DE4418162A1 - Einrichtung zur Durchführung elektronenstrahltechnologischer Prozesse im Vakuum - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, mit welcher elektro­ nenstrahltechnologische Prozesse - insbesondere zur Oberflächen­ modifikation - durchgeführt werden. Ein bevorzugtes Anwendungsge­ biet ist das Härten von Führungsbahnen an Werkstücken für den Maschinenbau, Führungsleisten und auch Flächen bzw. Ebenen an beliebig gestalteten Maschinenteilen.

Es ist bekannt, derartige Verfahren in Einrichtungen auszuüben, die aus einem Rezipienten mit den zugehörigen Pumpen zur Evakuie­ rung bestehen, an welchem eine Elektronenkanone zur Strahlerzeu­ gung angeordnet ist. In dem Rezipienten ist mehrdimensional beweglich eine Vorrichtung zur Aufnahme der zu behandelnden Werkstücke angeordnet. Zur gesamten Anlage gehören neben der Stromversorgung und der Steuerung für den Elektronenstrahl auch die Werkstückbewegung sowie Beobachtungs- und Kontrolleinrichtun­ gen. Dieses Grundprinzip ist entsprechend dem speziellen Anwen­ dungszweck bzw. den zu behandelnden Werkstücken modifiziert. Dazu ist es beispielsweise bekannt, durch Bewegung des Werkstückes und/oder der Elektronenkanone eine Relativbewegung zwischen beiden auszuführen.

Die bekannten Einrichtungen haben gemeinsam den Nachteil, daß bei sich ändernden Werkstückabmessungen oder vor allem bei sich ändernder Form Probleme dahingehend auftreten, daß das Verhältnis des Rezipientenvolumens oder der Rezipientenabmessung zum Werkstück sehr ungünstig ist. Das bedeutet, es muß ein unnötig großes Rezipientenvolumen bei kleinen Teilen evakuiert werden. Das wiederum bedeutet lange Nebenzeiten. Besonders tritt der Nachteil auf, wenn Führungsleisten oder -bahnen sehr unterschied­ licher Längen zu bearbeiten sind. Der Rezipient muß also stets mindestens die doppelte Länge haben, wie das Werkstück lang ist.

Es ist versucht worden, den Rezipienten den maximalen Maßen der zu bearbeitenden Werkstücke anzupassen und in dem Fall, daß das Volumen der Werkstücke wesentlich kleiner ist, werden in den Rezipienten dem Leerraum angepaßte Formkörper eingebracht, die somit das zu evakuierende Volumen verkleinern. Diese Lösung ist aber mit dem Mangel behaftet, daß diese Formkörper vakuumdicht und dadurch sehr stabil ausgeführt sein müssen. Das bedingt ein hohes Gewicht und außerdem ist die Anbringung aufwendig.

Eine weitere bekannte Ausführung derartiger Einrichtungen besteht darin, daß zur Erweiterung des Bereiches für die Beaufschlagung der Werkstückoberfläche, insbesondere quer zur Werkstücktransportrichtung, die Elektronenkanone in dieser Richtung bewegbar oder auch schwenkbar ist. Diese Lösung ist nur in geringem Umfang geeignet, die Mängel zu beseitigen, da der Schwenk- bzw. Ablenkbereich in keinem Verhältnis zu den möglichen Variationen der zu beaufschlagenden Fläche steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Durchführung elektronenstrahltechnologischer Prozesse zu schaf­ fen, die universell einsetzbar ist, indem sie ermöglicht, Werkstücke zu behandeln, deren Abmessungen - insbesondere in Längsrichtung - sehr unterschiedlich sind. Dabei soll vor allem das zu evakuierende Volumen dem jeweiligen Werkstückvolumen bzw. der Werkstücklänge angepaßt sein, damit die Evakuierungszeit gering ist. Es soll mit der Einrichtung auch möglich sein, die Werkstückaufnahme relativ einfach dem Werkstück und dem Rezipien­ tenvolumen anzupassen. Der apparative und zeitliche Aufwand dafür soll gering sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe nach den Merkmalen des Patentan­ spruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Einrichtung sind in den Patentansprüchen 2 bis 7 beschrieben.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist durch die Kombination von an sich bekannten Baugruppen charakterisiert, die sich dadurch auszeichnet, daß ein relativ kleiner Rezipient, der alle prozeß­ bedingten Baugruppen enthält, in seiner Länge ohne wesentlichen Aufwand beliebig an die Länge der zu bearbeitenden Werkstücke anpaßbar ist. Das sog. Mittelteil des Rezipienten, welches die Elektronenkanone, Beobachtungseinrichtungen, Anschlüsse für Vakuumpumpen aufweist, kann beliebig ein- oder beiderseitig ergänzt bzw. verlängert werden. Diese Verlängerung erfolgt durch einzelne Segmente, die mittels üblicher Dichtungen und mechani­ scher Verbindungen aneinander gereiht werden.

Die einzelnen Segmente sind in bestimmten Längen als eine kom­ plette Einheit vorhanden und werden derart aneinander gereiht, daß sie in ihrem oberen Bereich aneinander gehängt werden; z. B. greifen Klauen ineinander. Durch ihr Eigengewicht drücken diese abdichtend gegeneinander und werden im unteren Bereich verspannt und lagefixiert. Die dazwischen befindliche Dichtung ist zweckmä­ ßigerweise eine Schlauchdichtung. Durch das Zusammenklappen der Segmente untereinander und an das Mittelteil rasten die Führungsbahnen ineinander.

Der Querschnitt des Mittelteils und der Segmente kann rund und auch rechteckig sein.

In dem Mittelteil sowie in den Segmenten, die unterschiedliche Länge haben können, ist eine Führungsbahn derart angeordnet, daß sich beim Aneinanderreihen der Segmente diese zu einer gemeinsa­ men Führungsbahn lückenlos verbinden. Damit ist gewährleistet, daß auf einer so entstandenen durchgehenden Führungsbahn die Werkstückaufnahme durch den gesamten Rezipienten bewegt werden kann.

Zweckmäßig besteht die Führungsbahn aus mindestens je einem Führungs- und Transportelement. Die Führungsbahn kann auch zweckmäßigerweise so ausgebildet sein, daß sie so weit in dem Endteil angeordnet ist, um bei geöffneter Tür mit einer gleich ausgeführten Führungsbahn auf einem Außenbett verbunden zu werden. Dadurch ist es möglich, die Werkstückaufnahme aus dem Rezipienten herauszufahren, um die Be- und Entstückung vorzuneh­ men. Auch für Wartungsaufgaben und zur Reinigung des Rezipienten ist das Herausfahren der Werkstückaufnahme zweckmäßig. Die Lager für die Transportelemente der Führungsbahn in den Endteilen sind dann entsprechend zu gestalten, daß ein Herausfahren möglich ist. Gleichzeitig muß die Führungsbahn zu beiden Seiten Anschläge besitzen, um den Fahrtweg zu begrenzen.

Es ist auch möglich, daß das Transportelement beispielsweise eine Spindel ist und die Werkstückaufnahme durch deren Rotation in Längsrichtung bewegt. Der Antrieb der Spindel befindet sich dabei im Mittelteil.

Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß das Transportele­ ment eine Zahnstange ist, in die ein Ritzel eingreift, welches ein an der Werkstückaufnahme angeordneter Antrieb antreibt.

Ist die Länge des Rezipienten und damit sein Volumen sehr groß, wird über den weiteren im Mittelteil vorhandenen Pumpstutzen eine weitere Vakuumpumpe angeschlossen. Sollte es prozeßbedingt erforderlich sein, die Werkstückaufnahme zu kühlen, werden die Wasserzu- und -ableitung als bewegliche Leitung ausgeführt und mit der Leitung für die Energiezuführung an einen Festpunkt im Rezipienten geführt.

Die Werkstückaufnahme ist zweckmäßig ein Schlitten, der eben oder winklig ausgeführt ist. Auf ihm werden in bekannter Weise die Werkstücke befestigt. Es ist auch möglich, darauf Drehvorrichtun­ gen oder Magazine zu montieren, die den Werkstückwechsel im Rezipienten, von außen angetrieben oder mit eigenem Antrieb, bewirken.

Zur Erweiterung des Beaufschlagungsbereiches des Elektro­ nenstrahls, d. h. zur Vergrößerung des Bearbeitungsfeldes, ist die Elektronenkanone um die Längsachse schwenkbar oder auch quer zur Längsrichtung des Rezipienten verschiebbar angeordnet. Dadurch können auch senkrechte Flächen der Werkstücke vom Elek­ tronenstrahl beaufschlagt werden.

Die erfindungsgemäße Einrichtung hat den Vorteil, daß die Länge des Rezipienten bei optimalem Volumen baukastenförmig veränderbar und damit der Werkstücklänge anpaßbar ist. Die Einrichtung kann auch mit geringem Aufwand nur mit dem Mittelteil betrieben werden, da dieses alle prozeßnotwendigen Baugruppen enthält. Schließlich besteht der Vorteil darin, daß für alle Ausführungs­ varianten ein einheitliches Mittelteil als Grundausstattung mit allen prozeßnotwendigen Baugruppen verwendet wird. Die Größen der Segmente sind insbesondere in ihrer Länge einheitlich bzw. abgestuft herstellbar. Damit kann der Betreiber eine Grundein­ heit, das Mittelteil, anschaffen und jederzeit durch Nachliefe­ rung von standardisierten Segmenten seine vorhandene Anlage erweitern. Die zugehörigen Endteile sind stets verwendbar. Ein weiterer Vorteil ist es, daß diese Konstruktion von beiden Seiten eine max. Zugängigkeit in den Rezipienten gewährleistet, was günstig bei Reinigungsarbeiten ist. Für den Anlagenhersteller besteht der wesentliche Vorteil, daß er sämtliche Teile des Rezipienten als Standardteile herstellen kann. Selbst für eine kleine Anlage, d. h. einen Rezipienten mit geringer Länge, kann nur ein Mittelteil zum Einsatz kommen.

An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Einrichtung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Mittelteil der Einrichtung.

Ein Mittelteil 1 des Rezipienten enthält alle für den vakuumtech­ nologischen Prozeß erforderlichen Baugruppen, wie z. B. die Elektronenkanone 2, einen Anschluß 3 für Vakuumpumpen zum Evaku­ ieren des Rezipienten und eine Beobachtungseinrichtung 4. Zu beiden Seiten des Mittelteiles 1 sind Segmente 5 angeordnet, die an das Mittelteil 1 angeflanscht sind. An das jeweils äußerste Segment 5 ist ein Endteil 6 angeflanscht, welches als Tür 7 ausgebildet ist. Zwischen dem Mittelteil 1, den Segmenten 5 und den Endteilen 6 sind übliche Flanschdichtungen oder Schlauchdich­ tungen (nicht gezeichnet) angeordnet. Die einzelnen Segmente 5 werden mit dem Mittelteil 1 des Rezipienten und mit den Endteilen 6 in ihrem oberen Bereich durch Einhängen, beispielsweise in Klauen, verbunden. Desweiteren sind Anschlagmittel vorgesehen, die der Lagefixierung dienen. Durch ihr Eigengewicht drücken sie mit ihren Stirnflächen dichtend gegeneinander. Gegenüber den Klauen, d. h. im unteren Bereich, kann zusätzlich eine Spannvor­ richtung angeordnet sein, mit welcher die einzelnen Teile bzw. Segmente verspannt und noch zusätzlich aneinandergepreßt werden können.

Im Mittelteil 1 und jedem Segment 5 ist eine Führungsbahn 7 angeordnet. Diese Führungsbahnen 7 fügen sich mit dem Zusammen­ flanschen der Teile zu einem gesamten Rezipienten lückenlos aneinander und bilden eine durchgehende Führungsbahn 7. Die Führungsbahn 7 besteht aus einem Führungselement, eine Schiene 8, und einem Transportelement, eine Zahnstange 9. Beim Aneinander­ reihen der Segmente 5 werden die Führungs- und Transportelemente fluchtend verbunden. Auf der Führungsbahn 7 bewegt sich in Längsrichtung zum Rezipienten eine Werkstückaufnahme 10. An dieser ist ein Antrieb 11 angeordnet, der über ein Ritzel 12 in die Zahnstange 9 eingreifend die Bewegung ausübt. Die Werkstück­ aufnahme 10 ist als ebener Schlitten ausgeführt, auf dem die zu behandelnden Werkstücke 13 in geeigneter Weise angeordnet sind.

Entsprechend der max. Werkstücklänge ist der Rezipient aus einer Anzahl Segmente 5 zusammengesetzt und in seiner Gesamtlänge in einem relativ großen Bereich variabel. Die Werkstückaufnahme 10 fährt auf der der Rezipientenlänge angepaßten Führungsbahn 7 durch den Beaufschlagungsbereich der Elektronenkanone 2. Die Steuerung der Bewegung und Geschwindigkeit der Werkstückaufnahme 10 erfolgt in bekannter Weise abhängig von den Anforderungen an das zu behandelnde Werkstück 13.

Alle für den elektronenstrahltechnologischen Prozeß erforderli­ chen Baugruppen, Versorgungseinrichtungen, Steuereinrichtungen usw. sind in herkömmlicher Weise ausgeführt und mit dem Mittel­ teil 1 verbunden bzw. an ihm angeordnet. Mit 14 sind Füße des Rezipienten bezeichnet, die entsprechend seiner Gesamtlänge, d. h. der Anzahl der Segmente 5, verteilt angeordnet sind. Zum Schutz vor austretenden Röntgenstrahlen an der Verbindungs­ stelle der Segmente 5 und Endteile 6 und dem Mittelteil 1 sind in diesen Bereichen Mittel zum Röntgenstrahlenschutz vorgesehen.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Durchführung elektronenstrahltechnologischer Prozesse, bestehend aus einem Rezipienten, einer an dem Rezipien­ ten angeordneten Elektronenkanone, einer im Rezipienten bewegli­ chen Aufnahmevorrichtung für die zu behandelnden Werkstücke, Vakuumpumpen, Stromerzeugungsrichtungen und Steuer- und Kontrol­ leinrichtungen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - der Rezipient besteht aus einem Mittelteil (1), an das die Elektronenkanone (2) angeflanscht und an dem mindestens ein Anschluß (3) zur Evakuierung angeordnet ist,
• - auf mindestens einer Seite des Mittelteils (1) ist mindestens ein Segment (5) an das Mittelteil (1) vakuumdicht angeflanscht,
• - die Segmente (5) sind miteinander vakuumdicht verbunden,
• - an dem jeweils äußeren Segment (5) ist vakuumdicht ein dieses vakuumdicht verschließendes Endteil (6) angeordnet, wobei minde­ stens ein Endteil (6) als Tür ausgeführt ist,
• - in den Rezipienten ist eine in Längsrichtung des Rezipienten verfahrbare Werkstückaufnahme (10) auf einer Führungsbahn, die im Mittelteil (1) und in jedem Segment (5) derart angeordnet ist, daß sie beim Aneinanderreihen der Segmente (5) und dem Verbinden mit dem Mittelteil (1) zu einer durchgehenden Führungsbahn (7) gekoppelt sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahn (7) aus mindestens einem Antriebselement und minde­ stens einem Führungselement besteht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement eine Zahnstange (9), in die der Antrieb (11) der Werkstückaufnahme (10) eingreift, ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement eine Gewindespindel ist, die von einem im Mittel­ teil angeordneten Antrieb angetrieben ist.

5. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückaufnahme (10) ein ebener oder winkelförmig ausgebildeter Schlitten ist, auf welchem die Werkstücke (13) direkt oder auf einer Drehvorrichtung auf der Grundfläche oder des senkrechten Schenkels des Schlittens befe­ stigt sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückaufnahme (10) durch Ausziehen entsprechend der Länge des Rezipienten verlängerbar ist.

7. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenkanone (2) im Mittel­ teil (1) quer zur Längsachse des Rezipienten verfahrbar und/oder um ihre Längsachse schwenkbar ist.