DE3140001C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Elektronenbestrahlen von Werkstücken - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkstückaufnahme- und -Wechselvorrichtung für in einer Elektronenstrahlbearbeitungsanlage unter Vakuum zu bearbeitende Werkstücke. Um eine rationellere Bearbeitung der Werkstücke zu ermöglichen, ist eine koaxial über einem Drehtisch (16) angeordnete und von diesem vermittels Reibschluß in Umdrehungen versetzbare Werkstückaufnahmeplatte (10) vorgesehen, in der gleichmäßig beabstandet auf einem Kreisbogen liegend Werkstückaufnahmen (12) angeordnet sind. Die Werkstückaufnahmen (12) sind als in der Werkstückaufnahmeplatte (10) drehbar gelagerte und von der mit dem Drehtisch (16) rotierenden Achse (15) antreibbare Achsen ausgebildet.

Description

a) Einbringen einer Mehrzahl von Werkstücken auf rings am Umfang einer mit dem Drehtisch (16) verbundenen Werkstückaufnahmeplatte (10) gleichmäßig beabstandet und auf einem Kreisbogen liegend angeordnete, um die eigene Achse drehbare Werkstückaufnahmen (12), deren eine gegenüber dem Elekronenstrahlsender angeordnet ist;

b) Schließen und Evakuierung der Vorrichtung;

c) Bestrahlen des Werkstücks auf der Werkstückaufnahme (12), die dem Elekronenstrahlsender gegenüberliegt, bei gegen Drehung arretierter Werkstückaufnahmeplatte und zugleich Drehung der Werkstückaufnahme (12);

d) Weiterdrehung der Werkstückaufnahmeplatte (10) bis die nächste Werkstückaufnahme (12) dem Sender gegenüberliegt und Arretierung der Werkstückaufnahmeplatte;

e) Wiederholung der Schritte c) und d) bis das letzte Werkstück bestrahlt ist;

f) Öffnen der Vorrichtung und Herausnahme der Werkstücke.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 in einer Vakuumkammer, mit darin angeordnetem Elekronenstrahlsender und einem rotierbaren Drehtisch zur Aufnahme von Werkstükken, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial über dem Drehtisch (16) angeordnet und von diesem vermittels Reibschluß in Umdrehungen versetzbar die Werkstückaufnahmeplatte (10) vorgesehen ist, in der gleichmäßig beabstandet auf einem Kreisbogen (11) liegend, Werkzeugaufnahmen (12) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückaufnahmen (12) als in der Werkstückaufnahmeplatte (10) drehbar gelagerte und von der mit dem Drehtisch (16) rotierenden Achse (15) antreibbare Achsen ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Werkstückaufnahme (12) eine Riemenscheibe (13) befestigt ist, und daß der Antrieb der Werkstückaufnahmen (12) vermittels Riemen (14,14') erfolgt, die ihrerseits von auf der Achse (15) aufgesetzten Riemenscheiben (13') angetrieben werden.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt sechs Werkstückaufnahmen (12) vorgesehen sind und daß jeweils drei dieser Werksiückaufnahmen gemeinsam von einem ihnen zugeordneten Riemen (14, 14') angetrieben werden.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die drehbar gelagerte Werkstückaufnahmeplatte (tO) trotz fortlaufender Rotation des Drehtisches (16) zumindest zeitweilig an einer Drehbewegung zu hindern.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verhin-

derung der Drehbewegung der Werkstückaufnahmeplatte (10) eine kreisringförmig ausgebildete, mit der Werkstückaufnahmeplatte (10) drehfest verbundene Platte (17) umfassen, in deren Mantelfläche (20) Ausnehmungen (18) eingelassen sind, in die der Stößel (21) eines von außerhalb des Vakuumraums betätigbaren Hubmagnets (22) einrastet

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Werkstückaufnahme (12) je eine Ausnehmung (18) zugeordnet ist und daß die jeweils einander zugeordneten Werkstückaufnahmen (12) und Ausnehmungen (18) auf dem gleichen Radius liegend angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine unter Vakuum zu betreibende Vorrichtung zum Bestrahlen von Werkstücken mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

In einer bekannten Elekronenstrahlbearbeitungsanlage lassen sich beispielsweise hochwerte Schweißnähte zur Verbindung metallischer Teile, wie beispielsweise Getriebezahnräder und deren Achsen herstellen. Die zu verbindenden Werkstücke werden dazu in eine evakuierbare Kammer eingebracht und dort nach Herstellen eines bestimmten Unterdrucks in vorgebbarer Weise mit einem energiereichen Elektronenstrahl beaufschlagt In an sich bekannter Weise sind sowohl die Position als auch die Fokussierung des Elektronenstrahls von außerhalb der Vakuumkammer einstellbar. Insbesondere bei rotationssymmetrischen Werkstücken hat es sich als zweckmäßig erwiesen, nach eingangs erfolgter Justierung des Elektronenstrahls nach Beschikkung der Vakuumkammer mit einem zu bearbeitenden Werkstück die Position des Elektronenstrahls unverändert zu belassen und das zu bearbeitende Werkstück während des Bearbeitungsvorgangs in Rotation zu versetzen.

Auf der dabei vom Elektronenstrahl bestrichenen Fläche des Werkstücks findet der Schweißvorgang statt. Um eine derartige Rotation des zu bearbeitenden Werkstücks herbeiführen zu können, verfügt eine bekannte Elekronenstrahlbearbeitungsanlage über einen in der Vakuumkammer rotierenden Drehtisch, der von einem außerhalb der Vakuumkammer angeordneten Elektromotor antreibbar ist.
Bei der bekannten Elektronenstrahlbearbeitungsanlage ist es nachteilig, daß immer nur ein Werkstück nacheinander bearbeitbar ist und zur Bearbeitung weiterer Werkstücke die Vakuumkammer jeweils erst belüftet und mit einem weiteren Werkstück beschickt werden muß, bevor dieses nach Herstellung des erforderlichen Unterdrucks mit dem Elektronenstrahl bearbeitet werden kann. Insbesondere bei einer Vielzahl von kleineren zu bearbeitenden Werkstücken führt dies zu hohen Zeitverlusten und Kosten, da bis zur Herstellung des jeweiligen Unterdrucks erhebliche Zeit verstreicht.

Es sind zwar aus der GB-PS 10 31 689 und der US-PS 37 31 052 statt intermittierend zu betreibender kontinuierlich zu beschickende Elektronenstrahlbearbeitungsanlagen bekannt. Bei diesen Anlagen ist jedoch mit fest eingestelltem Elektronenstrahl jeweils nur eine pvinktweise und keine flächenweise Bestrahlung des Werkstücks möglich, da das Werkstück ruhend im Behälter untergebracht ist und der Behälter nicht gedreht werden kann. Außerdem muß jeder Behälter nacheinander

an die Vakuumkammer herangebracht und an diese angeschlossen und evakuiert werden. Um das zu ermöglichen ist nach der GB-PS 10 31 689 ein sehr aufwendiger Antrieb mit einer Vielzahl von Antriebsmittel.!, Steuerungsmitteln u.dgl. erforderlich. Nach der US-PS 37 31 G52 ist ein ständiges Absaugen von Außenluft erforderlich und trotzdem keine vollständige Abdichtung möglich. Außerdem bedingt die an Dichtringen schleifende Drehtischplatte einen erheblichen Verschleiß.

menantriebs. Dazu ist auf jeder Werkstückaufnahme 12 eine Riemenscheibe 13 befestigt, zur Führung eines Riemens 14,14', die ihrerseits von auf der Achse 15 aufgesetzten Riemenscheiben 13' angetrieben werden. In dem in der Zeichnung erJäuterten Ausführungsbeispiel ist der Antrieb derart aufgeteilt, daß je ein Riemen 14, 14' die Hälfte der insgesamt sechs vorgesehenen Werkstückaufnahmen 12 antreibt. Besonders zweckmäßig erweisi sich die Verwendung von Zahnriemen, da hierbei

di dhb l

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das io Schlupf vermieden werden kann. Um die drehbar gela-

eingangs beschriebene intermittierend arbeitende Verfahren und die zu ihrem Betrieb dienende Vorrichtung unter Vermeiden der vorstehend genannten Nachteile derart zu verbessern, daß bei unveränderter Position des Elektronenstrahls eine flächenmäßige Bestrahlung mehrerer, insbesondere kleiner Werkstücke nacheinander innerhalb einer evakuierten Vorrichtung unter Vermeidung aufwendiger Antriebsmittel bei möglichst kurzer Beschickungs-, Evakuierungs- und Bestrahlungszeit erreicht wird.

Die zur Lösung der gestellten Aufgabe notwendigen Merkmale der Erfindung sind im Patentanspruch 1 genannt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 in teilweiser Schnittdarstellung eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

F i g. 2 eine Aufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung gem. Fig. 1.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine wesentlich effektivere Bearbeitung, insbesondere volumenmäßig kleinerer zu bearbeitender Werkstücke, die raummäßig gesehen in einer Mehrzahl gleichzeitig in der Vakuumkammer untergebracht werden können, dadurch erzielbar ist, daß in einem Beschickungsgang jeweils eine Mehrzahl dieser Werkstücke in die zur Bearbeitung dienende Vakuumkammer eingebracht werden und dort in zeitlich aufeinanderfolgender Reihe dem Elektronenstrahl zur Bearbeitung zugeführt werden. Auf besonders vorteilhafte Weise wird dies ohne aufwendigen Eingriff in ohnehin vorhandene Antriebsmittel erreicht.

Bei der Darstellung der Erfindung in den Zeichnungen sind alle für das Verständnis der Erfindung notwendigen Bestandteile der Elektronenstrahlbearbeitungsanlage weggelassen worden. Alle Teile der erfindi;ngsgemäßen Vorrichtung befinden sich innerhalb der Vagerte Werkstückaufnahmeplatte 10, die vermittels Reibschluß vom Drehtisch 16 in Umdrehungen versetzbar ist, trotz fortlaufender Rotation des Drehtisches 16 zumindest zeitweilig an einer Drehbewegung zu hindern, ist eine kreisringförmig ausgebildete und mit der Werkstückaufnahmeplatte 10 drehfest verbundene Platte 17 vorgesehen, in deren Mantelfläche 20 Ausnehmungen 18 eingelassen sind, in die der Stößel 21 eines von außerhalb des Vakuumraums betätigbaren Hubmagnets 22 einrastet.

Je eine Ausnehmung 18 ist dabei jeder Werkstückaufnahme 12 derart zugeordnet, daß Werkstückaufnahme und Ausnehmung auf dem gleichen Radius angeordnet sind. Nach Beschickung der Werkstückaufnahmen 12 mit zu bearbeitenden Werkstücken ist zunächst der Stößel 21 des Hubmagnets 22 nicht im Eingriff mit einer der Ausnehmungen 18 in der Mantelfläche 20 der Platte 17. Dadurch kann der rotierende Drehtisch 16 in Folge des Reibschlusses die Werkstückaufnahmeplatte 10 in Rotation versetzen, bis eine der vorhandenen Werkstückaufnahmen 12 mit dem darauf angeordneten zu bearbeitenden Werkstück unter den Elektronenstrahl zu liegen kommt. Diese Lage ist durch die Ausnehmungen 18 bestimmt, in die der Stößel 21 des Hubmagnets 22 nunmehr einrastet. Bei Einrastung des Stößels 21 in die Ausnehmung 18 wird nunmehr der Drehbewegung des Drehtisches 16 ein so hoher Widerstand entgegengesetzt, daß der Reibschluß nicht mehr ausreicht, um trotz rotierendem Drehtisch 16 die Werkstückaufnahmeplatte 10 weiter in Umdrehungen zu versetzen. Nach Einrasten des Stößels 21 des Hubmagnets 22 wird demzufolge die Werkstückaufnahmeplatte 10 in eine Ruhelage versetzt, während der Drehtisch 16 und die mit ihm drehfest verbundene Achse 15 weiter rotiert. Dabei werden vermittels der Riemen 14, 14' auch die Werkstückaufnahmen 12 mit den darauf angeordneten zu bearbeitenden Werkstücken in Umdrehungen versetzt. Jeweils eine der Werkstückaufnahmen 12 mit darauf angeordnetem Werkstück ist unmittelbar unter dem hier in

kuumkammer und werden dort dem für die Bearbeitung so den Figuren nicht dargestellten Elektronenstrahl posinolwendigen Unterdruck ausgesetzt. tiomert, so daß bei Beaufschlagung des rotierenden

Auf einem Drehtisch 16 und von diesem vermittels Reibschluß antreibbar, ist eine Werkstückaufnahmeplatte 10 aufgesetzt, in der gleichzeitig beabstandet iuf einem Kreisbogen 11 liegend Werkstückaufnahmen 12 angeordnet sind. Die Werkstückaufnahmen 12 sind als in der Werkstückaufnahme 10 drehbar gelagerte Achsen ausgebildet, auf die bei der Beschickung der Elektronenstrahlbearbeitungsanlage die im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildeten Werkstücke, z. B. Getriebezahnräder ggf. unter Zuhilfenahme eines Adapters aufgesteckt werden können. Selbstverständlich können die Werkstückaufnahmen 12 fallweise an die besondere Gestalt der jeweils zu bearbeitenden Werkstücke angepaßt werden. Die drehbar gelagerten Werkstückaufnahmen 12 sind von der mit dem Drehtisch 16 fest verbundenen und mit diesem umlaufenden Achse 15 antreibbar, und zwar vorzugsweise mittels eines Rie-Werkstücks mit dem Elektronenstrahl die gewünschte Bearbeitung, beispielsweise die Verschweißung eines Zahnrades mit einer Achse stattfindet.

Sobald dieser Bearbeitungsvorgang an einem Werkstück beendet ist, wird der Hubmagnet 22 erneut betätigt, derart, daß der Stößel 21 des Hubmagnets 22 aus seiner zunächst eingenommenen Position in einer der Ausnehmungen 18 ausrastet, mit der Folge, daß — verursacht durch den Reibschluß zwischen Werkstückaufnahmeplatte ΐθ und Drehtisch 16 — sich bei kontinuierlich fortdrehendem Drehtisch 16 die Werkstückaufnahmeplatte 10 erneut wieder zu rotieren beginnt. Diese Rotationsbewegung dauert solange an, bis der Stößel 21 des Hubmagnets 22 in die nächstfolgende Ausnehmung 18 der Mantelfläche 20 der kreisringförmigen Platte 17 einrastet, wodurch die nächste Werkstückaufnahme 12 mit dem darauf angeordneten Werkstück zum Zwecke

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der Bearbeitung unter dem Elektronenstrahl positioniert ist. Die Drehbewegung der Werkstückaufnahmeplatte 10 ist damit wiederum beendet, während — wie bereits zuvor beschrieben — das jetzt zu bearbeitende Werkstück über die Riemen 14, 14' von der Achse 15 angetrieben rotiert. Der zuvor beschriebene Vorgang läuft so oft ab, bis alle auf den Werkstückaufnahmen 12 angeordneten Werkstücke bearbeitet sind. Dann erfolgt in üblicher Weise die Belüftung der Vakuumkammer und die Entnahme der fertig bearbeiteten Werkstücke. Im Anschluß daran kann die Bearbeitungskammer wiederum mit einem vollständigen Satz zu bearbeitender Werkstücke beschickt werden.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung, die im übrigen recht einfach und zweckmäßig konstruiert ist, so daß auch bereits in Betrieb befindliche Elektronenstrahlbearbeitungsanlagen auf einfache Weise nachgerüstet werden können, eine erhebliche Zeitersparnis ermöglicht und daher zur Senkung der Produktionskosten beiträgt. 20 I

Dabei werden zudem aufwendige Eingriffe in die in der Regel bei der Elektronenstrahlbearbeitungsanlage vorhandenen Antriebsmittel vermieden.

Bezugszeichenliste

10 Werkstückaufnahmeplatte

11 Kreisbogen

12 Werkstückaufnahme

13,13' Riemenscheibe 14,14' Riemen

15 Achse

17 Platte

18 Ausnehmung

16 Drehtisch

20 Mantelfläche

21 Stößel

22 Hubmagnet

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

40

45

50

55

60

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Elektronenbestrahlen von Werkstücken in einer unter Vakuum zu betreibenden Vorrichtung mit einem Elekronenstrahlsender und einem rotierbaren Drehtisch, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte