter 16 in alternativen Ausführungsbeispielen nur einen Robotergreifer 18 zum Greifen einer Werkstückträgervorrichtung 50 oder mehr als zwei Robotergreifer zum Greifen von mehr als zwei separaten Werkstückträgervorrichtungen umfassen kann. Das Greifen, Anheben, Schwenken und Absenken kann automatisiert erfolgen und durch ein Steuerungsprogramm vorgegeben sein.
Der Roboter 16 ist dazu ausgebildet und eingerichtet, die Werkstückträgervorrichtungen 50 von einer Bereitstellungszone 20 in die Bearbeitungszone 14 zu verlagern. Somit können mit zu beschichtenden Substraten 12 vorbestückte Werkstückträgervorrichtungen 50 in der Bereitstellungszone 20 bereitgestellt werden. Insbesondere können die Werkstückträgervorrichtungen 50 hierzu in der Bereitstellungszone 20 auf einem Zentriertablett 80 platziert sein, um eine vorbestimmte Position, Rotationsstellung und Orientierung der Werkstückträgervorrichtungen 50 in der Bereitstellungszone 20 sicherzustellen.
Ferner ist der Roboter 16 dazu ausgebildet und eingerichtet, die Werkstückträgervorrichtungen 50 nach der Bearbeitung von der Bearbeitungszone 14 eine Entnahmezone 22 zu verlagern. Somit können die mit den nun beschichteten Substraten 12 bestückten Werkstückträgervorrichtungen 50 aus der Entnahmezone 20 abtransportiert werden. Auch in der Entnahmezone 22 können die Werkstückträgervorrichtungen 50 wiederrum auf einem Zentriertablett 82 platziert werden, um erneut eine vorbestimmte Position, Rotationsstellung und Orientierung der Werkstückträgervorrichtungen 50 sicherzustellen.
Genauer gesagt umfassen die Zentriertabletts 80, 82 zum Sicherstellen der vorbestimmten Position, Rotationsstellung und Orientierung der Werkstückträgervorrichtungen 50 jeweils wenigstens eine Aufnahme 84 und einen Zentrierbolzen 86 (in dem gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils zwei Aufnahmen 84 und zwei Zentrierbolzen 86). Die Werkstückträgervorrichtungen 50 können mittels des Roboters 16 in der jeweils zugehörigen Aufnahme 84 positioniert werden, sodass der zugehörige Zentrierbolzen 86 in eine Bohrung (siehe 8 und 9) der Werkstückträgervorrichtung 50 eingreift. Die Funktion der Zentrierbolzen 86 ist im Zusammenhang mit den 8 und 9 näher beschrieben.
Durch Vorsehen unterschiedlicher Bereitstellungs- und Entnahmezonen 20, 22 können Arbeitsschritte parallel ausgeführt werden, sodass beispielsweise bereits eine oder mehrere neue Werkstückträgervorrichtung/en 50 mit unbeschichteten Substraten 12 in der Bereitstellungszone 20 bereitstehen kann/können, während eine oder mehrere Werkstückträgervorrichtung/en 50 mit gerade beschichteten Substraten 12 von der Bearbeitungszone 14 in die Entnahmezone 22 verlagert wird/werden.
Das Bestücken der Werkstückträgervorrichtungen 50 mit zu beschichtenden Substraten 12 kann entweder in der Bereitstellungszone 20 erfolgen oder in einer von der Bereitstellungszone 20 beabstandeten Bestückungszone (nicht gezeigt). Das Entnehmen der beschichteten Substrate 12 kann entweder in der Entnahmezone 22 erfolgen oder in einer von der Entnahmezone 22 beabstandeten Entstückungszone (nicht gezeigt). Um die jeweilige Werkstückträgervorrichtung 50 von der Bestückungszone in die Bereitstellungszone 20 zu transportieren und/oder von der Entnahmezone 22 in die Entstückungszone zu transportieren, können die zugehörigen Zentriertabletts verlagerbar sein, z.B. fahr-, schiebbar oder Ähnliches.
Wie in den Darstellungen der 1 und 2 zu erkennen ist, zeigt 1 die Produktionsanlage 10 in einem Zustand, in dem sich zwei Werkstückträgervorrichtungen 50 in der Bearbeitungszone 14 befinden. Zwei weitere Werkstückträgervorrichtungen 50 mit zur Beschichtung vorgesehenen Substraten sind in der Bereitstellungszone 20 positioniert. Der Roboter 16 hält bzw. trägt in dem Zustand der 1 keine Werkstückträgervorrichtungen. 2 zeigt demgegenüber einen Zustand der Produktionsanlage 10 kurz nach der Entnahme zweier Werkstückträgervorrichtungen 50 mit beschichteten Substraten 12 aus der Bearbeitungszone 14. Der Roboter 16 hält bzw. trägt die beiden Werkstückträgervorrichtungen 50 mittels der beiden Robotergreifers 18, um diese in die Entnahmezone 22 zu verlagern und dort auf dem Zentriertablett 82 zu positionieren. Anschließend greift der Roboter 16 mittels der beiden Robotergreifer 18 die in der Bereitstellungszone 20 vorbereiteten und auf dem Zentriertablett 80 positionierten Werkstückträgervorrichtungen 50 mit zu beschichtenden Substraten, um diese in die Bearbeitungszone 14 einzubringen.
Die 3 und 4 zeigen eine Produktionsanlage 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Die Produktionsanlage 100 entspricht im Wesentlichen der Produktionsanlage 10 der 1 und 2, weist lediglich eine geringfügig abgewandelte Anordnung der Bauteile auf. Die Bauteile der Produktionsanlage 100 sind daher mit den gleichen Bezugszeichen wie in den 1 und 2 versehen. Die Erläuterungen zur Produktionsanlage 10 gelten entsprechend für die Produktionsanlage 100.
Ein Ausschnitt der Werkstückträgervorrichtung 50 im Bereich der Ankopplungsschnittstelle 60 und eines Endabschnitts eines Rakearms 24 der Produktionsanlage 10 ist in den 5, 6 und 7 näher gezeigt. Hierbei zeigen die 5 und 6 die Ankopplungsschnittstelle 60 in einem nicht gekoppelten Zustand, also kurz vor oder kurz nach einer Kopplung mit dem Rakearm 24 der Produktionsanlage 10. 7 zeigt die Ankopplungsschnittstelle 60 in einem gekoppelten Zustand.
Die Ankopplungsschnittstelle 60 ist derart ausgebildet, dass die Werkstückträgervorrichtung 50 mittels des Roboters 16 lösbar mit der Produktionsanlage 10 koppelbar ist, insbesondere mit einem Rakearm 24 der Produktionsanlage 10. Lösbar bedeutet, dass durch Koppeln der Werkstückträgervorrichtung 50 mit der Produktionsanlage 10 mittels der der Ankopplungsschnittstelle 60 vorübergehend eine feste Verbindung zwischen der Werkstückträgervorrichtung 50 und der Produktionsanlage 10 herstellbar ist. Diese feste Verbindung kann zum Wechseln der Werkstückträgervorrichtung 50 wieder gelöst werden, ohne hierzu Komponenten beschädigen zu müssen.
Die strukturelle Ausbildung der Werkstückträgervorrichtung 50 im Bereich ihrer Ankopplungsschnittstelle 60 erlaubt ein einfaches An- und Abkoppeln an den Rakearm 24 der Produktionsanlage 10 und ermöglicht somit erstmals ein automatisiertes Wechseln der gesamten Werkstückträgervorrichtung 50 samt einer Vielzahl von Substraten 12.
Wie in den 5 bis 7 erkennbar ist, ist der Verbindungsarm 58 mittels der Ankopplungsschnittstelle 60 statisch an einen Anschlussabschnitt 26 des Rakearms 24 der Produktionsanlage 10 koppelbar, um den Verbindungsarm 58 relativ zu dem Anschlussabschnitt 26 und somit zu dem Rakearm 24 in einer festen Stellung zu halten. Dadurch wird die Rahmenstruktur 52 bzw. die gesamte Werkstückträgervorrichtung 50 relativ zu dem Rakearm 24 in einer festen Stellung gehalten.
Ferner ist zu erkennen, dass mittels der Ankopplungsschnittstelle 60 die Antriebswelle 56 mechanisch an eine antreibende Welle 28 der Produktionsanlage 10 koppelbar ist, um die Antriebswelle 56 drehantreibbar mit der antreibenden Welle 28 zu verbinden. Die antreibende Welle 28 ist drehbar in dem Anschlussabschnitt 26 bzw. dem Rakearm 24 gelagert und wiederrum mittels eines Motors (nicht gezeigt) der Produktionsanlage 10 drehantreibbar. Die Antriebswelle 56 ist in dem Verbindungsarm 58 drehbar gelagerte Antriebswelle und mechanisch mit der Mehrzahl von Einzelhaltern 54 gekoppelt ist. Somit ist bei einer Kopplung der Antriebswelle 56 und der antreibenden Welle 28 die Mehrzahl von Substraten 12 mittels des Motors in gewünschter Weise antreibbar.
Zum lösbaren Koppeln des Verbindungsarms 58 mit dem Anschlussabschnitt 26 des Rakearms 24 umfasst die Ankopplungsschnittstelle 60 in der gezeigten Ausführungsform einen Kragen 62, der über ein freies Ende des Verbindungsarms 58 in Richtung des Rakearms 24 hervorsteht.
Der Kragen 62 erweitert bzw. verlängert einen Teil der Außenumfangsfläche des Verbindungsarms 58 in axialer Richtung. Der Verbindungsarm 58 ist in der gezeigten Ausführungsform rohrförmig ausgebildet, sodass der Kragen 62 für sich die Form eines Kreisringsegments hat. An seiner Innenumfangsfläche ist der Kragen 62 mit einem Haltevorsprung 64 (siehe 6 und 7) versehen, der in Richtung der Längsachse von der Innenumfangsfläche hervorsteht, d.h. in den 5 bis 7 nach unten hervorsteht. Der Haltevorsprung 64 ist dazu ausgebildet, bei einem Koppeln der Werkstückträgervorrichtung 60 mit dem Rakearm 24 einen Flansch 30 des Anschlussabschnitts 26 zu hintergreifen. Der Flansch 30 ist an einem Kreisring 32 des Anschlussabschnitts 26 ausgebildet, wobei sich der Kreisring 32 von einer Stirnfläche 34 des Rakearms 24 aus in axialer Richtung auf den Verbindungsarm 58 zu erstreckt. Der Flansch 30 erstreckt sich ausgehend von einer Außenumfangsfläche des Kreisrings 32 in der in den 5 bis 7 gezeigten Darstellung nach oben. Der Kreisring 32 und der daran ausgebildete Flansch 30 sind mit einer gemeinsamen axialen Ausnehmung 36 versehen. Wie in der Zusammenschau der 5 bis 7 zu erkennen ist, kann das lösbare Koppeln auf einfache Weise durch Absenken der Werkstückträgervorrichtung 50 in Richtung der Längsachse des Rakearms 24 realisiert werden. Es versteht sich, dass das Entkoppeln in ähnlicher Weise durch Abheben der Werkstückträgervorrichtung 50 realisiert werden kann.
Ferner ist die Antriebswelle 56 zum lösbaren Koppeln mit der antreibenden Welle 28 mit einem schwertförmigen Endabschnitt 66 versehen. Das heißt an einem Ende der Antriebswelle 56 weist die Stirnfläche einen länglichen Vorsprung 66 bzw. eine Passfeder 66 (schwertförmigen Endabschnitt 66) auf, die in Richtung der antreibenden Welle 28 vorsteht. Die Länge des Vorsprungs 66/der Passfeder 66 entspricht hier dem Durchmesser der Antriebswelle 56. Der Vorsprung 66 bzw. die Passfeder 66 ist dazu ausgebildet, mit einer komplementären Ausnehmung 38 (bzw. Nut oder Schlitz) der antreibenden Welle 28 in Eingriff zu gelangen, sodass eine formschlüssige Verbindung zwischen der antreibenden Welle 28 und der Antriebswelle 56 realisierbar ist, die eine Übertragung von Drehbewegungen von der antreibenden Welle 28 auf die Antriebswelle 56 ermöglicht. Hierzu ist der Vorsprung 66/die Passfeder 66 durch die axiale Ausnehmung 36 hindurch in die Nut 38/den Schlitz 38 der antreibenden Welle eingebringbar. Wie in der Zusammenschau der 5 bis 7 zu erkennen ist, kann dieser Eingriff durch Absenken der Werkstückträgervorrichtung 50 in Richtung der Längsachse des Rakearms 24 realisiert werden. Es versteht sich, dass das Entkoppeln der Wellen 28, 56 in ähnlicher Weise durch Abheben der Werkstückträgervorrichtung 50 realisiert werden kann.
Um den Vorsprung 66/die Passfeder 66 in die Nut 38/den Schlitz 38 einzubringen, sind die Antriebswelle 56 und die antreibende Welle 28 zuvor in eine vorbestimmte Rotationsstellung zueinander zu bringen. Diese Ausrichtung zueinander ist in den 5 bis 7 gezeigt.
Die antreibende Welle 28 wird hierzu vor dem Koppeln und/oder dem Entkoppeln mittels des Motors und einem PLC-Programm in die gezeigte Rotationsstellung gebracht.
Die Rotationsstellung der Antriebswelle 56 wird in der gezeigten Ausführungsform mit Hilfe von Zentrier-/Verriegelungsbolzen und zugehörigen Bohrungen realisiert. Der Verbindungsarm 58 umfasst hierfür eine erste Durchgangsbohrung 68, die sich durch die Wand des Verbindungsarms 58 hindurch erstreckt. Zudem umfasst die Antriebswelle 56 eine zugehörige erste Antriebswellenbohrung 70 (7). Die erste Durchgangsbohrung 68 und die erste Antriebswellenbohrung 70 sind in axialer Richtung gleich weit von der Stirnfläche der Antriebswelle 56 beabstandet. Da die Antriebswelle 56 relativ zu dem Verbindungsarm 58 drehbar ist, sind die erste Durchgangsbohrung 68 und die erste Antriebswellenbohrung 70 nur in einer vorbestimmten relativen Rotationsstellung der Antriebswelle 56 und des Verbindungsarms 58 der Rahmenstruktur 52 koaxial zueinander angeordnet.
Der Verbindungsarm 58 umfasst ferner eine zweite Durchgangsbohrung 72, die sich durch die Wand des Verbindungsarms 58 hindurch erstreckt (angedeutet in 5 und gezeigt in 9). Zudem umfasst die Antriebswelle 56 eine zugehörige zweite Antriebswellenbohrung 74 (siehe 9). Die zweite Durchgangsbohrung 72 und die zweite Antriebswellenbohrung 74 sind in axialer Richtung gleich weit von der Stirnfläche der Antriebswelle 56 beabstandet. Da die Antriebswelle 56 relativ zu dem Verbindungsarm 58 drehbar ist, sind die zweite Durchgangsbohrung 72 und die zweite Antriebswellenbohrung 74 ebenfalls nur in der vorbestimmten relativen Rotationsstellung der Antriebswelle 56 und des Verbindungsarms 58 koaxial zueinander angeordnet. Die vorbestimmte relative Rotationsstellung ist in den 5 bis 9 gezeigt.
Die zweite Durchgangsbohrung 72 und die zweite Antriebswellenbohrung 74 sind in axialer Richtung beide gleich weit von der Stirnfläche der Antriebswelle 56 beabstandet wie die erste Durchgangsbohrung 68 und die erste Antriebswellenbohrung 70. Die zweite Durchgangsbohrung 72 und die zweite Antriebswellenbohrung 74 sind an einer der ersten Durchgangsbohrung 68 und der ersten Antriebswellenbohrung 70 entgegengesetzten Position der Umfangsfläche des Verbindungsarms 58 bzw. der Umfangsfläche der Antriebswelle 56 angeordnet. Genauer gesagt ist die zweite Durchgangsbohrung 72 in Umfangsrichtung um 180° versetzt zu der ersten Durchgangsbohrung 68 angeordnet und die zweite Antriebswellenbohrung 74 ist in Umfangsrichtung um 180° versetzt zu der ersten Antriebswellenbohrung 70 angeordnet.
Die Antriebswelle 56 kann in einem gekoppelten Zustand mittels der antreibenden Welle 28 durch den Motor und das PLC-Programm in die gezeigte Rotationsstellung gebracht werden. In dieser Rotationsstellung wird die Antriebswelle 56 dann mithilfe eines Verriegelungsbolzens 88 (siehe 10) des Roboters 16 fixiert, der durch die erste Durchgangsbohrung 68 hindurch in die erste Antriebswellenbohrung 70 eingreift und so die Antriebswelle 56 relativ zu dem Verbindungsarm 28 fixiert und eine Relativdrehung blockiert. Der Verriegelungsbolzen 88 kann automatisiert in die ersten Bohrungen hinein und aus diesen heraus verlagert werden, beispielsweise pneumatisch, hydraulisch und/oder elektromechanisch bewirkt.
Um stets ein Fixieren der Antriebwelle 56 in der vorbestimmten Rotationsstellung sicherzustellen, wird der Verriegelungsbolzen 88 in die ersten Bohrungen 68, 70 eingebracht, bevor die Werkstückträgervorrichtung 50 angehoben und somit von dem Rakearm 24 entkoppelt wird. Die Antriebswelle 56 ist daher kurzzeitig durch den Verriegelungsbolzen 88 und durch die Kopplung der Antriebswelle 56 mit der antreibenden Welle 28 in ihrer Rotationsstellung fixiert.
Gleichermaßen wird der Verriegelungsbolzen 88 erst dann aus den ersten Bohrungen 68, 70 herausgezogen, wenn ein Zentrierbolzen 86 in die zweite Durchgangsbohrung 72 und die zweite Antriebswellenbohrung 74 eingreift und die Antriebswelle 56 relativ zu dem Verbindungsarm 58 fixiert. Das Einbringen des Zentrierbolzens 86 in die zweiten Bohrungen 72, 74 kann durch Absenken bzw. Ablegen der Werkstückträgervorrichtung 50 auf dem Zentriertablett 80, 82 realisiert werden, wobei der Zentrierbolzen 86 in einer Ausführungsform feststehend auf dem Zentriertablett 80, 82 ausgebildet sein kann (so wie in den 1, 2, 8 und 9 gezeigt). Zum Einbringen des Zentrierbolzens 86 in die zweiten Bohrungen 72, 74 wird die Werkstückträgervorrichtung 50 mittels des Roboters 16 gezielt auf dem Zentriertablett 80, 82 positioniert.
Zum bestmöglichen Greifen, Halten und Verlagern der Werkstückträgervorrichtung 50 mittels des Roboters 16 weist der Verbindungsarms 58 im Bereich der Ankopplungsschnittstelle 60 zwei seitliche Angriffsflächen 76 auf. Die Angriffsflächen 76 sind in die Umfangsfläche des Verbindungsarms 58 eingefräst und einander gegenüberliegend ausgebildet (nur eine Angriffsfläche ist in den 5 bis 7 und 8 zu sehen).
Der verlagerbare Verriegelungsbolzen 88 des Roboters 16 kann insbesondere im Bereich des Robotergreifers 18 ausgebildet sein, wie in 10 beispielhaft gezeigt ist. Der Verriegelungsbolzen 88 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen den Greifarmen bzw. Greifbacken 90 an einem Grundkörper 96 des Robotergreifers 18 angeordnet und relativ zu dem Grundkörper 96 linear verlagerbar, was durch den Doppelpfeil 92 angedeutet ist (hier eine vertikale Verlagerbarkeit). Ferner sind auch die Greifarme bzw. Greifbacken 90 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aufeinander zu und voneinander weg verlagerbar, was durch den Doppelpfeil 94 angedeutet ist. Die Greifarme bzw. Greifbacken 90 können in dem Grundkörper 96 des Robotergreifers 18 linear verlagerbar geführt oder schwenkbar mit diesem verbunden sein.
Bezugszeichenliste

10: Produktionsanlage
12: Substrat
14: Bearbeitungszone
16: Roboter
18: Robotergreifer
20: Bereitstellungszone
22: Entnahmezone
24: Rakearm
25: Manipulator
26: Anschlussabschnitt
28: antreibende Welle
30: Flansch
32: Kreisring
34: Stirnfläche
36: axiale Ausnehmung
38: komplementäre Ausnehmung
50: Werkstückträgervorrichtung
52: Rahmenstruktur
54: Einzelhalter/Substrataufnahme
56: Antriebswelle
58: Verbindungsarm
60: Ankopplungsschnittstelle
62: Kragen
64: Haltevorsprung
66: schwertförmiger Endabschnitt
68: erste Durchgangsbohrung
70: erste Antriebswellenbohrung
72: zweite Durchgangsbohrung
74: zweite Antriebswellenbohrung
76: Angriffsfläche
80: Zentriertablett
82: Zentriertablett
84: Aufnahme
86: Zentrierbolzen
88: Verriegelungsbolzen
90: Greifarme bzw. Greifbacken
92: Pfeil (Bewegungsrichtung)
94: Pfeil (Bewegungsrichtung)
96: Grundkörper
100: Produktionsanlage

Claims

Verfahren zum Wechseln einer Werkstückträgervorrichtung (50) in einer Produktionsanlage (10, 100) zur Beschichtung von Substraten (12), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Verlagern einer Werkstückträgervorrichtung (50) mittels eines Roboters (16) von einer Bereitstellungszone (20) an der Produktionsanlage (10, 100) zu einer Bearbeitungszone (14) in der Produktionsanlage (10, 100); lösbares Koppeln der Werkstückträgervorrichtung (50) mit der Produktionsanlage (10, 100) über eine Ankopplungsschnittstelle (60) der Werkstückträgervorrichtung (50) durch weiteres Verlagern der Werkstückträgervorrichtung (50) mittels des Roboters (16); wobei zum lösbaren Koppeln der Werkstückträgervorrichtung (50) mit der Produktionsanlage (10, 100) ein Verbindungsarm (58) der Werkstückträgervorrichtung (50) an einen Anschlussabschnitt (26) der Produktionsanlage (10, 100) gekoppelt wird, wodurch der Verbindungsarm (58) relativ zu dem Anschlussabschnitt (26) in einer festen Stellung fixiert wird, und wobei zum lösbaren Koppeln der Werkstückträgervorrichtung (50) mit der Produktionsanlage (10, 100) eine Antriebswelle (56) der Werkstückträgervorrichtung (50) an eine antreibende Welle (28) der Produktionsanlage (10, 100) gekoppelt wird, wodurch die Antriebswelle (56) drehantreibbar mit der antreibende Welle (28) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Roboter (16) einen verlagerbaren Verriegelungsbolzen (88) umfasst, der vor dem Verlagern der Werkstückträgervorrichtung (50) zu der Bearbeitungszone (14) in eine in dem Verbindungsarm (58) ausgebildete erste Durchgangsbohrung (68) und gleichzeitig in eine in der Antriebswelle (56) ausgebildete erste Antriebswellenbohrung (70) eingebracht wird, um eine relative Drehung zwischen der Antriebswelle (56) und dem Verbindungarm (58) zu blockieren, und der nach dem lösbaren Koppeln der Werkstückträgervorrichtung (50) mit der Produktionsanlage (10, 100) aus der ersten Durchgangsbohrung (68) und der ersten Antriebswellenbohrung (70) entfernt wird, um eine relative Drehung zwischen der Antriebswelle (56) und dem Verbindungarm (58) zuzulassen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Werkstückträgervorrichtung (50) in der Bereitstellungszone (20) auf einem ein Zentriertablett (80) mit einem daran ausgebildeten Zentrierbolzen (86) derart angeordnet wird, dass der Zentrierbolzen (86) in eine in dem Verbindungsarm (58) ausgebildete zweite Durchgangsbohrung (72) und in eine in der Antriebswelle (56) ausgebildete zweite Antriebswellenbohrung (74) eingreift, um eine relative Drehung zwischen der Antriebswelle (56) und dem Verbindungarm (58) zu blockieren.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei vor dem Koppeln der Antriebswelle (56) mit der antreibenden Welle (28) die antreibende Welle (28) der Produktionsanlage (10, 100) mittels einer Steuerung in eine vorbestimmte Rotationsstellung relativ zu der Antriebswelle (56) gebracht wird.
Werkstückträgervorrichtung (50) für eine Produktionsanlage (10, 100) zum Beschichten von Substraten (12), wobei die Werkstückträgervorrichtung (50) umfasst: eine Rahmenstruktur (52) mit einer Mehrzahl von Einzelhaltern (54) zum Halten einer Mehrzahl von Substraten (12); einen länglichen Verbindungsarm (58) zum Verbinden der Rahmenstruktur (52) mit einem Anschlussabschnitt (26) der Produktionsanlage (10, 100), wobei der Verbindungsarm (58) eine Längsachse hat; eine in dem Verbindungsarm (58) drehbar gelagerte Antriebswelle (56), die mechanisch mit der Mehrzahl von Einzelhaltern (54) gekoppelt ist, um die Mehrzahl von Substraten (12) anzutreiben; und eine Ankopplungsschnittstelle (60) über die die Werkstückträgervorrichtung (50) mittels eines Roboters (16) lösbar mit der Produktionsanlage (10, 100) koppelbar ist, wobei mittels der Ankopplungsschnittstelle (60) der Verbindungsarm (58) an den Anschlussabschnitt (26) der Produktionsanlage (10, 100) koppelbar ist, um den Verbindungsarm (58) relativ zu dem Anschlussabschnitt (26) in einer festen Stellung zu halten, und wobei mittels der Ankopplungsschnittstelle (60) die Antriebswelle (56) an eine antreibende Welle (28) der Produktionsanlage (10, 100) koppelbar ist, um die Antriebswelle (56) drehantreibbar mit der antreibenden Welle (28) zu verbinden.
Werkstückträgervorrichtung (50) nach Anspruch 5, wobei die Ankopplungsschnittstelle (60) zwei an einer Umfangsfläche des Verbindungsarms (58) ausgebildete Angriffsflächen (76) für einen Robotergreifer (18) umfasst.
Werkstückträgervorrichtung (50) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Ankopplungsschnittstelle (60) eine in dem Verbindungsarm (58) ausgebildete erste Durchgangsbohrung (68) für einen Verriegelungsbolzen (88) des Roboters (16) umfasst und eine in der Antriebswelle (56) ausgebildete erste Antriebswellenbohrung (70) umfasst, wobei die erste Durchgangsbohrung (68) und die erste Antriebswellenbohrung (70) in einer vorbestimmten Rotationsstellung der Antriebswelle (56) miteinander ausgerichtet sind.
Werkstückträgervorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Ankopplungsschnittstelle (60) eine in dem Verbindungsarm (58) ausgebildete zweite Durchgangsbohrung (72) für einen Zentrierbolzen (86) eines Zentriertabletts (80, 82) umfasst und eine in der Antriebswelle (56) ausgebildete zweite Antriebswellenbohrung (74) umfasst, wobei die zweite Durchgangsbohrung (72) und die zweite Antriebswellenbohrung (74) in einer vorbestimmten Rotationsstellung der Antriebswelle (56) miteinander ausgerichtet sind.
Werkstückträgervorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Ankopplungsschnittstelle (60) einen an einem Ende der Antriebswelle (56) ausgebildeten schwertförmigen Abschnitt (66) umfasst.
Werkstückträgervorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Ankopplungsschnittstelle (60) einen an einem Ende des Verbindungsarms (58) ausgebildeten Kragen (62) umfasst, der sich in Form eines Kreisringsegments in axialer Richtung über das Ende des Verbindungsarms (58) hinaus erstreckt, wobei der Kragen (62) einen an seiner Innenumfangsfläche ausgebildeten Haltevorsprung (64) umfasst, der sich ausgehend von der Innenumfangsfläche in Richtung der Längsachse erstreckt.
Produktionsanlage (10, 100) zum Beschichten von Substraten (12), mit wenigstens einer Werkstückträgervorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, die mit einem Anschlussabschnitt (26) der Produktionsanlage (10, 100) lösbar verbunden oder verbindbar ist, wobei eine antreibende Welle (28) drehbar in dem Anschlussabschnitt (26) gelagert und mittels eines Motors drehantreibbar ist.
Produktionsanlage (10, 100) nach Anspruch 11, umfassend einen Roboter (16), der dazu ausgebildet ist, die Werkstückträgervorrichtung (50) mit dem Anschlussabschnitt (26) zu verbinden, die Werkstückträgervorrichtung (50) von dem Anschlussabschnitt (26) zu entkoppeln und die Werkstückträgervorrichtung (50) zu verlagern.
Produktionsanlage (10, 100) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei der Roboter (26) einen verlagerbaren Verriegelungsbolzen (88) umfasst, der in die erste Durchgangsbohrung (68) und die erste Antriebswellenbohrung (70) einbringbar ist.
Produktionsanlage (10, 100) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Anschlussabschnitt (26) einen sich von einer Stirnfläche (34) eines Rahmenabschnitts aus in axialer Richtung erstreckenden Kreisring (32) mit einem daran ausgebildeten Flansch (30) umfasst, wobei der Kreisring (32) und der Flansch (30) eine axiale Ausnehmung (36) umfassen, über die ein Abschnitt der Antriebswelle (56) in den Anschlussabschnitt (26) einbringbar ist, um die Antriebswelle (56) mit der antreibenden Welle (28) zu verbinden.
Produktionsanlage (10, 100) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Produktionsanlage (10, 100) ein Zentriertablett (80, 82) mit einem daran ausgebildeten Zentrierbolzen (86) umfasst, das an einer vorbestimmten Position an der Produktionsanlage (10, 100) anordenbar ist, und wobei die Werkstückträgervorrichtung (50) auf dem Zentriertablett (80, 82) positionierbar ist.