DE4441748A1 - Anlage zur Bearbeitung von Werkstücken - Google Patents

Description

Anlagen zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere zum Schweißen sind durch vielfältige Veröffentlichungen bekannt. Die DE-OS 30 37 230 beinhaltet eine Elektronenschweißanlage. Hauptaugenmerk dieser Anmeldung gilt einer in den Strahlengang plazierten Zwischenlinse, so daß ein weitgestreuter Elektronenstrahl vor der Fokussierung gebündelt wird. Die restlichen Baugruppen dieser Maschine sind allgemein bekannt.

In der DE-OS 31 34 018 wird eine Energiestrahl-Schweißmaschine beschrieben. Die Werkstückaufnahmevorrichtung ist dabei mit einer höhenverstellbaren Hubsäule verbunden, die in die Vakuumkammer hineinragt. Damit kann die Bearbeitungsfläche des Werkstücks unabhängig von deren Höhe mit gleichem Abstand zum Elektronenstrahlerzeuger positioniert werden.

Die DE-OS 37 40 532 beinhaltet eine Vorrichtung zur Durchführung von Elektronenstrahl-Bearbeitungen. Diese Lösung basiert auf der funktionalen Trennung von Elektronenstrahlerzeuger und Vakuumkammer. Grundlage bildet eine massive Grundplatte. Durch die Trennung der Funktionsgruppen ergibt sich somit die Möglichkeit, die Vakuumkammer in Leichtbauweise herzustellen und damit der Größe der Werkstücke leicht anzupassen. Dieser Vorteil wird aber durch einen wesentlich größeren Platzbedarf durch die Trennung von Bedienung, Schutz des Personals vor auftretender Röntgenstrahlung, und Bearbeitungsanlage erkauft. Die aufgeführten Lösungen zeichnen sich dadurch aus, daß die Bearbeitungsanlagen durch den Einsatz nur einer Bearbei­ tungskammer gekennzeichnet sind.

In der DE-OS 31 05 831 wird eine Maschine zum Bearbeiten von Metallen durch Elektronenstrahlen beschrieben. Hierbei kommt eine feststehende Kanone und zwei Vakuumkammern zum Einsatz.

Der Elektronenstrahl wird mittels einer elektromagnetischen Ablenkstufe in die jeweilige Vakuumkammer geleitet, wobei durch eine Beugungsvorrichtung an der Vakuumkammerdeckplatte ein senkrechtes Auftreffen des Elektronenstrahles auf das Werkstück gewährleistet wird. Diese Umlenkeinheiten führen allerdings zu erheblichen Energieverlusten des Elektronen­ strahles. Weiterhin ist ein kontinuierlicher Betrieb der Elektronenstrahlkanone schwer abstimmbar.

Die WO 89/05206 beschreibt eine Anlage zum Elektronen­ strahlschweißen von Werkstücken. Diese Erfindung basiert auf dem System kleine Kammer in großer Kammer um die Evakuierzeiten je nach zu der bearbeitenden Werkstückgrößen anzupassen. Damit ist es möglich die Evakuierzeit bei der Bearbeitung kleiner Werkstücke wesentlich zu senken. Die Kammern sind bei dieser Lösung allerdings nicht unabhängig voneinander einsetzbar.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Energiestrahlkanone oder einen Mechanismus kontinuierlich mit gleichbleibenden Bearbeitungsbedingungen zu betreiben.

Dieses Problem wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Einsatz einer Energiestrahlkanone in Form einer Elektronenstrahlkanone entsprechend der Weiterbildung nach Patentanspruch 2 wesentlich ökonomischer durchführbar ist. Der Einsatz erfolgt im Dauerbetrieb, so daß Anfahrzeiten, die mit Energieeinsparungen verbunden sind, entfallen. Durch den Einsatz einer Elektronenstrahlkanone und mindestens zweier Bearbeitungskammern ist nur eine komplette Hochspannungs­ erzeugung nötig. Der Druckunterschied zwischen der Elek­ tronenstrahlkanone und den Bearbeitungskammern in der Größenordnung von einer Zehnerpotenz in Verbindung mit den vorhandenen Ventilen und Abdeckungen führt zu einer weiteren Einsparung hinsichtlich der Evakuierzeiten. Mit dem Langloch in der Deckplatte der Bearbeitungskammern und dem konti­ nuierlichen Antrieb der Grundplatte einschließlich der darauf befestigten Elektronenstrahlkanone wird sofort eine Bearbei­ tungsrichtung für das Werkstück in der Bearbeitungskammer realisiert. Die Vorrichtung für die Werkstückaufnahme benötigt damit nur noch eine Bewegungsrichtung, um eine Bearbeitung im x-y-Koordinatensystem zu ermöglichen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß ein Katodenwechsel der Elektronen­ strahlkanone unabhängig vom Zustand und Inhalt der Bearbei­ tungskammern möglich wird. Dadurch, daß die Grundplatte einschließlich der Elektronenstrahlkanone nach oben gekippt werden kann, sind auch die O-Ringdichtungen unabhängig von den Druckverhältnissen sowohl der Bearbeitskammern als auch der Elektronenstrahlkanone austauschbar.

Durch den Einsatz eines Mechanismus in Form eines mechanischem Handhabesystems entsprechend der Weiterbildung nach Patentanspruch 3 ist der Einsatz als Doppeldeckel-Schleusen­ system in kerntechnischen Anlagen gegeben. So wird entnom­ menes Kernmaterial für eine labortechnische Untersuchung durch die erfindungsgemäße Anlage vorbereitet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 4 bis 11 angegeben.

Die Weiterbildungen nach den Patentansprüchen 4 und 5 ermöglicht es, die O-Ringdichtungen bei hochgekippter Grundplatte einschließlich der Elektronenstrahlkanone zu wechseln, ohne daß weder die Elektronenstrahlkanone noch die Bearbeitungskammern entevakuiert werden müssen.

Die Bearbeitungskammern können dabei sowohl einzeln über Zugangstüren als auch über Schleusen kontinuierlich entsprechend den Weiterbildungen nach den Patentansprüchen 6 und 7 beschickt werden.

Dabei sind die Bearbeitungskammern jeweils separat mit einzelnen Pumpen als auch mit einer Pumpe und Ventilen nach den Weiterbildungen der Patentansprüche 8 und 9 evakuierbar. Die Weiterbildungen nach den Patentansprüchen 10 und 11 ermöglichen eine optimale Abdichtung zwischen der feststehenden Deckplatte der Bearbeitungskammern und der beweglichen Grundplatte mit der Energiestrahlkanone oder dem Mechanismus.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die Anlage zur Bearbeitung von Werkstücken,

Fig. 2 die Deckplatte der Bearbeitungskammern, die Grundplatte mit dem linearen Antriebsmechanismus und die Elektronenstrahlkanone,

Fig. 3 die Draufsicht der Deckplatte,

Fig. 4 einen Querschnitt der O-Ringdichtung,

Fig. 5 die Ansicht der Anlage mit gekippter Grundplatte und Elektronenstrahlkanone.

Die Figuren werden weitgehend zusammen beschrieben. In den Figuren ist eine Anlage zur Bearbeitung von Werkstücken insbesondere zum Elektronenstrahlschweißen dargestellt. Entsprechend Fig. 1 weist diese Anlage eine Elektronen­ strahlkanone 1 mit einer Glühkatode als Elektronenstrahler­ zeuger auf. Im Strahlengang innerhalb der Elektronenstrahl­ kanone 1 ist ein Sicherheitsventil angebracht. Die Elektro­ nenstrahlkanone 1 befindet sich auf einer Grundplatte 2, die weiterhin eine Öffnung 3 aufweist, so daß der Elektro­ nenstrahl diese Öffnung 3 passieren kann. Die Anlage besteht im weiteren aus zwei Bearbeitungskammern 4a und 4b, die nebeneinander plaziert sind. Diese Bearbei­ tungskammern 4a und 4b besitzen eine gemeinsame Deckplatte 5. Diese ist in der Fig. 3 dargestellt. Pro Bearbeitungskammer 4a oder 4b besitzt die Deckplatte 5 Langlöcher 6, die in der Länge durch die Seitenwände der Bearbeitungskammern 4a und 4b begrenzt werden. Die Breite der Langlöcher 6 wird durch die Abmessung der Öffnung 3 der Grundplatte 2 bestimmt. Um die beiden Langlöcher 6 sind in die Deckplatte 5 zwei im Querschnitt rechteckförmige Nuten 8a und 8b mit einem Abstand zueinander eingefräst. In diese sind zwei O-Ringdichtungen 7a und 7b aus Teflon, die einen rechteck­ förmigen Querschnitt entsprechend der Fig. 4 aufweisen, plaziert. Diese besitzen dabei eine umlaufende Nut, die asymmetrisch angeordnet ist und in der ein Dichtungsring 9 mit elliptischem Querschnitt eingebracht ist. Dieser Dichtungsring 9 besteht aus Gummi und dient dazu, daß die O-Ringdichtungen 7a und 7b fest in den Nuten 8a und 8b sitzen. Weiterhin sind die O-Ringdichtungen 7a und 7b so in die Nuten 8a und 8b der Deckplatte 5 eingebracht, daß der im Querschnitt breitere Teil dieser über die Oberfläche der Deckplatte 5 herausragt.

Die Grundplatte 2 mit der Elektronenstrahlkanone 1 befindet sich auf der Deckplatte 5, wie in der Fig. 2 dargestellt, so daß sie in Richtung der Langlöcher 6 bewegt werden kann. Der sich ergebende Raum zwischen den O-Ringdichtungen 7a und 7b, der Deckplatte 5 und der Grundplatte 2 ist über eine Bohrung mit angeschlossener Vakuumpumpe 11 evakuierbar. Die Bewegung der Grundplatte 2 erfolgt mit einem angekoppelten linear und kontinuierlich arbeitenden Antriebsmechanismus 10. Dabei wird die Grundplatte 2 auf der Deckplatte 5 so plaziert, daß der Elektronenstrahl von der Elektronenstrahl­ kanone 1 in die jeweilige Bearbeitungskammer 4a oder 4b gelangt. Die Grundplatte 2 besitzt beidseitig der Öffnung 3 eine derartige Abmessung, so daß bei Positionen der Elektronenstrahlkanone 1 an den Außenkanten eines Langloches 6 das jeweilig andere Langloch 6 durch die Grundplatte 2 vollständig abgedeckt ist.

Die Langlöcher 6 der Bearbeitungskammern 4a und 4b können durch in den Bearbeitungskammern 4a und 4b eingebaute Recht­ eckschieber 12a und 12b unabhängig geschlossen werden. Die Bearbeitungskammern (4a) und (4b) besitzen je eine Zugangstür, so daß diese unabhängig voneinander beschickt, evakuiert oder Werkstücke bearbeitet werden. In einer weiteren Aus­ führungsform besitzen die Bearbeitungskammern (4a) und (4b) luftdichtschließende Schleusen, so daß die Anlage in einem kontinuierlichem Betrieb arbeitet und die Evakuierzeiten für die Bearbeitungskammern gesenkt werden.

Über ein Drehgelenk 13 und auf der gegenüberliegenden Seite befindlicher Zahnstange 14 mit Kurbelgetriebe 15 kann die Grundplatte 2 mit der Elektronenstrahlkanone 1 nach oben gekippt werden, so daß ein einfache Möglichkeit des Wechsels der O-Ringdichtungen 7a und 7b gegeben ist. Diese Möglichkeit ist in der Fig. 5 dargestellt.

Natürlich ergeben sich aus diesem dargestellten Grundaufbau bestehend aus einer Elektronenstrahlkanone und zweier Bearbeitungskammern weitere Anpassungen an bestimmte technologische Regime. So ist es möglich die Anzahl der Elektronenstrahlkanonen oder Bearbeitungskammern zu variieren.

Eine weitere Anwendung ergibt sich in kerntechnischen Bereichen. So ist es möglich diese beschriebene Anlage anstelle der Elektronenkanone mit einem mechanischen Handhabesystem auszu­ rüsten und diese als Doppeldeckel-Schleusensystem bei der Behandlung von Proben oder beim Wechseln der Kernbrennstoff­ materialien einzusetzen.

Claims (11)

1. Anlage zur Bearbeitung von Werkstücken, gekennzeichnet dadurch, daß eine Energiestrahlkanone oder ein Mechanismus für die Bearbeitung auf einer Grundplatte (2) mit einer Öffnung (3), deren Abmessung durch das Bearbeitungsmedium bestimmt ist, fest montiert ist und daß mindestens zwei unabhängig voneinander luftdicht abschließbare und evakuierbare Bearbei­ tungskammern (4a) und (4b) nebeneinander angeordnet und mit einer gemeinsamen Deckplatte (5) versehen sind, daß diese Deckplatte (5) entsprechend der Anzahl der Bearbeitungskammern (4a) und (4b) Langlöcher (6) über die gesamte Breite dieser Bearbeitungskammern (4a) und (4b) und in Richtung der benachbarten Bearbeitungskammer (4a) oder (4b) besitzt, daß der lichte Querschnitt der Öffnung (3) der Grundplatte (2) mindestens der Breite der Langlöcher (6) der Deckplatte (5) entspricht, daß mindestens zwei im Querschnitt rechteckförmige O-Ringdichtungen (7a) und (7b) mit einem Abstand zueinander und nebeneinander um die Langlöcher (6) der Deckplatte (5) in entsprechend ausgebildeten Nuten (8a) und (8b) so angeordnet sind, daß diese über die Oberfläche der Deckplatte (5) ragen, daß die O-Ringdichtungen (8a) und (8b) zu den Langlöchern (6) hin eine Nut über den gesamten Umfang aufweisen und daß sich in dieser Nut ein weiterer Dichtungsring (9) mit einem Querschnitt eines Kegelschnittes befindet, daß die Grundplatte (2) lose auf der Deckplatte (5) mit den O-Ringdichtungen (7a) und (7b) so aufliegt, daß sich die Öffnung (3) der Grundplatte (2) und die eines Langloches (6) der Deckplatte (5) symmetrisch gegenüberliegen, und daß die Grundplatte (2) an einen linear und kontinuierlich arbeitenden Antriebsmechanismus (10) so angekoppelt ist, daß sich eine translatorische Bewegung dieser in Richtung der Langlöcher (6) ergibt, daß die Grundplatte (2) eine solche Länge beidseitig der Öffnung (3) aufweist, daß bei der translatorischen Bewegung der Grundplatte (2) mit der Öffnung (3) über die Länge eines Langloches (6) der Deckplatte (5) das jeweilig andere Langloch (6) der Deckplatte (5) durch die Grundplatte (2) immer vollständig abgedeckt ist und die Länge der translatorischen Bewegung der Grundplatte (2) durch die Außenkanten der Langlöcher (6) bestimmt ist, daß der sich durch den Abstand der O-Ringdichtungen (7a) und (7b) zueinander und dem Abstand Grundplatte (2) zu Deckplatte (5) ergebende Raum über eine Bohrung mit einer Vakuumpumpe (11) verbunden ist und daß die Grundplatte (2) gegenüber der Deckplatte (5) kippbar angeordnet ist.

2. Anlage zur Bearbeitung von Werkstücken nach Patentan­ spruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Energiestrahlkanone eine Elektronenstrahlkanone (1) ist.

3. Anlage zur Bearbeitung von Werkstücken nach Patentan­ spruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Mechanismus ein mechanisches Handhabesystem ist.

4. Anlage zur Bearbeitung von Werkstücken nach den Patentan­ sprüchen 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Elektro­ nenstrahlkanone (1) ein den Strahlengang abdichtendes Ventil besitzt.

5. Anlage zur Bearbeitung von Werkstücken nach Patentan­ spruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß jede Bearbeitungskammer (4a) und (4b) einen das Langloch (6) abdeckenden Rechteck­ schieber (12a) und (12b) aufweist.

6. Anlage zur Bearbeitung von Werkstücken nach Patentan­ spruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Bearbeitungskammern (4a) und (4b) je eine Zugangstür besitzen.

7. Anlage zur Bearbeitung von Werkstücken nach Patentan­ spruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Bearbeitungskammern (4a) und (4b) je an der Vorderseite und Rückseite luft­ dichtschließende Schleusen aufweisen.

8. Anlage zur Bearbeitung von Werkstücken nach Patentan­ spruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Bearbeitungskammern (4a) und (4b) je mit Vakuumpumpen verbunden sind.

9. Anlage zur Bearbeitung von Werkstücken nach Patentan­ spruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Bearbeitungskammern (4a) und (4b) über Ventile mit Vakuumpumpen verbunden sind.

10. Anlage zur Bearbeitung von Werkstücken nach Patentan­ spruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die O-Ringdichtungen (7a) und (7b) aus Teflon bestehen.

11. Anlage zur Bearbeitung von Werkstücken nach Patentan­ spruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Dichtungsring (9) aus Gummi besteht.