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Kennwort: Hilfskörper
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Verfahren und Vorrichtung zum Positionieren zu verbindender Werkstücke
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Positionieren
zweier zu verbindender Werkstücke mit gleichem Außenprofil oder mindestens eines
zu bearbeitenden Werkstückes in einer Vakuumkammer, wobei die bzw. das Werkstück
mittels Hilfskörpern bewegt wird.
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Mit diesem Oberbegriff wird auf einen Stand der Technik bezug genommen,
wie er aus der DE-OS 28 40 949 bekannt geworden ist. Bei der bekannten Einrichtung
bildet ein als Rohr ausgebildeter Durchgang durch eine Vakuumkammer eine Transport-Röhre.
Je zwei an der Durchgangswandung anliegende, durch Dichtungen gegenüber Atmosphärendruck
abgedichtete Werkstückhalterungen bilden eine Zelle, die über eine im Durchgang
befindliche Öffnung eine Druckreduzierung erfährt und somit eine Druckstufe bildet.
Dieses Werkstücktransport-
system erfordert einen großen konstruktiven
Aufwand.
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Aufgabe der Erfindung ist es,ein Verfahren und eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem in einfacher Art und Weise eine nahezu
vakuumverlustfreie Bestückung der Vakuumkammer ohne die Verwendung eines speziellen
Werkstücktransportsystems erreichbar ist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß
mindestens ein Werkstück mit einem Hilfskörper gleichen Außenprofils kraft-, form-
und/oder reibschlüssig verbunden wird und Werkstück und Hilfskörper gemeinsam in
bzw. durch die Vakuumkammer bewegt werden, wobei die Gesamtlänge Werkstück und Hilfskörper
größer ist als die Durchlauflänge der Kammer. Durch das erfindungsgemäße Verfahren
entfällt ein spezielles Werkstücktransportsystem.
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Gemäß der Erfindung ist lediglich ein in seinem Aufbau und seiner
Handhabung einfacher, kostengünstiger Hilfskörper erforderlich. Durch den in seiner
Außenkontur dem Werkstückaußenprofil angepaßten Hilfskörper erfolgt eine vakuumverlustfreie
Durchführung der/des Werkstücke(s) durch eine Vakuumkammer. Komplizierte mechanische
Herstellungs- und Montagearbeiten der Werkstücktransporteinheit und des Durchganges
- wie sie bei der bekannten Einrichtung erforderlich sind - entfallen.
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Somit wird durch die erfindungsgemäße Hilfskörper-Werkstückverbindung
unter Beibehaltung einer vakuumverlustfreien Werkstückdurchführung durch eine Vakuumkammer
ereicht, daß aufgrund des einfachen, kostengünstigen Aufbaus der Hilfskörper-Werkstückverbindung
vorteilhaft ein Verfahren und eine Einrichtung für die Serienfertigung von Werkstücken
mit gleichem Außenprofil geschaffen ist. Dabei ist das Verfahren besonders vorteilhaft
bei der Verbindung von zwei Werkstücken anwendbar, wobei das eine Werkstück holzenformia
und
das andere Werkstück rohrförmig ausgebildet ist. Die zur Verbindung des Werkstückes
mit dem Hilfskörper zur Bildung eines Werkstück-Hilfskörper-Elementes verwendeten
Mittel, können je nach Anwendungsfall Vielzweck- oder Einzweck-Spannmittel sein.
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Spanndorne können ebenfalls vorteilhaft verwendet werden und haben
den Vorteil, daß sie einen veränderbaren Spannhub aufweisen und somit für verschiedene
Durchmesserbereiche einsetzbar sind. Heftnähte oder am Hilfskörper und Werkstück
befindliche Zentrieransätze sind weitere einfache - ohne großen Kosten- und Materialaufwand
vielseitig verwendbare Verbindungsmittel.
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Bevorzugt wird Hilfskörper/Werkstück kontinuierlich durch die Vakuumkammer
durchgeführt. Dies bedeutet, daß an einen ersten Hilfskörper ein Werkstück befestigt
wird. Dieses erste Werkstück wird über Zentrierungen oder dergleichen in der Schweißposition
gegenüber einem zweiten Werkstück positioniert/ fixiert. Das zweite Werkstück ist
ebenfalls mit einem Hilfskörper, einem zweiten Hilfskörper verbunden. Zum Schweißen
wird diese Kombination aus erstem Hilfskörper, erstem Werkstück und zweitem Hilfskörper,
zweitem Werkstück solange durch die Vakuumkammer bewegt, bis sich die Schweißstelle
innerhalb der Vakuumkammer befindet. Nach erfolgter Schweißung wird die oben beschriebene
Kombination weiter bewegt, bis die verbundenen Werkstücke die Vakuumkammer wieder
verlassen haben. Dabei befindet sich der erste Hilfskörper außerhalb und der zweite
Hilfskörper überwiegend innerhalb der Kammer.
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Da Hilfskörper und Werkstück gleiches Außenprofil aufweisen, kann
die Vakuumkammer gegen Atmosphäre im Eintrittsbereich durch eine einfache Vakuumdichtung
abgedichtet werden.
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Ausgangsseitig ist vorzugsweise eine Druckstufendichtung vorgesehen,
so daß sich geringfügige Änderungen des Außen-
profils, hervorgerufen
durch die Schweißstelle/-naht druckmäßig kompensiert werden können. Neben der beschriebenen
kontinuierlichen Verfahrensweise ist es selbstverständlich auch möglich, das Werkstück-?#ilfskörper-Element
diskontinuierlich in der Vakuumkammer zu bewegen. Dabei wird durch eine Öffnung
das Werkstück in die Kammer und durch die gleiche Öffnung aus der Kammer bewegt.
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Bevorzugt kann ferner eine Vakuumkammer mit mehreren Werkstück-Hilfskörper-Elementen
bestückt werden, so daß die Be-und Entladezeiten (Betriebsmittelnebenzeiten) durch
Bearbeitungszeiten (Betriebsmittelhauptzeiten) überdeckt werden.
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Im nachfolgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen sowie unter Hinweis auf weitere vorteilhafte Merkmale sowie
die Unteransprüche beschrieben.
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Es veranschaulicht: Fig. 1 eine schematische Darstellung der kontinuierlichen
Werkstück-Hilfskörperdurchführung durch eine Vakuumkammer, Fig. 2 eine schematische
Darstellung der diskontinuierlichen Werkstück-Hilfskörperführung in eine Vakuumkammer,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Mehrfach-Werkstück-Hilfskörperführung in
eine Vakuumkammer Fig. 4 eine schematische Darstellung des Entladevorganges.
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In Fig. 1a ist eine schematisch dargestellte Einrichtung zur Durchführung
des Verfahrens nach der Erfindung in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnet. Die Einrichtung
10 weist eine nicht näher dargestellte Elektronenstrahlkanone 11 auf, die vertikal
auf einer Vakuumkammer 12 angeordnet ist. Die zu schweißenden Werkstücke 13,14,
deren vorzugsweise kreisförmiges Außenprofil 15,16 gleiche Abmessungen aufweist,
werden außerhalb der Vakuumkammer 12 miteinander verbunden.
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Dabei weist das Werkstück 13 einen Bolzen 17 mit einem Zentrieransatz
18 auf. Das andere Werkstück 14 ist als Rohr 19 ausgebildet, dessen Innendurchmesser
20 dem Außendurchmesser 21 des Zentrieransatzes 18 entspricht. Die formschlüssige,
zentrische Verbindung entsteht durch das Zusammenfügen des Außendurchmessers 21
auf den Innendurchmesser 20, wobei durch entsprechende übermaß des Innen-bzw. des
Außendurchmessers 20,21 eine Haftkraft zur Übertragung entsprechender Antriebskräfte
erzielt wird. Mit den, den zu verbindenden Werkstückflächen 22,23 gegenüberliegenden
Werkstückenden 24,25 werden Hilfskörper 26,27 mit nicht näher dargestellten Spreizdornen
zentrisch und kraftschlüssig verbunden. Dabei ist die Länge 28 der Hilfskörper 26,27
größer als die Durchlauflänge 29 der Vakuumkammer 12. Während dem Verbund zwischen
Werkstück 13,14 und Hilfskörper 26,27 überbrücktder erste Hilfskörper 27 die Durchlauflänge
29 der Vakuumkammer 12, während der zweite Hilfskörper 26 außerhalb der Vakuumkammer
mit dem Werkstückende 25 des Werkstückes 14 verbunden wird. Zum Schweißen wird diese
Kombination aus erstem Hilfskörper 27, erstem Werkstück 13 und zweitem Werkstück
14, zweitem Hilfskörper 26 solange in Pfeilrichtung 30 (Fig. 1b) bewegt, bis eine
Anfangschweißposition 31 erreicht ist. Nach Erreichung dieser Anfangsschweißposition
31 erfolgt zu der Längsbewegung 29 eine Drehbewegung 32 des Werkstück-Hilfskörper-Elementes
bei gleichzeitiger Längsbewegung der Elektronenstrahlen 33. Diese LAnf3sbewegung
der Elektronenstrahlen 33 kann durch Längsverfahren' der Elektronenstrahlkanone
11 auf der Vakuumkammer 12
oder durch magnetische Elektronenstrahlablenkung
erreicht werden. Nach Beendigung des Schweißvorganges an der Endschweißposition
34 erfolgt die Abschaltung der Drehbewegung 32 und der Längsbewegung der Elektronenstrahlen
33. Das Werkstück-Hilfskörper-Element wird in Pfeilrichtung 30 weiter bewegt, bis
die verbundenen Werkstücke die Vakuumkammer wieder verlassen haben (Fig. 1c). Dabei
befindet sich der erste Hilfskörper 27 außerhalb und der zweite Hilfskörper 26 überwiegend
innerhalb der Vakuumkammer 12.
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Da Hilfskörper 26,27 und Werkstück 13,14 gleiches Außenprofil 15,16
und 35,36 aufweisen, kann die Vakuumkammer 12 gegen Atmosphäre 44 im Eintrittsbereich
37,38 durch einfache Vakuumdichtungen 39,40 (Fig. 2a) abgedichtet werden. Die Entladekammer
41 ist dabei über eine Öffnung 42 an einen nicht dargestellten Vakuumerzeuger angeschlossen,
der innerhalb eines durch zwei steuerbare Vakuumdichtungen 39,40 gebildeten Raumes
43, einen gegenüber Atmosphärendruck unterschiedlichen Druck erzeugt. Die Entladebewegung
- Transport des Werkstück-Hilfskörper-Elementes von der Vakuumkammer 12 zur Atmosphäre
44 nach Beendigung des Schweißvorganges - erfolgt in Pfeilrichtung 30. Die während
des Schweißens entstehende Oberraupe 45 wird dabei über ein zweistufiges Dichtungssystem
mit elastischen (pneumatischen oder hydraulischen ) Dichtungen 39,40, welche durch
einen nicht dargestellten Be- und Entlademechanismus gesteuert werden, an die Atmosphäre
44 transportiert. Beim Entladen der Vakuumkammer 12 in Pfeilrichtung 30 wird die
erste Vakuumdichtung 40, die die Vakuumkammer 12 gegenüber dem Raum 43 abgrenzt,
geöffnet und das Werkstück-Hilfskörper-Element in den R#aum 43 transportiert (Fig.
2b). Da bei dieser Transportbewegung die Dichtung 39 geschlossen ist und der Raum
43 einen gegenüber Atmosphärendruck geringeren Druck aufweist, erfolgt nahezu kein
Vakuumverlust der Vakuumkammer 12. Nach der anschließenden Schließung der Dichtung
40 (Fig. 2c) und der zeitlich darauffolgenden Öffnung der Dichtung 39 unter Beibehaltung
der Transportbewegung in Pfeilrichtung 30 des Werkstück-Hilfs-
körper-Elementes
an die Atmosphäre 44 übernimmt der Hilfskörper 26 mit den geschlossenen Vakuumdichtungen
39,40 die Abdichtung der Vakuumkammer 12 und des Raumes 43 gegenüber der Atmosphäre
44. Dies wird durch die dem Außenprofil 15,16,35,36 der Werkstücke 13,14 und der
Hilfskörper 26, 27 angepaßten und in der Entladekammer auswechselbar angeordneten
Vakuumdichtungen -39,40 erreicht.
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Bevorzugt werden Körper mit kreisförmigem Außenprofil 15,16 zusammengeschweißt,
jedoch sind auch andere Querschnittsformen möglich. Wesentlich ist nur, daß das
Außenprofil 15,16, 35,36,46,47 der Werkstücke 13,14 der Hilfskörper 26,27 und der
Vakuumdichtungen 39,40 gleich ist.
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Der Raum 43 wird nach Schließung der Vakuumdichtung 39 evakuiert,
wobei durch die geringen Abmessungen des Raumes 43 - nur wenig über Oberraupengröße
- kurze Evakuierzeiten erzielt werden. Durch entsprechende Nahtvorbereitung beispielsweise
V-Naht, ist vorteilhaft eine Be- und Entladung ohne Entladekammer 41 erreichbar.
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Neben der beschriebenen kontinuierlichen Verfahrensweise ist es selbstverständlich
auch möglich, das Werkstück-Hilfskörper-Element diskontinuierlich (Fig. 3) zu bewegen.
Dabei werden die durch Heftnähte 48 verbundenen Werkstücke 13,14 mit einem Hilfskörper
26 verbunden, dessen Länge 49 mindestens den Abstand zwischen der Ein-/Ausgangsöffnung
50,51 der Be-/ Entladekammer 41 überbrückt. Bei dieser Einrichtung 52 zur diskontinuierlichen
Werkstück-Hilfskörperführung in der Vakuumkammer 12 wird durch eine Öffnung 51 das
Werkstück 13,14 in die Vakuumkammer 12 (Pfeilrichtung 53) und durch die gleiche
Öffnung 51 aus der Vakuumkammer 12 (Pfeilrichtung 54) bewegt.
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Zum Schweißen wird die Kombination aus erstem Werkstück 13, zweitem
Werkstück 14 und Hilfskörper 26 in die Vakuumkammer 12
bewegt bis
die Schweißposition 55 erreicht ist. Dabei überbrückt die Länge 56 des ersten Werkstückes
13 das Abstandsmaß 57 zwischen der Schweißposition 55 und der Eingangsöffnung 50.
Ist die Länge 56 des ersten Werkstückes 13 kleiner als das Abstandsmaß 57,wird das
Werkstückende 24 des Werkstückes 13 mit einem zweiten Hilfskörper 27 verbunden.
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Die genaue Einhaltung der Bearbeitungsposition 55 erfolgt dabei über
mechanische, elektrische oder optische Mittel, wie z.B. Lichtschranken, Fotozellen,
Endschalter, Anschläge und ähnliches, die mit dem Be- und Entlademechanismus in
Wirkverbindung stehen.
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In Fig. 4 ist das Verfahren gemäß Fig. 3 zur diskontinuierlichen Werkstück-Hilfskörperführung
in eine Vakuumkammer 12 mit fünf Be-/Entladekammern 41A, 41B, 41C, 41D, 41E, dargestellt.
Durch diese Mehrfach-Be-/Entladekammeranordnung wird die Be-/Entladezeit (Betriebsmittelnebenzeit)
durch reine Schweißzeiten (Betriebsmittelhauptzeit) überdeckt. Dies wird durch eine
taktmäßige Be-/Entladung der Vakuumkammer 12 durch die Be-/Entladekammern 41A bis
E erreicht. Während die Kammer 41 entladen wird, werden in der Vakuumkammer 12 in
Position der Kammer 41E die Werkstücke 13 und 14 mit einem Elektronenstrahl oder
über ein elektromagnetisches Ablenksystem 58 auf die zu verbindende Werkstückfläche
22,23 (Fig. 1a) abgelenkt wird, verbunden.
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Diese Mehrfach Be-/Entladekammern sind selbstverständlich nicht nur
zur diskontinuierlichen Werkstück-Hilfskörperführung in eine Vakuumkammer 12 möglich,
sondern auch bei der beschriebenen kontinuierlichen Werkstück-Hilfskörperdurchführung
durch eine Vakuumkammer 12. Dabei werden die Ein- und Auslaufzeiten, i.e. die Zeiten
bis zum Erreichen der Anfangs-Schweißposition 30, bzw die Zeiten die benötigt werden,
bis das Werkstück-Hilfskörper-Element von der Endschweißposition 34 die Atmosphäre
44 erreicht hat, durch reine Schweißzeiten überdeckt.