DE2250936A1

DE2250936A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufeinanderfolgenden schweissen von werkstuecken mittels elektronenstrahlen

Info

Publication number: DE2250936A1
Application number: DE2250936A
Authority: DE
Inventors: David Sciaky
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-02-15
Filing date: 1972-10-18
Publication date: 1973-08-23
Also published as: FR2172075A1; US3742365A; DE2250936C2; JPS5232622B2; JPS4892245A; FR2172075B1

Description

DipL'Ing. E E. Finkener
Dipl.-Ing. W. Ernesti David Sciaky

Patentanwälte . _Qhicag0, Illinois

^ie3.l^och.l?.„ USA

Heinridi-König-Strafie 12

Fernsprecher 4 IS 50, 4 23 27

Telegrammadresse: Radtpatent Bothum

72 152

Verfahren und Vorrichtung zum aufeinanderfolgenden Schweißen von Werkstücken mittels Elektronenstrahlen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum aufeinanderfolgenden Schweißen einer Anzahl von Werkstücken mittels Elektronenstrahlen, insbesondere auf ein Abdichtungssystem, mit dem ein eine Elektronenstrahlkanone tragendes Maschinenteil sich in bezug auf eine Vakuumkammer verschieben kann, die mit Einrichtungen versehen ist, durch die der Elektronenstrahl, der in der außen befestigten Kanone erzeugt wird, in die Vakuumkammer eintreten kann, in denen die zu schweißenden Teile befestigt sind.

Es sind schon Versuche mit derartigen Maschinen gemacht worden; die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß die Abdichtungsmittel zwischen den Platten, die sich gegeneinander verschieben, unzureichend waren5 insbesondere unterlagen sie einer schnellen Abnutzung und der Reibwiderstand zwischen den beiden, sich gegeneinander bewegenden Teilen war erheblich und die Abdichtung ungenügend. Eine bekannte Maschine dieser Art ist in.dem US-Patent 3 136 883 beschrieben. Bei Verwendung einer aus einem 0-Eing bestehenden Abdichtung, wie sie in diesem Patent beschrieben wird, führt die Bewegung der gleitenden Platte, die sich parallel zu der 0-fiingdichtung verschiebt, dazu, daß sich die Dichtung aufwirft und zusammenfaltet, wenn sie in Fahrtrichtung der Platte beansprucht wird, so daß bald Undichtigkeiten an der Vorderflanke der Dichtung auf-

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treten. Das Aufwerfen des O-Ringes verursacht einen Widerstand bei der Bewegung der Platte und infolge des Druckes, der am höchsten Punkt der Ringdichtung am größten ist, nutzt sich die Platte ungleichmäßig ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abdichtungsmittel so auszubilden, daß diese Nachteile vermieden werden. Dabei sollen übliche O-Einge benutzt werden, die eine ungewöhnlich hohe Lebensdauer haben und deren Reibwiderstand sich während der Gleitbewegung nicht verändert. Ferner soll die Abdichtung sowohl für eine geradlinige als auch für eine kreisförmige Bewegung der Teile zueinander geeignet sein.

Bei einem Verfahren zum aufeinanderfolgenden Schweißen von Werkstücken mittels Elektronenstrahlen besteht die Erfindung darin, daß das Werkstück in eine Tasche eines in einer ersten Stellung befindlichen Drehtisches gelegt wird, die unter atmosphärischem Druck steht, daß der Tisch über zwei endlose, elastisch biegsame Dichtungen verschoben wird, die in Zickzackform an einer Abdichtungsplatte angebracht sind, wobei eine Dichtung die andere umgibt, und die über ihre gesamte Länge mit dem Drehtisch in Berührung sind, so daß eine Tasche so ausgerichtet und verschoben werden kann, daß sie zunächst innerhalb eines ersten abgedichteten Raumes zwischen den beiden Dichtungen zu liegen kommt, der auf einem Unterdruck gehalten wird, der zwischen dem atmosphärischen Druck und dem Unterdruck liegt, bei dem die Schweißung durchgeführt wird und die Tasche mit dem Werkstück dann in eine zweite Stellung unterhalb einer Elektronenstrahlkanone gebracht wird, so daß es sich innerhalb eines zweiten abgedichteten Raumes befindet, der innerhalb des von der inneren Dichtung abgedichteten Raumes liegt und der unter dem Unterdruck steht, der für das Schweißen erforderlich ist,

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daß ein Elektronenstrahl erzeugt, fokussiert und auf das Werkstück gerichtet wird, um dieses zu schweißen, und daß der Drehtisch anschließend in eine Stellung gebracht wird, in der das Werkstück entfernt werden kann.

Weitere Merkmale der Erfindung, insbesondere der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, auf die sich die Erfindung ebenfalls bezieht, ergeben sich aus den TJnteransprüchen.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer Elektronenstrahlkanone mit einer G-leitdichtung gemäß vorliegender Erfindung,

Figur 2 eine. Draufsicht auf eine Abdichtungsplatte mit einem O-Ring bekannter Bauart,

Figur 3 eine Draufsicht auf eine Abdichtungsplatte gemäß ■ vorliegender Erfindung für eine geradlinige Bewegung ,

Figur 4- eine Elektronenstrahlkanone mit der erfindungsgemäßen Gleitdichtung, bei der' ein Drehtisch für die Zuführung der Werkstücke benutzt wird und · die für hohe Produktionsgeschwindigkeiten Verwendung findet und

F' urpn Einzelheiten des auf Figur 4 dargestellten Dreh-4A und 4B tisches.

Figur 1 zeigt eine typische Elektronenstrahlkanone mit Abdichtungseinrichtungen. Der starre Rahmen Λ dient zur Halterung der nebeneinander liegenden Elektronenstrahl-

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kammern 2 und 3· Die Abdichtungsplatte 8 überdeckt die "beiden Vakuumkammern und ist auf ihrer Oberfläche mit einer Nut versehen, die einen eine durchlaufende, biegsame Dichtung bildenden üblichen O-Ring hält. Die in dem Gehäuse 6 angeordnete Elektronenstrahlkanone stützt sich auf einem Schlitten 7 ab, der sich in Richtung der eingezeichneten Pfeile auf der Abdichtungsplatte 8 verschieben kannο Die Abdichtungsplatte 8 hat über einen Teil ihrer Länge einen Schlitz, durch den der Elektronenstrahl, der durch die Kanone erzeugt wird, in die Vakuumkammern eintreten kann, so daß er auf die zu schweißenden Werkstücke auftrifft. Eine mit einem Motor angetriebene Spindel 11 betätigt den Schlitten 7 für die Kanone, so daß er sich von einem Ende zum anderen Ende bewegen kann. Die Schweißkammern 2 und 3 werden durch Vakuumpumpen 9 und 10 evakuiert. Klemmeiririchtungen für die Werkstücke sind innerhalb der Kammern angeordnet; ferner sind Antriebsmittel 4 und 5 vorgesehen, mit denen das Werkstück innerhalb der Kammern während des Schweißens bewegt werden kann, so daß die Schweißung längs einer vorgegebenen Bahn erfolgen kann. Eine Hochspannungsquelle 12 liefert den notwendigen Strom zum Erzeugen und Beschleunigen des Elektronenstrahls; die für die Betätigung der Maschine erforderlichen Steuereinrichtungen sind in einem Steuergehäuse 13 untergebracht. Bei Inbetriebnahme der Maschine sind die Kammern 2 und 3 zunächst offen, so daß die Werkstücke auf der Werkbank innerhalb der Kammern befestigt werden können. Die Kammern werden dann geschlossen und bis auf den für die Schweißung erforderlichen Unterdruck, der bei etwa 100 Mikron liegt, evakuiert. Anschließend wird die Elektronenstrahlkanone über einem der Werkstücke ausgerichtet und das erste Werkstück geschweißt. Der Schlitten 7 niit der Kanone wird dann über die Abdichtungsplatte so verschoben, daß die Kanone in einer geeigneten Stellung zum Schweißen des Werkstückes in der zweiten

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Kammer ist. Während diese Schweißung durchgeführt wird, wird die erste Kammer geöffnet, wobei der Unterdruck abgelassen wird, das geschweißte Teil entfernt und ein anderes, noch nicht geschweißtes Werkstück auf die Werkbank aufgelegt. Die Kammer wird dann erneut evakuiert und nach Durchführung der Schweißung in der zweiten Kammer der Schlitten mit der Kanone über die Dichtungsplatte 8 so verschoben, daß die Kanone in der richtigen Stellung über dem in der ersten Kammer angeordneten Werkstück ist.

Ein anderer Maschinentyp kann es erforderlich machen, eine durchlaufende Naht mit einer Länge von 75 his 100 cm zu schweißen. In diesem Fall wäre nur eine Vakuumkammer_erforderlich, in die die zu schweißenden Teile eingelegt werden, und der Transportschlitten der Kanone würde sich längs der Gleitdichtungsplatte 8 über die erforderliche Länge von 75 oder 100 cm bewegen.

Figur 2 zeigt eine Ausbildung der Dichtung, wie sie bisher für diese Arbeitsweise benutzt worden ist. Der 0-Ring 14· ist in einer Nut befestigt, die sich über ihre weitaus größere Länge parallel zur Bewegungsrichtung erstreckt. Wenn sich der Transportschlitten der Kanone in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung über die stationäre Abdichtungsplatte 15 bewegt, wird das elastisch biegsame Material, aus dem der O-Ring 14· besteht, nach rechts gedrückt. Das Abdichtungsmaterial wirft sich dabei auf, bildet Falten und schafft Öffnungen, durch die Luft in die Vakuumkamm er eintreten und den Druck innerhalb der Kammer erhöhen kann, so daß die Elektronenstrahlschweißung nicht fortgesetzt werden kann.

Figur 5 zeigt die Ausbildung der Gleitdichtung gemäß vorliegender Erfindung. Dabei wird eine übliche O-Ringdichtung in eine Hut gelegt, die entsprechend der durch

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gestrichelte Linien in Figur 3 angedeuteten Strecke in die Platte eingearbeitet wurde. Wenn der Schlitten 7 mit der Elektronenstrahlkanone sich in Richtung des Pfeiles bewegt, kann sich das Material, aus dem der O-Ring besteht, weder aufwerfen, noch in Falten legen, da die Bewegung des Schlittens 7 immer quer zu dem O-Ring erfolgt. Der O-Ring, der durch die Seiten der für ihn bestimmten Nut zurückgehalten wird, kann sich in dieser Richtung nicht aufwerfen und zusammenschieben, sondern rollt nur leicht zur Seitenwandung der Nut und wird durch diese gehalten. Es wurde gefunden, daß Abdichtungsplatten mit einer zickzackförmigen Nut für den O-Ring, wie sie in Figur 3 dargestellt ist, stoßfrei und gleichmäßig arbeiten und ihre abdichtenden Eigenschaften erhalten, daß sie eine äußerst lange Lebensdauer haben und es ermöglichen, Elektronenstrahlkanonen herzustellen, die betriebssicher und zufriedenstellend ohne außergewöhnliche Wartung während langer Zeiträume arbeiten, so daß das Elektronenstrahlschweißen für Industriezweige mit großem Produktionsausstoß eingesetzt werden kann.

Figur 4· zeigt eine Elektronenstrahlkanone, die zur kontinuierlichen Herstellung von Werkstücken bei hohen Produktionsgeschwindigkeit en Verwendung finden kann. Sie besteht aus einem Drehtisch 16 mit einer Anzahl von abdichtbaren Taschen 17 j die im gleichen Abstand voneinander auf einer Kreislinie in der Nähe der Kante des Tisches liegen und einer Dichtungsplatte gegenüber der sich der Tisch verschiebt, so daß verschiedene Gruppen von Taschen nacheinander in bestimmte Stellungen unterhalb der Dichtungsplatte gebracht werden können. Die mittels Elektronenstrahlen zu schweißenden Teile können an einer geeigneten Befestigung innerhalb der Taschen 17 auf dem Tisch 16 befestigt werden. Der Tisch wird mittels eines automatischen Schaltantriebs 18 gedreht und nacheinander

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von einer Ladestellung In eine erste Vorpumpstellung und dann durch einen zweiten Pumpraum, in dem die Tasche auf den für das Schweißen geeigneten Unterdruck evakuiert wird, in eine Stellung unterhalb der Elektronenstrahlkanone 19 gebracht, in der die Schweißung durchgeführt wird, während der Schaltantrieb abgeschaltet ist. Das Werkstück durchläuft dann einen Bereich, in dem das Vakuum teilweise abgelassen wird und gelangt schließlich in die Entladestellung, wo es aus der Maschine entfernt wird.

Die 0-Ringdichtungen sind an der Abdichtungsplatte 22 angeordnet; sie haben die durch die gestrichelten linien auf Figur 4B angedeutete Form, so daß zwei getrennte Bäume zwischen dem Tisch 16 und der Abdichtungsplatte 22 gebildet werden, und zwar ein innerer Raum, durch die innere Dichtung 23 und ein zweiter Raum zwischen der inneren Dichtung 23 und der äußeren Dichtung 24. Der innere O-Ring ist zickzackförmig ausgebildet und dichtet den Bereich rund um die Tasche ab, die das unterhalb der Elektronenstrahlkanone angeordnete Werkstück enthält. Die zweite äußere Dichtung 24 ist ebenfalls zickzackförmig und dichtet den Raum ab, der die erste Dichtung 23 umgibt. Die Dichtungsplatte 22 ist mit einer ersten Pumpeinrichtung über eine öffnung 25 in der Dichtungsplatte und eine Leitung 21 verbunden, über die die Tasche 17, die sich in der Torpumpstellung befindet, teilweise evakuiert wird. Eine zweite Pumpeinrichtung evakuiert über das Rohr 20 und eine zweite Öffnung 26 in der Abdichtungsplatte den Raum, der durch die innere Dichtung 23 eingeschlossen wird. Die Elektronenstrahlkanone wird über einer dritten Öffnung 27. in der Abdichtungsplatte angeordnet, durch die der Elektronenstrahl durchtreten kann und so .gehalten und abgedichtet, daß die Tasche mit dem Werkstück, die sich unmittelbar unterhalb der Kanone befindet, ohne Schwierigkeiten auf einem Unterdruck von etwa 50 bis 100 lUkron gehalten werden kann.

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Figur 4-A ist ein Querschnitt an der Schweißstelle durch einen Abschnitt des Drehtisches 16; sie zeigt eine der abdichtbaren Taschen 17 und das Werkzeug 28, das dazu benutzt wird, die Teile 29 und 30, die geschweißt werden sollen, zu halten. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Schweißnaht längs der kreisförmigen Bahn 32 gelegt, die die Verbindung zwischen den Teilen 29 und 30 darstellt. Der Elektronenstrahl 31 durchläuft den kreisförmigen Weg 32 durch Betätigung bekannter, hierfür geeigneter Einrichtungen zur Ablenkung des Elektronenstrahls, die mit der Elektronenstrahlkanone verbunden sind. Das abgedichtete Gehäuse 33 der Kanone wird in der Bohrung 27 der Abdichtungsplatte 22 befestigt und gegenüber der Abdichtungsplatte mittels nachgiebiger Dichtungen 34 abgedichtet, so daß der Raum unterhalb der Kanone unter dem gewünschten Gasdruck gehalten werden kann.

Mit Hilfe dieser Abdichtungsplatte wird der kleine innere Raum, der die Tasche mit dem Werkstück enthält, das geschweißt werden soll, abgedichtet und evakuiert und der zweite Raum, der den ersten Raum umgibt und ebenfalls zwischen der Abdichtungsplatte und dem Drehtisch liegt, wird auf einem geringfügig höheren Druck gehalten, der zwischen dem atmosphärischen Druck und dem Druck liegt, der an der Schweißstelle erforderlich ist. Durch die neue zickzackförmige Ausgestaltung der biegsamen Dichtung, die dazu benutzt wird, die Dichtungsplatte gegenüber dem Drehtisch abzudichten, ist es möglich, den Drehtisch kontinuierlich äußerst lange laufen zu lassen, ohne daß eine übermäßige Abnutzung der Dichtungsmittel festgestellt werden konnte. Aufwerfungen und Falten des O-Ringes wurden vermieden; die Maschinen können zum Elektronenstrahlschweißen für Werkstücke mit hohen Produktionsziffern in wirtschaftlicher Weise eingesetzt werden.

Patentansprüche 309834/0757

Claims

Patentansprüche
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' 1./ Verfahren zum aufeinanderfolgenden Schweißen von Werkstücken mittels Elektronenstrahlen, dadurch· gekennzeichnet , daß das Werkstück in eine Tasche eines -in einer ersten Stellung befindlichen Drehtisches gelegt wird, die unter atmosphärischem Druck steht, daß der Tisch über wenigstens zwei endlose, elastisch biegsame Dichtungen verschoben wird, die in Zickzackform an einer Abdichtungsplatte angebracht sind, wobei eine Dichtung die andere umgibt, und die über ihre gesamte Länge mit dem Drehtisch in Berührung sind, so daß eine Tasche so ausgerichtet und verschoben werden kann, daß sie zunächst innerhalb wenigstens eines abgedichteten Raumes zwischen zwei Dichtungen zu liegen kommt, der auf einem Unterdruck gehalten wird, der zwischen dem atmosphärischen Druck und dem Unterdruck liegt, bei dem.die Schweißung durchgeführt wird und die Tasche mit dem Werkstück dann in eine weitere Stellung unterhalb einer Elektronenstrahlkanone gebracht wird, so daß es sich innerhalb eines abgedichteten Eaumes befindet, der innerhalb des von der inneren Dichtung abgedichteten Raumes liegt und der unter dem Unterdruck steht, der für das Schweißen erforderlich ist, daß ein Elektronenstrahl erzeugt, fokussiert und auf das Werkstück gerichtet wird, um dieses zu schweißen, und daß der Drehtisch anschließend in eine Stellung gebracht wird, in der das Werkstück entfernt werden kann.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Drehtisch (16), einer Abdichtungsplatte (22), abdichtbären Taschen (17), die in gleichen Entfernungen voneinander längs einer Kreislinie in der Nähe der äußeren Kante des Drehtisches (16) angeordnet sind, innerhalb der Taschen (17) angebrachten Einrichtungen (28) zum Halten der bei

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Unterdruck zu schweißenden Werkstücke, Einrichtungen zum schrittweisen Drehen des Drehtisches gegenüber wenigstens zwei durchlaufenden biegsamen Dichtungen (23» 24), die in Zickzackform an der Abdichtungsplatte befestigt sind, wobei eine Dichtung die andere umgibt und wenigstens zwei abgedichtete Bäume zwischen dem Tisch und der Abdiqhtungsplatte gebildet werden, Einrichtungen, mit denen die Taschen (17) in eine Stellung gebracht werden können, in der sie innerhalb eines Baumes liegen, in dem ein gewünschter Unterdruck herrscht, während wenigstens eine weitere Tasche sich innerhalb eines Baumes befindet, der auf einem Unterdruck gehalten wird, der zwischen dem atmosphärischen Druck und dem Unterdruck liegt, bei dem die Schweißung durchgeführt wird, wobei die Tasche teilweise evakuiert ist, Einrichtungen zum Ziehen eines Vakuums in den Bäumen, zum Erzeugen, Fokussieren und Ablenken eines Elektronenstrahls, sowie einem Schaltantrieb besteht, mit dem die Taschen nacheinander während eines vorbestimmten Zeitabschnittes in eine Stellung unterhalb des Elektronenstrahls gebracht werden können.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtungseinrichtungen zwischen der Abdichtungsplatte (22) und dem Drehtisch (16), die sich gegeneinander verschieben, aus wenigstens zwei endlosen elastisch biegsamen Dichtungen (23 > 24) bestehen, die in einer Ebene der feststehenden Abdichtungsplatte (22) so angeordnet sind, daß eine Dichtung (23) vollständig innerhalb der nächst größeren Dichtung (24) angeordnet ist, so daß mindestens zwei getrennt voneinander abgedichtete Bäume zwischen der inneren Dichtung, der feststehenden Abdichtungsplatte und dem Drehtisch und zwischen den benachbarten Dichtungen, der Abdichtungsplatte und dem Drehtisch gebildet werden, wobei die Dichtungen so angeordnet sind, daß sie nicht als Tangente zu einer Linie

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parallel zur Versehiebungsrichtung des Drehtisches verlaufen, ausgenommen an den Punkten, an denen sich die Sichtung der Dichtung quer zur Bewegungsrichtung umkehrt.
4-. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3> dadurch gekennzeichnet, daß die abgedichteten Räume an getrennte ■Vakuumpumpen angeschlossen sind.
5. Torrichtung nach-den Ansprüchen 2 "bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume unter verschiedenen Unterdrucken gehalten werden, wobei in dem äußeren Raum "bzw. den äußeren Räumen der höhere Druck herrscht.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die biegsamen Dichtungen (23, 24-) in Zickzackform verlaufen.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei endlose Dichtungen vorhanden sind, die zwei abgedichtete Räume bilden«
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in dem innen liegenden Raum etwa 50 Mikron beträgt,, während der Druck in dem' äußeren Raum zwischen den beiden Dichtungen (23, 24) auf einem Druck gehalten wird, der zwischen 50 Mikron und atmosphärischem Druck liegt.

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