DE3146041A1

DE3146041A1 - "positioniereinrichtung fuer werkstuecke innerhalb einer vakuumkammer"

Info

Publication number: DE3146041A1
Application number: DE19813146041
Authority: DE
Inventors: John Richard Willimatic Ct. Naumec
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1980-11-21
Filing date: 1981-11-20
Publication date: 1982-08-05
Also published as: US4406180A; JPS57114345A; GB2087766A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Positioniereinrichtung für Werkstücke innerhalb einer Vakuumkammer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1„

Es sind bereits eine Vielzahl von Positioniereinrichtungen bekannt. Derartige Positioniereinrichtungen dienen zum sequentiellen Positionieren von Teilen in bezug auf einen vorgegebenen Punkt. Dabei ergeben sich jedoch besondere Schwierigkeiten, wenn eine Positionierung innerhalb einer Elektronenstrahlkammer unter den darin herrschenden rauhen Bedingungen vorgenommen werden muß. Das Vorhandensein eines hohen Vakuums macht dabei die Konstruktion nicht nur kompliziert, sondern die betreffende Vorrichtung muß dabei auch so ausgelegt sein, daß sie die Hitze und die während des Bohrvorgangs auftretenden Metallspritzer verträgt.

Beim Bohren von kleinen Bohrungen auf der Oberfläche von aus speziellen Materialien hergestellten Turbinenblättern ergibt sich eine Erhöhung der Komplexität des Verstellvorgangs. Der Grund liegt in der assymetrischen Konfiguration derartigen Turbinenblätter, wobei es in der Regel wünschenswert erscheint, die Bohrungen senkrecht zur Werkstücksoberfläche zu bohren, wobei dieselbe oft in drei Dimensionen gekrümmt ist. Aus praktischen Erwägungen heraus kann der Abstrahlwinkel des Elektronenstrahls bei einer Elektronenstrahlbohrvorrichtung nur geringfügig verstellt werden. Um somit an einem Turbinenblatt eine Reihe von Bohrungen anzubringen, muß dasselbe entlang dieser Reihe translatorisch versetzt werden« Um jedoch mehr als eine einzige Reihe von Bohrungen innerhalb des Turbinenblattes vorzusehen, muß eine Einrichtung vorgesehen sein, mit welcher das Turbinenblatt seitlich in bezug auf die Reihe von Bohrungen versetzt wird. Das Werkstück muß schließlich noch

3148041

in bezug auf die Achse des Elektronenstrahls verdreht werden, damit der Winkel einer bestimmten Bohrung bzw. eines Teils einer Reihe von Bohrungen eingestellt werden kann. Falls innerhalb der Behandlungskammer gleichseitig ein© Mehrzahl von Turfoinenblättern aingeestgt werden«. muß schließlich eine Einrichtung vorgesehen sein? mit welcher die einseinen Turbinenblätter in den Pfad des Elektronenstrahls bewegt werden können» Wenn demzufolge eine Mehrzahl von Werkstücken gleichzeitig unter Verwendung eines komplizierten Bohrmusters bearbeitet x^erden, müssen eine Vielzahl von mechanischer Bewegungen vorgesehen sein, was in der Regel zu Anordnungen führt, die relativ komplex aufgebaut sind und demzufolge unzuverlässig arbeiten=

Eine weitere Anforderung beim Durchführen von Bohrungen bei Turbinenblättern ist die erforderliche Genauigkeit. Bei einem Turbinenblatt mag es dabei beispielsweise erforderlich sein, Bohrungen mit Durchmessern zwischen 0,45 und 1 mm in Abständen von 1,753 £ 0,254 mm anzubringen, wobei.die Bohrachsen nicht mehr als O₇I⁰ abweichen dürfen.

Es sind bereits eine Vielzahl von Positioniereinrichtungen bekannt, bei welchen eine Drehbewegung vorgenommen wird. Entsprechend der US-PS 3 532 009 erfolgt eine Drehbewegung bis in die Nominalposition mit Hilfe einer Positionierklinke, worauf eine Feineinstellung mit Hilfe eines zweiten unabhängig betätigten PositionierStiftes erfolgt. Entsprechend der US-PS 2 985 032 ist eine komplizierte Verriegelungs- und Klinkeinrichtung vorgesehen= Die US-PS 2 968 zeigt hingegen einen kettenbetätigbaren drehbaren Tisch, bei welchem die Nominalpositioa mit Hilfe einas federbeauf-

3H6041

schlagten Stiftes erreicht wird. Das Zurückziehen des Stiftes erfolgt mit Hilfe eines Gestänges, das durch denselben Antriebskolben betätigt wird wie der Antrieb für die Kette. Die obengenannten Positioniereinrichtungen haben jedoch alle den Nachteil, daß sie aus einer großen Anzahl von einzelnen Elementen aufgebaut sind. Bei Verwendung innerhalb einer Vakuumkammer erweist es sich jedoch als wünschenswert, daß die Anzahl von einzelnen Elementen reduziert wird, daß die Anzahl der Betätigungsglieder und Betätigungsstangen klein gehalten wird und daß die Antriebselemente außerhalb der Kammer angeordnet werden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Positioniereinrichtung für Werkstücke innerhalb einer Vakuumkammer zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau zufriedenstellend arbeitet.

Erfindungsgemäß wird dies durch Vorsehen der im. kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale erreicht.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist eine Mehrzahl von Anordnungen drehbar und translatorisch verschiebbar innerhalb einer Vakuumkammer angeordnet. Jede Anordnung umfaßt dabei eine drehbare Schreibe für die Aufnahme eines Turbinenblattes. Dabei sind Einrichtungen vorgesehen, um diese Schreiben in bezug auf eine vorgesehene Basisplatte zu verstellen, wobei sich.Positionen ergeben, die den Reihen von Bohrungen innerhalb der Turbinenblätter entsprechen. Ferner ist eine Einrichtung vorhanden, mit welcher die Schreiben in einer genauen Position verriegelt werden können.

3H6041

Bei jeder Anordnung bewirkt ein einziges Antrlefoselement die Drehung und Verriegelung der Scheiben- Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform besteht das einzige Äntriebselement aus einer translatorisch verschiebbaren Zahnstange» Der Antrieb dieser Zahnstangen erfolgt dabei mit Hilfe von entsprechenden Zahnrädern, die wiederum von einem zentralen Zahnrad angetrieben werden* deren Welle durch die Wandung der Vakuumkammer hindurchgeführt ist.

Die Bewegung des mittigen Zahnrades und der damit kämmenden Zahnräder bewirkt nicht nur eine Drehung der Scheiben sondern auch das Hineinschieben und Herausziehen eines Verriegelungsstiftes, welcher die Position der Schreibe genau festlegte Zu diesem Zweck ist jede Scheibe entlang ihrer Peripherie mit einer Anzahl von Zähnen sowie Präzisionsausnehmungen versehen. Die Anzahl von Zähnen und Ausnehmungen entspricht dabei der Anzahl von Reihen von Bohrungen, welche innerhalb des Werkstückes gebohrt werden müssen,, Die einzelnen Zahnstangen sind dabei in der Nähe der jeweiligen Schreiben an der entsprechenden Basisplatte befestigt, über ein Gestänge sind die einzelnen Zahnstangen mit entsprechenden konisch ausgebildeten Verriegelungsstiften verbunden, welche selektiv in die entlang der Peripherie der Scheiben angeordnete Bohrungen eingeschoben werden können» Sobald die Zahnstange bewegt wird, xtrird der Verriegelungsstift von der Schreibe zurückgezogen, so daß eine Entriegelung erfolgt ο Eine weitere Verschiebung der Zahnstange bewirkt dann,daß eine federbeaufschlagte Klinke mit einem der Zähne an. der Peripherie der Schreibe in Eingriff gelangt, so daß auf diese Weise die Schreibe in eine neue Nominal-Indexposition verschwenkt wird. In der Folge wird dann

das mittige Zahnrad in der entgegengesetzten Richtung angetrieben, wodurch die Zahnstange in entgegengesetzter Richtung bewegt wird. Die einzelnen Klinken verlieren dabei ihren Eingriff mit den entsprechenden Scheiben und die Zahnstangen-und Klinkenanordnungen kehren in ihre Ausgangspositionen zurück ohne weiteren Eingriff mit den Scheiben. Die Zurückführung der Zahnstangen bewirken jedoch, daß die Verriegelungsstifte mit den nächsten Ausnehmungen entlang der Peripherie der Scheiben in Eingriff gelangen. Diese Verriegelungsstifte sind dabei im vorderen Bereich konisch ausgelegt. Beim Einschieben des Verriegelungsstiftes in eine Ausnehmung wird somit die jeweilige Scheibe genau positioniert, in welcher Position dann ebenfalls eine Verriegelung durch den Eingriff mit dem Verriegelungsstift erreicht werden. Die einzelnen Stationen werden somit gleichzeitig entriegelt, in eine nominale neue Position verschwenkt, genau positioniert und erneut verriegelt. Diese Wirkung wird durch eine einfache Drehung zuerst in der einen Richtung und dann in der entgegengesetzten Drehrichtung einer Welle erreicht, auf welcher das mittige Zahnrad aufgesetzt ist. Die Drehung dieser Welle kann auf verschiedene Weise hervorgerufen werden. Zweckmäßigerweise wird dazu ein Drehluftzylinder verwendet, welcher mit einem entsprechenden Steuersystem verbunden ist.

Um mehrere Reihen von Bohrungen innerhalb eines Werkstückes bohren zu können, werden die einzelnen Turbinenblätter identisch auf den Scheiben befestigt, welche alle am Anfang in ihre Nullposition gebracht werden. In der Folge wird dann eine Reihe von Bohrungen in den einzelnen Turbinenblättern eingebracht, indem entsprechend einem vorgesehenen Programm die Basisplatte rotiert und translator!sch

bewegt wird= In der Folge wird dann die Drehung der Basisplatte unterbrochen und die oben beschriebene Po- ■■ sxtioniereinrichtung verwendet, um die einzelnen Turbinenblätter in eine zweite Position-zu bewegen» In der Folge wird dann das Bohren der zweiten Reihe von Bohrungen durchgeführt,indem die Basisplatte verdreht und translatorisch bewegt wird, was in analoger Weise wie beim Bohren der ersten Reihe von Bohrungen erfolgt. Das Bohren weiterer Reihen erfolgt dann in analoger Weise.

Ein besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß innerhalb der Vakuumkammer nur mechanische Elemente vorgesehen sind und daß somit die Positioniereinrichtung sehr zuverlässig arbeitet. Da...ferner nur eine einzige Betätigungswelle durch die Wandung der Kammer hindurchgeführt ist, ergeben sich keine Schwierigkeiten bei der Aufreehterhaltung des Vakuums innerhalb dieser Kammer.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich anhand der Unteransprüche.

Die Erfindung soll nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine seitliche Ansicht teilweise im Schnitt einer Elektronenstrahlvorrichtung, welche mit einer Positioniereinrichtung gemäß der Erfindung versehen ist,

Fig. 2 eine Stirnansicht entlang der Linie 2-2 von Fig. 1,

3H6041

- ίο -

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer einzelnen Positionierscheibe von Fig. 2,

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht einer einzelnen Station von Fig. 2,

Fig. 5 bis 7, Ansichten teilweise im Schnitt entlang der Linien 5-5,. 6-6 und 7-7 von F.ig. 4,

Fig. 8 eine schematische Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Teils der Elektronenstrahlbohrvorrichtung von Fig. 1 und

Fig. 9 eine Schnittansicht entlang der Linie 9-9 von Fig. 8.

Die vorliegende Erfindung soll nunmehr anhand einer Elektronenstrahlbohrvorrichtung in Verbindung mit Turbinenblättern beschrieben werden. Es ist jedoch einleuchtend, daß die Erfindung ebenfalls für andere Herstellungsvorgänge verwendbar ist, bei welchen eine genaue Positionierung erforderlich ist. So wie dies anhand von Fig. 3 erkennbar ist, werden eine Anzahl von genau angeordneten Bohrugnen 19 innerhalb eines Turbinenblattes 21 in bekannter Weise gebohrt, um auf diese Weise eine Kühlung zu erreichen. Dabei werden jeweils innerhalb von fünf Werkstücken drei Reihen von Bohrungen eingebracht, wobei jedoch die Anzahl von Reihen von Bohrungen und Anzahl von Werkstücken unterschiedlich sein kann.

Gemäß Fig. 1 werden zur Durchführung des Elektronenstrahlbohrvorgangs die einzelnen Werkstücke in eine Vakuumkammer 40 eingebracht, auf welcher im oberen Bereich eine Elektronenstrahlkanone 42 angesetzt ist. Während der

Winkel des auf dem Werkstück zum Aufprallen gebrachten Elektronenstrahls geringfügig durch Beeinflussung des Elektronenstrahls verändert werden kann, erfolgt die hauptsächliche Einstellung der Position und des Winkels in bezug auf die Oberfläche des Werkstückes durch geeignete Positionierung und Schwenkung des unterhalb des Elektronenstrahls befindlichen Werkstückes. Dabei erscheint es wünschenswert vor dem eigentlichen.Bohrvorgang in die Kammer möglichst viele Werkstücke einzusetzen, um auf diese Weise den Produktionsablauf zu beschleunigen. Die einzelnen Turbinenblätter 44 v/erden dabei auf einer Basisplatte 54 befestigt,, deren Haupteinstellwelle 46 durch eine Abdichtungsplatte 48 hindurchgeführt ist und mit außerhalb der Vakuumkammer 40 angeordneten Einstellmotoren 50 und 52 in Verbindung steht. Die innerhalb eines Rahmens 49 gelagerte Haupteinstellwelle 46 kann dabei mit Hilfe der beiden Einstellmotore 5Q und 53 drehpositionsmaßxg sowie translatorisch bewegt werden« Sobald die einzelnen Turbinenblätter 44 in bezug auf die Basisplatte 54 fixiert sind? kann jeweils eine Bohrung innerhalb jedes Turbinenblattes 54 durch Drehung der Basisplatte 54 mit Hilfe des Einstellmotors 50 gebohrt werden, indem jedes Turbinenblatt 54 der Reihe nach in dem Bereich des Elektronenstrahls gebracht wird. Eine Reihe von Bohrungen kann hingegen dadurch erreicht werden, indem die Basisplatte 54 und damit die darauf befestigten Turbinenblätter 44 translatorisch bewegt werden, wobei der Bohrvorgang wie bei der ersten Bohrung wiederholt wird. Dabei erscheint es am zweckmäßigsten, die Reihen von Bohrungen an allen Werkstücken dadurch zu erreichen, daß die Basisplatte 54 kontinuierlich rotiert wird, während zu gewissen Zeitpunkten ein Elektronenstrahl in Übereinstimmung mit der Drehbewegung erzeugt wird..

Wenn die Turbinenblätter 44 fest an der am Ende der Haupteinstellwelle 46 vorgesehenen Basisplatte 54 befestigt werden, dann können gemäß Fig. 2 und 4 nur bestimmte Oberflächen aufgrund der zuvor beschriebenen Bewegungen dem Elektronenstrahl 56 ausgesetzt werden» Aus diesem Grunde mußten bei den bisher.bekannten Vorrichtungen nach dem Bohren einer einzelnen Reihe einer Gruppe von Werkstücken das Vakuum eliminiert werden, worauf dann eine Drehung der einzelnen Werkstücke in bezug auf die Basisplatte 54 vorgenommen wurde. Die Gruppe von Werkstücken wurde dann erneut in die Kammer eingesetzt, um dann die nächste Reihe von Bohrungen durchführen zu können. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist somit eine Einrichtung vorgesehen, um die einzelnen Werkstücke 44 in bezug auf die Basisplatte 54 sehr rasch und genau rotieren zu können, ohne daß dabei das Vakuum entfernt werden muß. Der dazu notwendige Mechanismus besteht gemäß Fig. 8 aus einer durch gestrichelte Linien dargestellten Einrichtung 58, welche auf der Basisplatte 54 befestigt ist, sowie einer durch gestrichelte Linien angedeuteten Einrichtung 60, welche am äußeren Ende der Haupteinstellwelle 46 angeordnet ist. Die Einrichtung 60 besteht dabei im wesentlichen aus Betätigungsund SteuerOrganen, welche eine Verstellung der innerhalb der Vakuumkammer 40 angeordneten Einrichtung 58 zu Folge hat.

Fig. 2 zeigt eine Stirnansicht der innerhalb der Vakuumkammer 40 angeordneten Einrichtung 58. Gemäß Fig. 8 ist dabei auf der Basisplatte 54 eine Basisplattenkappe 62 befestigt. Entlang des Umfangs dieser Basisplattenkappe 62 sind in regelmäßigen Abständen fünf Achsen 88 vorgesehen, auf welchen drehbare Scheiben 64 gelagert sind. Mit Hilfe eines im folgenden noch zu beschreibenenden Mechanismus können die einzelnen Scheiben 64 winkelmäßig

'■ 3U6041

verstellt und genau in einer gewünschten Position verriegelt werden.

Gemäß Fig. 3 sind die einzelnen Schreiben 64 entlang ihres Umfangs mit einer Anzahl von Aussparungen 20 sowie Zähnen 16 versehen„ wobei die Anzahl dieser Elemente der Anzahl von zu bohrenden Reihen entspricht. Auf den einzelnen.Scheiben 64 sind jeweils Spannglieder 67 befestigt, welche der Aufnahme der Turbinenblätter 21, 44 dienen. Die kreisförmige Form der Scheiben 64 ist mit Ausnahme des Bereiches der Zähne 16 und der Aussparungen 20 willkürlichο Durch Drehung der Scheiben 64 wird jeweils ein neuer Bereich der Oberfläche jedes Turbinenblattes 44 dem Elektronenstrahl ausgesetzt, während durch Drehung der Basisplatte 54 die einzelnen Turbinenblätter 44 in dem Bereich des Elektronenstrahls bewegt werden können. Die Drehung aller Scheiben 64 muß somit von einer Indexposition in die nächst sehr genau durchgeführt werden. Der dazu notwendige Mechanismus soll im folgenden beschrieben werden.

Fig- 4 zeigt eine Stirnansicht von einer der fünf Positionieranordnungen,, welche im Bereich der Basisplattenkappe 62 vorgesehen sind» Die jeweils ein Turbinenblatt 44 tragenden Scheiben 64 sind wie erwähnt auf Achsen 88 gelagert. Die Drehbewegung einer Scheibe 64 wird durch den Wirkeingriff einer federbeaufschlagten Klinke mit einem entsprechenden Zahn 16 erreicht, welcher entlang der Peripherie der jeweiligen Scheibe 64 vorgesehen ist. Sobald die Scheibe 64 unter dem Einfluß der Klinke in eine neue Position gelangt, erfolgt eine sehr genaue Positionierung mit Hilfe eines Verriegelungsstiftes 18, der in eine der Aussparungen 20 entlang der Peripherie der Schreibe 64 in Eingriff gelangt» So wie dies anhand

- 14 -

von Fig. 3 und 5 erkennbar ist, sind dabei die Zähne in einer .anderen Ebene als·die Aussparungen 20 angeordnet,

Die Klinke 14 ist auf einer Zahnstange 22 befestigt, welche verschiebbar innerhalb einer an der Basisplattenkappe 62 gelagerten Buchse 24 gelagert ist. Der Zahnbereich 26 der Zahnstange 22 kämmt mit einem Zahnrad 66, 28,dessen Welle 68 drehbar innerhalb der Basisplattenkappe 62 gelagert ist. Eine Drehung des Zahnrades 66, 28 bewirkt somit eine translatorische Verschiebung der Zahnstange 22. Die betreffende Zahnstange 22 ist mit Hilfe eines Gestänges 30 mit dem Verriegelungsstift verbunden. Die Zahnstange 22 und der Verriegelungsstift 18 sind dabei senkrecht zueinander angeordnet, während das Gestänge 30 unter ungefähr 45° gegenüber diesen Elementen verläuft. Der Verriegelungsstift 18 ist schließlich innerhalb einer an der Basisplattenkappe 62 befestigten Buchse 32 verschiebbar gelagert.

Die Abmessungen der drei miteinander verbundenen Elemente 18, 30 und 22 sind derart gewählt, daß bei der anfänglichen translatorischen Bewegung der Zahnstange 22 mit ihrer Klinke 14 der Verriegelungsstift 18 aus der Aussparung 20, 90 der Scheibe 64 herausgezogen wird. Bei der weiteren Verschiebung der Zahnstange 22 gelangt die Klinke 14 in den Wirkeingriff mit einem Zahn 16, 94, was bei einer weiteren Verschiebung der Zahnstange 22 zu einer Drehung der Scheibe 64 führt. Nach Durchführung der gewünschten winkelmäßigen Verstellung der Schreibe 64 erfolgt eine Bewegungsumkehr der Zahnstange 22, wobei der Verriegelungsstift 18 mit Hilfe des Gestänges 30 in Richtung der Schreibe 64 derart bewegt wird, daß seine Spitze nunmehr in der Aussparung 20, 92 der Schreibe 64 zu liegen gelangt, die aufgrund der Schwenkbewegung der Scheibe 64 in den Bereich des

Verriegelungsstiftes 18 gebracht worden ist. Der Verriegelungsstift 18 besitzt dabei einen konisch ausgeführten vorderen Bereich 34, so daß auf diese Weise eine genaue Einstellung der Scheibe.64 hervorgerufen wird, um auf diese Weise den Verriegelungsstift 18 genau mit der Aussparung 20, 92 in Ausrichtung zu bringen. Da der Verriegelungsstift 18 genau in die Aussparung der Scheibe 64 hineinpaßt und da ersterer genau gegenüber der Basisplattenkappe 62 geführt ist, ergibt sich die gewünschte genaue Positionierung des jeweiligen Turbinenblattes 44. Mit Hilfe der Zahnstange 22 kann somit gleichzeitig eine Verdrehung und Verriegelung, der jeweiligen Scheibe 64 erreicht werden.

Die Klinke 14 wird mit Hilfe einer nicht gezeigten Feder in Richtung der Zähne 16 gedruckt, wobei die Verschwenkbarkeit der Klinke 14-mit Hilfe eines stiftförmigen Anschlages 95 begrenzt ist. Während der Rückführbewegung der Zahnstange 22 gleitet somit die Klinke 14 über den jeweils vorhandenen Zahn 16 und gelangt anschließend erneut in ihre Ausgangsposition, in welcher der nächste Verstellvorgang durchgeführt werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind jedoch Abänderungen der Klinkenzahnkonfiguration durchaus möglich. Ein zu weites Verschwenken der Scheibe 64 in der Vorwärtsrichtung oder ein Zurückführen derselben aufgrund der Reibung der Klinke 14 kann mit Hilfe einer federbeaufschlagten Kugel verhindert werden, welche an der Basisplattenkappe 62 gelagert ist und in entsprechende Aussparungen der Scheibe 64 eingreift, wobei diese Aussparungen entsprechend den Aussparungen 20 angeordnet sind. Ferner können weitere Reibungselemente vorgesehen sein, um die Scheibe 64 positionsmäßig ungefähr zu positionieren.

3U6041

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Verschwenkung der jeweiligen Scheibe 64 mit Hilfe des Zahnrades 66 hervorgerufen. Gemäß Fig. 8 ist dieses Zahnrad 66 auf einer Welle 68 gelagert, die an ihrem gegenüberliegenden Ende ein Zahnritzel 70 trägt. Dieses Zahnritzel kämmt mit einem mittig angeordneten Zahnrad 71, welches auf einer Innenwelle 74 gelagert ist. Diese Innenwelle 74 ist innerhalb der Basisplattenkappe 62 der Basisplatte 54 und der hohl ausgebildeten Haupteinstellwelle 46.drehbar gelagert. Ein Abdichtungsring 94 dient dabei zur Aufrechterhaltung des Vakuums innerhalb der Vakuumkammer 40. Eine Drehung der Innenwelle 74 in beiden Drehrichtüngen bewirkt somit bei einer Positionsarretierung der Basisplattenkappe 62 eine Drehung der Zahnräder 66, was eine gleichzeitige Positionsverstellung aller fünf Scheiben 64 zur Folge hat.

Die notwendige Verdrehung der Innenwelle 74 wird mit Hilfe eines Drehdruckluftzylinders 76 erreicht. Dabei wird gemäß Fig. 8 Druckluft über ein Vierwegventil 82 entsprechend einem Signal einer Steuereinrichtung 84 zugeführt, wodurch eine 90"-Drehung der Zylinderausgangswelle 80 und damit der damit verbundenen Innenwelle 74 erreicht werden kann. Nicht,gezeigte mechanische Anschläge begrenzen dabei die Drehbewegung der Zylinderausgangswelle 80, wobei die Endpunkte dieser Drehbewegung mit Hilfe magnetisch aktivierter Schalter 86 festgestellt werden, die mit Hilfe von auf der Zylinderausgangswelle 80 befestigter Permanentmagnete 86' betätigbar sind. Mit Hilfe dieser Schalter 86 wird die Steuereinrichtung 84 in gewünschter Weise gesteuert. Sobald ein bestimmter Positioniervorgang teilweise durchgeführt worden ist, erfolgt dann eine Drehung der Innenwelle 74 in der entgegengesetzten Richtung, um auf diese Weise durch Einschieben der Verriegelungsstifte 60 den Positioniervorgang

314604

zu beenden. In der Folge wird dann die Haupteinstellwelle 46 betätigt bzw. der jeweilige Bohrvorgang durchgeführt.

Die Haupteinstellwelle 46 wird gegenüber Raumkoordinaten sowohl verdreht wie auch translatorisch verschoben, während die Innenwelle 74 in bezug auf die Haupteinstellwelle 46 betätigbar ist. Der Drehdruckluftzylinder 76 und vorzugsweise auch die Sensoreinrichtung 86, 86' bewegen sich somit zusammen mit der Haupteinstellwelle 46. Die Steuerorgane 82, 84 können hingegen entweder zusammen mit der Haupteinstellwelle 46 bewegt werden, oder es können entsprechende Verbindungsstücke vorgesehen sein. Die Drehung der Innenwelle 74 kann jedoch ebenfalls in anderer Weise erwirkt werden.

Die Drehung der Innenwelle 74 und die getrennte jedoch gleichzeitige Bewegung der Zahnräder 66 müssen nicht sehr genau aufeinander eingestellt sein. Die Scheibe 64 muß nur mit hinreichender Genauigkeit eine neue Position einnehmen, damit eine neue Aussparung 20 in dem Bereich des konisch zugespitzten Verriegelungsstiftes 18 gelangt. Beim Vorschieben des Verriegelungsstiftes 18 in die Aussparung 20 erfolgt eine Korrektur jeglicher Fehlpositionierung, wobei die Positionierung entsprechend den Toleranzen des Verriegelungsstiftes 18 und der Aussparungen 20 erfolgt. Diese Toleranzen liegen dabei im Bereich von ungefähr 0,025 mm. Die Endposition des Verriegelungsstiftes 18 ist ebenfalls nicht besonders kritisch, solange gewährleistet ist, daß der dicke Bereich des Verriegelungsstiftes 18 bis zu der Aussparung 20 vorgeschoben wird. In der Praxis hat es sich dabei herausgestellt, daß bei die winkelmäßige Positionierung von Werkstücken bei einem Durchmesser der Basisplattenkappe 62 von 10 cm innerhalb des Toleranzbereiches von ± 0,02° erreichbar

"" 3U6041

ist. Die erfindungsgemäße Positioniereinrichtung vermeidet somit Schwierigkeiten, die durch sehr genaue Zahn- positionierorgane,Rückkopplungsschleifen und dgl. hervorgerufen werden. Zur selben Zeit kann ferner erreicht werden, daß nur mechanische Elemente innerhalb der Vakuumkammer vorhanden sind, während nur eine einzige Drehwelle aus der Vakuumkammer 40 herausgeführt wird, so daß die Abdichtungsprobleme leicht beherrscht werden können. Elektrische, pneumatische oder hydraulische Elemente sind somit innerhalb der Vakuumkammer nicht vorhanden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist somit eine Positioniereinrichtung geschaffen, bei welcher an'verschiedenen Stationen durch einfache Drehung eine nach außen geführte Innenwelle eine Verstellung und Verriegelung.vornehmbar ist. In der Ruheposition der Innenwelle sind dabei alle Scheiben für die Durchführung des Bohrvorgangs verriegelt. Durch Bewegung in die Betätigungsposition werden die einzelnen Scheiben entriegelt und in eine neue Position verschwenkt. Durch Rückführung' der Innenwelle in die Ausgangsposition werden dann alle Scheiben gleichzeitig genau positioniert und erneut verriegelt.

Die einzelnen Scheiben 68 auf der Basisplattenkappe 62 sind mit einem Rotationsmechanismus, d.h. der Zahnstange 22, der Klinke 14 und den entsprechenden Zähnen 16 sowie einem Positioniermechanismus, d.h. einem Verriegelungsstift 18 und entsprechenden Aussparungen 20 versehen. Die beiden Mechanismen werden dabei abwechselnd mit Hilfe eines einzigen Antriebselements, d.h. der Welle 68, betätigt, wodurch im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine sehr vereinfachte Konstruktion erzielbar ist. Anstelle des Zahnradritzels 70 können andere Elemente als Antriebsglieder verwendet werden, um die gewünschte Bewegung der mit einer Klinke versehenen Zahnstange 22 des Gestänges 40

und der des Verriegelungsstiftes 18 zu erreichen. Der Antrieb kann dabei über eines der drei miteinander verbundenen Elemente 18, 30 und 22 erfolgen, wobei Zahnräder, Nocken oder andere Verbindungen den Antrieb gegenüber der Innenwelle 74 herstellen.

Die Funktionsweise der beschriebenen Einrichtung ist wie folgt: Die Betriebsperson befestigt die einzelnen Werkstücke auf den Scheiben 64, so wie dies in Fig. 3 angedeutet ist. Die Position des Turbinenblattes 44 in bezug auf die Scheibe 64 wird dabei durch besondere Spannwerkzeuge erreicht. Um die einzelnen Scheiben 64 in die Ausgangsposition zu bringen, betätigt die Bedienungsperson den Zylinder, wodurch die Verriegelungsstifte 18 zurückgezogen werden. Manuell werden dann die Klinken 14 außer Eingriff gebracht, um auf diese Weise die Scheiben 64 zu verschwenken. In der Folge wird dann der Zylinder erneut betätigt, wodurch die Verriegelungsstifte 18 vorgeschoben werden, was zu einer Verriegelung.der Turbinenblätter 44 in der zum Bohren der ersten Reihe von Bohrungen gewünschten Position führt. Sobald alle Turbinenblätter 44 in die gewünschte Position gebracht worden sind, werden die Basisplattenkappen62 in die Vakuumkammer 40 eingesetzt. Nach dem Herstellen eines Vakuums kann durch Dreh- und translatorische Bewegung der Haupteinstellwelle 46 die erste Reihe von Bohrungen an den Turbinenblättern 44 gebohrt werden. In der Folge wird dann der Zylinder 78 betätigt, wodurch die Innenwelle 74 um 90° verschwenkt wird, was zu einer Verschwenkung der einzelnen Scheiben 64 zum Bohren der nächsten Reihe von Bohrungen führt. Der Zylinder wird dann in die Ausgangslage zurückgeführt und die Innenwelle 74 in ihre Ruheposition zurückgebracht, was zu einem Verriegeln der Verriegelungsstifte 18 gegenüber den Scheiben 64 führt.

-3U6041

Die Haupteinstellwelle 46 wird dann erneut verstellt, um auf diese Weise die zweite Reihe von Bohrungen innerhalb der Turbinenblätter 64 bohren zu können. In entsprechender Weise werden dann die folgenden Reihen von Bohrungen ebenfalls hergestellt. Nach Vollendung des gewünschten Bohrvorgangs wird das Vakuum eliminiert und die Basisplattenkappe 62 aus der Vakuumkammer 40 entnommen, um auf diese Weise die einzelnen Werkstücke 44 entnehmen zu können.

Um die erfindungsgemäße Positioniereinrichtung möglichst rasch ansteuern zu können, ist zweckmäßigerweise eine Steuerung mit Hilfe eines Prozeßrechners vorgesehen. Durch geeignete Tastenelemente und Vorprgrammierung können die oben erwähnten Schritte mit sehr hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit durchgeführt werden. Es können ebenfalls Zwischenverriegelungen vorgesehen sein, um zu gewährleisten, daß die einzelnen Scheiben 64 sich in derselben Position·befinden, um auf diese Weise Bedienungsfehler beim Einstellen der Scheiben in die . Nullposition oder Fehlfunktionen bei der Verstellung vermeiden zu können. Ein Positionssensor mit einer optischen Faserverbindung sowie ein Zwischenverriegelungssystem ist dabei in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung (DE-OS ) beschrieben.

Claims

DR RICHARD KNEISSL

Widenmayersir. 46
D-8QQ0 MÖNCHEN 22

20. NOV. 1981 '

United Technologies Corporation DE 34

Hartford, Ct. 05101

V.St.A.

Positioniereinrichtung für Werkstücke innerhalb einer Vakuumkammer

Patentansprüche

Positioniereinrichtung für Werkstücke innerhalb einer Vakuumkammer mit einer Mehrzahl von Anordnungen, welche auf einer drehbaren und translatorisch verschiebbaren Platte befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Anordnungen aus folgenden Elementen aufgebaut sinds

a) einer drehbaren Schreibe (64) für die Halterung jeweils eines Werkstückes

b) eine Einrichtung {22i, 14, 16) zum Drehen der Scheibe (64) zur Erzielung der Nominalpositionen für das Bohren der Reihen der zu bohrenden Bohrungen,

c) eine Verriegelungseinrichtung (30, 18, 34, 20) zur genauen Positionierung und Verriegelung der Scheibe (64) in Positionen, welche den Reihen der zu bohrenden

Bohrungen entspricht und

d) einem einzelnen Antriebsglied (76) für den gleichzeitigen Antrieb der Verstell- und Verriegelungseinrichtung, wobei jeweils eine der beiden Einrichtungen mit der Scheibe (64) in Eingriff ist, um auf diese Weise eine Verschwenkung aus einer ersten ' ' Position in·., eine zweite mit anschließender Verriegelung zu erreichen, wobei die Positioniereinrichtung ferner eine Haupteinstellwelle (46) aufweist, mit welcher eine gleichzeitige Verstellung der einzelnen Schreiben (64) erzielbar ist.
2. Positioniereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schreiben (64) entlang ihrer Peripherie eine Anzahl von im Abstand angeordneter Zähne (16) sowie Aussparungen (20) aufweisen, deren Anzahl wenigstens gleich der Anzahl von Einstellpositionen ist, wobei die mit den Zähnen (16) in Eingriff gelangenden Klinken (14) eine Verdrehung der Scheiben(64) hervorrufen, während in die Aussparungen (20) einschiebbare Verriegelungsstifte (18) eine genaue Positionierung und Verriegelung der einzelnen Scheiben (64) hervorrufen.
3. Positioniereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Hauptantriebselement eine mit einem Zahnrad (72) versehene Welle (74) ist, wobei das Zahnrad (72) mit den einzelnen Positionieranordnungen über einen Zahnradzug (70, 66, 26) verbunden ist.
4. Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die einzelnen

Positionieranordnungen jeweils eine Zahnstange (22)
aufweisen, welche in bezug auf die Basisplattenanordnung (54, 62) verschiebbar sind, und daß die Zahnstangen (22) jeweils über ein Gestänge (30) mit den Verriegelungsstiften (18) verbunden sind, um auf diese Weise eine gleichzeitige Bewegung der Verriegelungsstifte (18) und der Klinken (14) zu erreichen»

ο Positioniereinrichtung nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Basisplattenanordnung (54, 62) auf einer hohlen
Haupte in s te Uwe He (46) befestigt ist und daß das
Antriebselement eine Innenwelle (74) ist, welche durch die Haupteinstellwelle (46) führt.

ο Positioniereinrichtung nach Anspruch S₁ dadurch gekennzeichnet , daß auf der Haupteinstellwelle (46) ein Drehantriebselement (76) befestigt ist, mit welchem eine Drehung der Innenwelle (74) erzielbar ist.

7„ Positioniereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Drehantriebselement ein Drehdruckluftzylinder (76) ist»

ο Positioniereinrichtung nach einem der vorhergehenden
- Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zusätzlich eine Positionsabtastanordnung unter Verwendung optischer Fasern vorgesehen ist.