DE10014956A1 - Device for charging and discharging an electron beam device in an electron beam welding apparatus comprises a sluice chamber connected to a process chamber so that a transport path runs through the sluice chamber into the process chamber - Google Patents
Device for charging and discharging an electron beam device in an electron beam welding apparatus comprises a sluice chamber connected to a process chamber so that a transport path runs through the sluice chamber into the process chamberInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Be- und Entladen von Anlagen, in denen Elektronenstrahlprozesse ausgeführt werden. Vorzugsweise sind es Elektronenstrahl- Schweißanlagen.The invention relates to a device for loading and unloading systems in which Electron beam processes are carried out. It is preferably electron beam Welding equipment.
Es sind zwei Grundprinzipien bekannt, nach denen derartige Anlagen arbeiten:Two basic principles are known according to which such systems work:
Die Werkstücke werden im Durchlaufbetrieb durch eine Prozesskammer bewegt, oder es wird eine Chargenbeladung vorgenommen.The workpieces are moved through a process chamber in continuous operation, or batch loading is carried out.
Bei den Durchlaufanlagen - auch Transferanlagen genannt - werden die zu behandeln den Werkstücke über ein Eingangs- und ein getrenntes Ausgangsschleusensystem auf entsprechenden Transportmitteln in die Prozesskammer ein- und ausgebracht. Es ist bei dieser Art von Anlagen auch bekannt, die Transportmittel im Takt durch die Schleusen zu bewegen und diese jeweils im Takt zu schließen und zu öffnen. Dabei sind jeweils zwei Schleusenkammern mit Vakuumpumpständen auszurüsten und beide Schleusen sind dauernd im Wechsel zu evakuieren und zu belüften. Solche Transferanlagen sind ungeeignet zur Bearbeitung von Werkstücken, die um eine Rotationsachse in waagrechter, senkrechter oder schräger Richtung gedreht werden müssen. Es sind reine Einzweckmaschinen die keine Flexibilität aufweisen.In the case of the continuous systems - also called transfer systems - they have to be treated the workpieces via an entrance and a separate exit lock system appropriate means of transport brought into and out of the process chamber. It is In this type of equipment also known the means of transport in time Moving locks and closing and opening them in time. there Two lock chambers must be equipped with vacuum pumping stations and both Locks have to be evacuated and ventilated alternately. Such Transfer systems are unsuitable for machining workpieces that are one Rotation axis can be rotated in a horizontal, vertical or oblique direction have to. They are pure single-purpose machines that have no flexibility.
Nach dem zweiten Prinzip - das als Kammeranlagen bezeichnet wird - ist die Anlage mit einem Magazin als Werkstückträger ausgerüstet, welches mit Werkstücken bestückt in die Prozesskammer eingebracht wird. Dabei finden die Arbeitsgänge Bestücken, Tür öffnen, Einfahren, Tür schließen, Evakuieren, Schweißen, Belüften, Tür öffnen, Charge ausfahren und Entladen nacheinander statt. Wenn auch während der Bearbeitung das nächste Magazin bereits bestückt werden kann, so ist doch die Nebenzeit durch das Öffnen der Kammer, das Ein- und Ausfahren der Werkstückträger, das Schließen der Kammer und vor allem das Evakuieren und Belüften sehr hoch, denn während dieser Zeit läuft kein produktiver Prozess.According to the second principle - which is called chamber systems - the system is with a magazine equipped as a workpiece carrier, which is equipped with workpieces in the process chamber is introduced. The work steps are loading, door opening, retracting, closing the door, evacuating, welding, venting, opening the door, batch extend and unload one after the other instead. If that while editing next magazine can already be loaded, so the idle time is due to that Opening the chamber, retracting and extending the workpiece carriers, closing the Chamber and especially the evacuation and ventilation very high, because during this Time is not a productive process.
Es sind auch Einrichtungen bekannt, die mehrere getrennt evakuierbare Prozesskammern nebeneinander haben, wobei eine Elektronenstrahlkanone über diesen verfahrbar angeordnet ist. Diese Anlagen werden als Doppelkammermaschinen bezeichnet. Die Prozesskammern werden abwechselnd bestückt und der Prozess findet abwechselnd in der jeweils bestückten und evakuierten Prozesskammer statt, während die andere belüftet und neu bestückt wird. Das heißt mit Ausnahme der Kanonenverfahrzeit, wird ständig gearbeitet. Es besteht aber der Nachteil, daß die beiden Prozesskammern einen erheblich hohen apparativen Aufwand erfordern. Zusätzlich ist der Aufwand an Pumpen sehr hoch, da die Prozesskammern jeweils auf Arbeitsvakuum abgepumpt werden müssen. Die Kanonenverschiebung ist außerdem verschleiß- und störanfällig.Devices are also known which have several separately evacuable Have process chambers next to each other, with an electron beam gun above this is arranged movable. These systems are called double chamber machines designated. The process chambers are loaded alternately and the process takes place take place alternately in the respectively equipped and evacuated process chamber during the other is ventilated and replenished. With the exception of the Cannon travel time, is constantly being worked on. But there is the disadvantage that the both process chambers require a considerable amount of equipment. In addition, the cost of pumps is very high because the process chambers are open Working vacuum must be pumped out. The cannon shift is also susceptible to wear and tear.
Insgesamt ist festzustellen, daß keine der bekannten Einrichtungen geringe Nebenzeiten aufweisen und gleichzeitig bedienungstechnisch und apparativ einfach zu gestalten sind. Die Nebenzeiten sind bei den Kammeranlagen im wesentlichen durch das Evakuieren und Belüften bestimmt, zu denen aber die Zeiten für das Schließen und Öffnen der Türen und das Ein- und Ausfahren der Werkstückträger zu addieren sind. Dadurch wird nicht die ge wünschte Wirtschaftlichkeit bei hohen Stückzahlen erreicht. Bei den Transferanlagen fehlt die Flexibilität und die Möglichkeit für mehrachsige Bearbeitungen.Overall, it should be noted that none of the known devices are minor Have non-productive times and at the same time are easy to use in terms of operation and equipment are designed. The idle times are essentially through with the chamber systems the evacuation and ventilation determine the times for the closing and Opening the doors and moving the workpiece carriers in and out must be added together. This will not ge Desired economy achieved with large quantities. At the transfer facilities lacks the flexibility and the possibility for multi-axis machining.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Be- und Entladen von Elektronenstrahlanlagen zu schaffen, die bei Nebenzeiten von wenigen Sekunden mit geringem apparativem Aufwand, bei sehr geringer Störanfälligkeit eine große Stückzahl von Werkstücken in eine Prozesskammer ein- und ausbringt. Es soll möglich sein, beliebig gestaltete Werkstücke für annähernd unbegrenzte Bearbeitungen zu fördern, insbesondere soll die Bearbeitung um beliebige Drehachsen, auch um mehrere zueinander parallel oder aufeinander senkrecht stehende Drehachsen möglich sein (Drehen und Schwenken).The invention has for its object a device for loading and unloading To create electron beam systems with idle times of a few seconds low expenditure on equipment and a large number of items with very low susceptibility to malfunction of workpieces in and out of a process chamber. It should be possible to convey workpieces of any design for almost unlimited machining, in particular, machining should be about any axis of rotation, including several mutually parallel or mutually perpendicular axes of rotation may be possible (Turning and swiveling).
Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die Einrichtung aus einem an sich bekannten Rezipienten, der Prozesskammer, besteht, in dem der Elektronenstrahlprozess ausgeführt wird. Durch nur eine Schleusenkammer mit je einer Tür zur permanent unter Vakuum stehenden Prozesskammer und einer Tür zur Atmosphäre, erfolgt das Be- und Entladen dieser Prozesskammer mittels verfahrbarer Werkstückträger, auf denen ein oder viele Werkstücke gehaltert sind. Zwei Transportbahnen sind dazu nebeneinander angeordnet. Sie übergeben die Werkstückträger in einer genau definierten Position einem Koordinatentisch, der die Werkstücke in der Prozesskammer in jede beliebige Position unter der Elektronenstrahlkanone positionieren bzw. bewegen kann. Während der Prozess läuft, ist bereits der nächste bestückte werkstückträger in die Schleusenkammer eingefahren und diese wird evakuiert. Nach Prozessende öffnet die Schleusentür unter Vakuum, der Werkstückträger fährt aus der Prozesskammer in die Schleusenkammer und der aus der Schleusenkammer fährt in die Prozesskammer. Dabei erfolgt in der Prozesskammer nur eine geringe Druckerhöhung. Sobald die Schleusentür geschlossen ist, wird der Elektronenstrahlprozess in der Prozesskammer gestartet und ausgeführt. Gleichzeitig wird die Schleusenkammer gegen Atmosphäre belüftet und anschließend geöffnet, um den Werkstückträger mit den fertig bearbeiteten Werkstücken in eine vorgeschaltete Be- und Entladestation zu befördern. Dort wird er anschließend entstückt und der nächste Werkstückträger mit einer neuen Charge Werkstücke bestückt. Es handelt sich hierbei um ein sogenanntes "Shuttle Prinzip".The essence of the invention is that the device itself known recipient, the process chamber, in which the Electron beam process is carried out. Through only one lock chamber with one each Door to the process chamber permanently under vacuum and a door to Atmosphere, this process chamber is loaded and unloaded by means of a movable one Workpiece carriers on which one or many workpieces are held. Two Transport lanes are arranged side by side. You pass the Workpiece carrier in a precisely defined position on a coordinate table that the Workpieces in the process chamber in any position under the Can position or move the electron beam gun. While the process is running the next loaded workpiece carrier has already entered the lock chamber and this is evacuated. At the end of the process, the lock door opens under vacuum Workpiece carrier moves out of the process chamber into the lock chamber and out the lock chamber moves into the process chamber. This takes place in the process chamber only a slight pressure increase. As soon as the lock door is closed, the Electron beam process started and executed in the process chamber. At the same time the lock chamber is ventilated to atmosphere and then opened to the workpiece carrier with the finished workpieces in an upstream Transport loading and unloading station. There he is then dismembered and the next workpiece pallet with a new batch of workpieces. It is about a so-called "shuttle principle".
Es ist auch möglich, auf den fahrbaren Werkstückträgern unterschiedliche Bewegungseinrichtungen für unterschiedliche Prozessschritte mit auswechselbaren Halterungen für die Werkstücke anzubringen. Diese können beispielsweise Bewegungen um horizontale, vertikale oder schräge Drehachsen auch ein- oder mehrspindlig ausführen. Teile des Prozesses oder auch der gesamte Prozess kann CNC-gesteuert sein. Im letzteren Fall läuft der Gesamtprozess vollautomatisch ab.It is also possible to have different on the mobile workpiece carriers Movement devices for different process steps with interchangeable Attach brackets for the workpieces. These can, for example Movements around horizontal, vertical or inclined axes of rotation also on or Execute multiple spindles. Parts of the process or the entire process can CNC controlled. In the latter case, the entire process runs fully automatically.
Die Werkstückträger können dabei mit unterschiedlichen Werkstückhalterungen ausgerüstet sein und abwechselnd benutzt werden. Eine Kennung an jedem Werkstückträger ruft in diesen Fällen das für die jeweilige Bearbeitung erforderliche CNC-Programm auf. The workpiece carriers can be used with different workpiece holders be equipped and used alternately. An identifier on everyone In these cases, the workpiece pallet calls for what is required for the respective machining CNC program on.
Die Schleusentüren sind zweckmäßig so ausgeführt, daß Sie beim Öffnen abheben und dadurch kein Verschleiß der Dichtflächen auftritt. Sensoren überwachen den Vorgang.The lock doors are designed so that you lift off when opening and therefore no wear of the sealing surfaces occurs. Sensors monitor the process.
Die erfindungsmäßige Einrichtung hat den Vorteil, daß sie eine Nebenzeit von maximal 15 Sekunden hat und dadurch ein Mehrfaches der Produktivität von bekannte Anlagen garantiert. Der apparative Aufwand ist dabei vergleichsweise gering. Die Werkstückträger mit Ihren vielfältigen Möglichkeiten der Werkstückaufnahme und Werkstückbewegung erhöhen die Vielseitigkeit des Einsatzes der Einrichtung. Besonders geeignet ist die Einrichtung für Elektronenstrahlschweißanlagen, mit denen große Stückzahlen von unterschiedlichen Werkstücken geschweißt werden sollen.The device according to the invention has the advantage that it has a maximum idle time 15 seconds and thus a multiple of the productivity of known systems guaranteed. The outlay on equipment is comparatively low. The Workpiece carrier with your diverse possibilities of workpiece pick-up and Workpiece movement increases the versatility of using the facility. The device is particularly suitable for electron beam welding systems with which large numbers of different workpieces are to be welded.
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung beschrieben, die zugehörige Zeichnung zeigt das Prinzip:The invention is described using an exemplary embodiment, the associated Drawing shows the principle:
Fig. 1 eine Seitenansicht im Schnitt, Fig. 1 is a side view, in section,
Fig. 2 eine Draufsicht. Fig. 2 is a plan view.
In einer Prozesskammer 1 wird mittels einer bekannten Elektronenstrahlkanone 2 ein Werkstück 3, aus zwei Teilen bestehend zusammen geschweißt. Das Werkstück 3 ist auf einem Werkstückträger 4 gehaltert und zwar derart, daß ein Antrieb 5 auf dem Werkstückträger 4 das Werkstück 3 rotieren läßt, damit der Elektronenstrahl 6 die beiden Teile zusammenschweißt. In einer vorgeschalteten Schleusenkammer 7 befindet sich bereits das nächste bestückte Werkstückträger 4. Während des Prozesses in der Prozesskammer 1 wird die Schleusenkammer 7 belüftet, der Werkstückträger 4 mit den bereits geschweißten Werkstücken 3 gegen ein neu bestückten Werkstückträger 4 vom Bestückungsplatz 8 gleichzeitig ausgewechselt und nach Schließen der Schleusentür 10 die Schleusenkammer 7 wieder evakuiert. Nach Prozessende wird die Schleusentür 11 geöffnet, die Werkstückträger 4 aus der Schleusenkammer 7 in die Prozesskammer 1 und umgekehrt bewegt und die Schleusentür 11 geschlossen. Die Schleusenkammer 7 wird belüftet und der darin befindliche Werkstückträger 4 mit den bearbeiteten Werkstücken 3 gelangt zu einer davor angeordneten Be- und Entladestation 8, auf dem die Werkstücke 3 entnommen werden und der nächste Werkstückträger 4 bestückt wird. Die Bewegung der Werkstückträger 4 erfolgt auf entsprechend angeordneten Transportschienen 9, über an sich bekannte Antriebselemente. Die Schleusentüren 10 und 11 öffnen durch Abheben von der Dichtfläche. Die Prozesskammer 1 und die Schleusenkammer 7 werden mittels bekannter Pumpen 12 evakuiert und Ventile 13 belüftet.A workpiece 3 consisting of two parts is welded together in a process chamber 1 by means of a known electron beam gun 2 . The workpiece 3 is held on a workpiece carrier 4 in such a manner that a drive can rotate the workpiece 3 5 on the workpiece carrier 4, so that the electron beam 6 welds the two parts. The next loaded workpiece carrier 4 is already located in an upstream lock chamber 7 . During the process in the process chamber 1 , the lock chamber 7 is ventilated, the workpiece carrier 4 with the already welded workpieces 3 is simultaneously replaced by a newly equipped workpiece carrier 4 from the assembly station 8 , and the lock chamber 7 is evacuated again after the lock door 10 has been closed. After the end of the process, the lock door 11 is opened, the workpiece carriers 4 are moved from the lock chamber 7 into the process chamber 1 and vice versa, and the lock door 11 is closed. The lock chamber 7 is ventilated and the workpiece carrier 4 with the processed workpieces 3 located therein arrives at a loading and unloading station 8 arranged in front of it, on which the workpieces 3 are removed and the next workpiece carrier 4 is loaded. The movement of the workpiece carriers 4 takes place on correspondingly arranged transport rails 9 , via drive elements known per se. The lock doors 10 and 11 open by lifting off the sealing surface. The process chamber 1 and the lock chamber 7 are evacuated by means of known pumps 12 and valves 13 are vented.
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