DE2250936C2

DE2250936C2 - Vorrichtung zum aufeinanderfolgenden Schweißen von Werkstücken mittels Elektronenstrahlen

Info

Publication number: DE2250936C2
Application number: DE2250936A
Authority: DE
Inventors: David Chicago Ill. Sciaky
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-02-15
Filing date: 1972-10-18
Publication date: 1982-10-28
Also published as: US3742365A; DE2250936A1; FR2172075A1; JPS4892245A; JPS5232622B2; FR2172075B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum aufeinanderfolgenden Schweißen von Werkstücken mittels Elektronenstrahlen, die aus einem Drehtisch, einer darüber angeordneten feststehenden Abdichtungsplatte und einer Anzahl von In den Drehtisch eingelassenen Taschen besteht, die auf einer Kreislinie In der Nähe des Außenumfangs des Drehtisches angeordnet sind und zur Aufnahme der zu schweißenden Werkstücke dienen, wobei zwischen der Abdichtungsplatte und dem Drehtisch Dichtungen vorgesehen sind, um in den Taschen den zum Schweißen erforderlichen Unterdruck zu erzeugen und die Abdichtungsplatte mit Öffnungen zum Anschluß von Vakuumpumpen und einer Öffnung für den Duvchtritt der von der Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahlen auf das Werkstück versehen 1st.

Eine Schweißvorrichtung in der vorstehend beschriebenen Art ist aus der FR-PS 20 95 951 oekannt. Die Abdichtung der Taschen für die Aufnahme der Werkstücke wird bei dieser Vorrichtung durch zwei O-Ringdichtungen bewirkt, die konzentrisch zur Drehachse des Drehtisches innerhalb und außerhalb der auf einer Kreislinie angeordneten Taschen verlaufen. Die O-Rlnge werden somit längs ihrer Kreisbahn durch die Infolge der Relativbewegung entstehenden Reibungskräfte beansprucht. Hierdurch entstehen Verschiebungen in der Drehrichtung, was dazu führt, daß sich die elastischen Dichtringe »ufwerfen und zusammenfalten. Als Folge hiervon ergeben sich Undichtigkeiten an der Vorderflanke, wobei durch das Aufwerfen zugleich der Reibungswiderstand erhöht wird. Ein erhöhter Reibungswiderstand führt zu einem schnelleren Verschleiß und damit zu einer ungleichmäßigen Abnutzung der beweglichen Platte.

Die bekannte Vorrichtung ist auch noch in anderer Hinsicht unvorteilhaft. Dies hängt damit zusammen, daß von den beiden O-Rlngdlchtungen alle Taschen des Drehtisches umfaßt werden, d. h. auch diejenigen, die außerhalb der Schweißstellungen liegen. Diese außerhalb liegenden Taschen sind oben offen, so daß hler Luft in den abgedichteten Raum zwischen der feststehenden Platte und dem Drehtisch eintreten kann. Damit ist es praktisch nicht möglich, den zum Schweißen erforderlichen Unterdruck In den im Schweißbereich befindlichen Taschen aufrechtzuerhalten.

Eine andere Vorrichtung dieser Art zeigt die US-PS 32 22 496. Auch hler wird die Abdichtung durch konzentrisch zur Drehachse des Drehtisches angeordnete O-Rlngdlchtungen bewirkt. Demzufolge sind bei dieser Vorrichtung die gleichen Schwierigkelten wie bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zu erwarten.

Aufgabe der Erfindung 1st es, eine Vorrichtung zum aufeinanderfolgenden Schweißen von Werkstücken mittels Elektronenstrahlen hinsichtlich der Abdichtung der Vakuumkammern so zu verbessern, daß die erwähnten Nachteile der bekannten Abdichtungen vermieden werden. Hierbei soll es möglich sein, für die Abdichtung übliche O-Ringe zu verwenden. Auch soll die Abdichtung sowohl für eine geradlinige als auch für eine kreisförmige Bewegung der relativ zueinander bewegbaren Teile geeignet sein.

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abdichtungsplatte eine Gruppe von benachbarten Taschen überdeckt, die nacheinander durch Drehen des Drehtisches In bestimmte Stellungen unterhalb der Abdichtungsplatte gebracht werden können, wobei sie sich In einer der Stellungen unterhalb der Öffnung für den Durchtritt der Elektronenstrahlen befinden und daß die Abdichtungsplatte gegenüber dem Teil des Drehtisches, den sie überdeckt, durch wenigstens zwei endlose Gleltdlchtungen abgedeckt 1st, von denen die eine Innerhalb der anderen angeordnet Ist und die In einem Winkel zur Verschiebungsrichtung des

Drehtisches zickzackförmig verlaufen, wobei unterhalb der Abdichtungsplatte wenigstens zwei gegeneinander und nach außen abgedichtete Räume gebildet werden, von denen der Innere, von der Dichtung begrenzte Raum, die unterhalb der Elektronenstrahlkanone befindliche Tasche, die Öffnung für den Durchtritt der Elektronenstrahlen und die Öffnung zum Anschluß einer Vakuumpumpe umgibt und unter dem zum Schweißen erforderlichen Unterdruck steht, während der äußere von der Dichtung begrenzte Raum bzw. weitere Räume getrennte Unterdruckkammern bilden und Öffnungen zum Anschluß an eine Vakuumpumpe umgeben.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung sind die abgedichteten Räume an getrennte Vakuumpumpen angeschlossen, die unter verschiedenen Unterdrucken gehalten werden, wobei es zweckmäßig ist, In dem äußeren Raum bzw. den äußeren Räumen den höheren Druck zu erzeugen. Der Druck in den von der inneren Dichtung umschlossenen Räumen beträgt vorteilhafterweise etwa 6,65 · 10"² mbar, während der Druck in dem äußeren, zwischen den beiden Dichtungen befindlichen Raum auf einem Wert gehalten wird, der zwischen 6,65 -10'² mbar Wd dem Atmosphärendruck Hegt.

Durch die nach der Erfindung vorgesehene zlckzackförmige Verlegung der elastischen Dichtringe wird verhindert, daß die Reibungskräfte in Längsrichtung auf die Dichtringe einwirken. Dies hat den Vorteil, daß sich die Dichtringe nicht mehr aufwerfen und zusammenschieben können. Vielmehr werden sie nur leicht gegen die entsprechende Seltenwandung der Nut gedrückt und durch diese in ihrer Lage gehalten. Es hat sich gerügt, daß Abdichtungsplatten mit zickzackförmig angeordneten O-Ringdichtungen stoßfrei und gleichmäßig arbeiten und hinsichtlich ihrer abdichtenden Eigenschaften eine äußerst lange Lebensdauer haben.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die besondere Ausgestaltung der Abdichtungsplatte, die nur eine Gruppe benachbarter Taschen des Drehtisches überdeckt, wobei die innere O-Rlngdlchtung nur einen Teil der Taschen dieser Gruppe umschließt, so daß zwei gegeneinander und nach außen abgedichtete Räume gebildet werden. Dies gibt die Möglichkeit, mit Hilfe von zwei Vakuumpumpen In diesen beiden Räumen unterschiedliche Unterdrucke zu erzeugen. Dabei wird jeweils in der In dem Raum zwischen den beiden Dichtungen befindlichen Tasche ein Vorvakuum erzeugt, während erst in ,dem zweiten, inneren Raum das Vakuum auf den an der .Schweißstelle erforderlichen Unterdruck erhönt wird,
τ Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Flg.] eine perspektivische Darstellung einer Elekronenstrahlkanone mit einer Gleitdichtung gemäß vorliegender Erfindung,

F i g. 2 eine Draufsicht auf eine Abdichtungsplatie mit einem O-RIng bekannter Bauart,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Abdichtungsplatte gemäß vorliegender Erfindung für eine geradlinige Bewegung,

Flg. 4 eine Elektronenstrahlkanone mit der erfindungsgemäßen Gleitdichtung, bei der ein Drehtisch für die Zuführung der Werkstücke benutzt wird und die für hohe Produktionsgeschwindigkeiten Verwendung findet und

Fig. 4A und 4B Einzelheiten des auf Fig. 4 dargestellten Drehtisches.

Fig. 1 zeigt eine typische Elektronenstrahlkanone mit Abdichtungseinrichtungen. Der starre Rahmen 1 dient ,zur Halterung der nebeneinanderliegenden Elektronenstrahlkammern 2 und 3. Die Abdlchtungsplatte 8 überdeckt die beiden Vakuumkammern und ist auf ihrer Oberfläche mit einer Nut versehen, die einen eine durchlaufende, biegsame Dichtung bildenden üblichen O-Rlng hält. Die In dem Gehäuse 6 abgeordnete Elektronenstrahlkanone stützt sich auf einem Schlitten 7 ab, der sich In Richtung der eingezeichneten Pfeile auf der Abdichtungsplatte 8 verschieben kann. Die Abdichtungsplatte 8 hat über einen Teil ihrer Länge einen Schlitz, ίο durch den der Elektronenstrahl, der durch die Kanone erzeugt wird, in die Vakuumkammern eintreten kann, so daß er auf die zu schweißenden Werkstücke auftrifft. Eine mit einem Motor angetriebene Spindel 11 betätigt den Schlitten 7 für die Kanone, so daß er sich von einem Ende zum anderen Ende bewegen kann. Die Schweißkaramern 2 und 3 werden durch' Vakuumpumpen 9 und 10 evakuiert. Klemmeinrichtungen für die Werkstücke sind innerhalb der Kammern angeordnet; ferner sind Antriebsmittel 4 und 5 vorgesehen, mit denen das Werkstück innerhalb der Kammern während des Schweißens bewegt werden kann, so daß die Schweißung längs einer vorgegebenen Bahn erfolgen kann. Eine Hochspannungsquelle 12 liefert den notwendigen Strom zum Erzeugen und Beschleunigen des Elektronenstrahls; die für die Betätigung der Maschine erforderlichen Steuereinrichtungen sind in einem Steuergehäuse 13 untergebracht. Bei Inbetriebnahme der Maschine sind die Kammern 2 und 3 zunächt offen, so daß die Werkstücke auf der Werkbank Innerhalb der Kammern befestigt werden können. Die Kammern werden dann geschlossen und bis auf den für die Schweißung erforderlichen Unterdruck, der bei etwa 13,3 · 10² mbar Hegt, evakuiert. Anschließend wird die Elektronenstrahlkanone über einem der Werkstücke ausgerichtet und das erste Werkstück geschweißt. Der Schlitten 7 mit der Kanone wird dann über die Abdichtungsplatte so verschoben, daß die Kanone In einer geeigneten Stellung zum Schweißen des Werkstükkes in der zweiten Kammer 1st. Während diese Schweißung durchgeführt wird, wird die erste Kammer geöffnet, wobei der Unterdruck abgelassen wird, das geschweißte Teil entfernt und ein anderes, noch nicht geschweißtes Werkstück auf die Werkbank aufgelegt. Die Kammer wird dann erneut evakuiert und nach Durchführung der Schweißung in der zweiten Kammer der Schlitten mit der Kanone über die Dichtungsplatte 8 so verschoben, daß die Kanone in der richtigen Stellung über dem In der ersten Kammer angeordneten Werkstück ist.

Ein anderer Maschinentyp kann es erforderlich machen, eine durchlaufende Naht mit einer Länge von 75 bis 100 cm zu schweißen. In diesem Fall wäre nur eine Vakuumkammer erforderlich. In die die zu schweißenden Teile eingelegt werden, und der Transportschlitten der Kanone würde sich längs der Gleltdlchtungsplatte 8 über die erforderliche Länge von 75 oder 100 cm bewegen.

Fig. 2 zeigt eine Ausbildung der Dichtung, wie sie bisher für diese Arbeitswelse benutzt worden 1st. Der O-Rlng 14 1st in einer Nut befestigt, die sich über ihre weitaus größere Länge parallel zur Bewegungsrichtung erstreckt. Wenn sich der Transportschlitten der Kanone In der durch den Pfeil angedeuteten Richtung über die stationäre Abdichtungsplatte 15 bewegt, wird das elastisch biegsame Material, aus dem der O-Rlng 14 besteht, nach rechts gedrückt. Das Abdichtungsmaterial wirft sich dabei auf, bildet Falten und schafft Öffnungen, durch die Luft In die Vakuumkammer eintreten und den Druck Innerhalb der Kammer erhöhen kann, so daß die

Elektronenstrahlschwelßung nicht fortgesetzt werden kann.

F i g. 3 zeigt die Ausbildung der Gleitdichtung gemäß vorliegender Erfindung. Dabei wird eine übliche O-Rlngdlchtung In eine Nut gelegt, die entsprechend der durch gestrichelte Linien In Flg. 3 angedeuteten Strecke In die Platte eingearbeitet wurde. Wenn der Schlitten 7 mit der Elektronenstrahlkanone sich In Richtung des Pfeiles bewegt, kann sich das Material, aus dem der O-Rlng besteht, weder aufwerfen noch in Falten legen, da die Bewegung des Schlittens 7 Immer quer zu dem O-Rlng erfolgt. Der O-Rlng, der durch die Selten der für ihn bestimmten Nut zurückgehalten wird, kann sich In dieser Richtung nicht aufwerfen und zusammenschieben, sondern rollt nur 'eicht zur Seitenwandung der Nut und wird '.5 durch diese gehalten. Es wurde gefunden, daß Abdichtungsplatten mit einer zlckzackförmigen Nut für den O-Ring, wie sie In Fig. 3 dargestellt 1st, stoßfrei und gleichmäßig arbeiten und ihre abdichtenden Eigenschaften erhalten, daß sie eine äußerst lange Lebensdauer haben und es ermöglichen, Elektronenstrahlkanonen herzustellen, die betriebssicher und zufriedenstellend ohne außergewöhnliche Wartung während langer Zelträume arbeiten, so daß das Elektronenstrahlschweißen für Industriezweige mit großem Produktionsausstoß eingesetzt werden kann.

Flg. 4 zeigt eine Elektronenstrahlkanone, die zur kontinuierlichen Herstellung von Werkstücken bei hohen Proriuktionsgeschwlndlgkeiten Verwendung finden kann. Sie besteht aus einem Drehtisch 16 mit einer Anzahl von abdichtbaren Taschen 17, die im gleichen Abstand voneinander auf einer Kreislinie in der Nähe der Kante des Tisches liegen und einer Dichtungsplatte gegenüber der sich der Tisch verschiebt, so daß verschiedene Gruppen von Taschen nacheinander in bestimmte Stellungen unterhalb der Dichtungsplatte gebracht werden können. Die mittels Elektronenstrahlen zu schweißenden Teile können an einer geeigneten Befestigung Innerhalb der Taschen 17 auf dem Tisch 16 befestigt werden. Der Tisch wird mittels eines automatischen Schaltantriebs 18 gedreht und nacheinander von einer Ladestellung in eine erste Vorpumpsteilung und dann durch einen zweiten Pumpraum, in dem die Tasche auf den für das Schweißen geeigneten Unterdruck evakuiert wird, In eine Stellung unterhalb der Elektronenstrahlkanone 19 gebracht, in der die Schweißung durchgeführt wird, während der Schaltantrieb abgeschaltet ist. Das Werkstück durchläuft dann einen Bereich, in dem das Vakuum teilweise abgelassen wird und gelangt schließlich In die Entladestellung, wo es aus der Maschine entfernt wird.

Die O-Rlr.gdichtungen sind an der Abdichtungsplatte 22 angeordnet; sie haben die durch die gestrichelten Linien auf Flg. 4B angedeutete Form, so daß zwei getrennte Räume zwischen dem Tisch 16 und der Abdichtungsplatte 22 gebildet werden, und zwar ein innerer Raum, durch die innere Dichtung 23 und ein zweiter Raum zwischen der Inneren Dichtung 23 und der äußeren Dichtung 24. Der Innere O-Ring 1st zickzackförmig ausgebildet und dichtet den Bereich rund um die Tasche ab, die das unterhalb der Elektronenstrahlkanone angeordnete Werkstück enthält. Die zweite äußere Dichtung 24 ist ebenfalls zlckzackförmlg und dichtet den Raum ab, der die erste Dichtung 23 umgibt. Die Dichtungsplatte 22 1st mit einer ersten Pumpeinrichtung über eine Öffnung 25 in der Dichtungsplatte und eine Leitung 21 verbunden, über die die Tasche 17, die sich In der Vorpumpsteilung befindet, teilweise evakuiert wird. Eine zweite Pumpeinrichtung evakuiert über das Rohr 20 und eine zweite Öffnung 26 In der Abdichtungsplatte den Raum, der durch die innere Dichtung 23 eingeschlossen wird. Die Elektronenstrahlkanone wird über einer dritten öffnung 27 In der Abdichtungsplatte angeordnet, durch die der Elektronenstrahl durchtreten kann und so gehalten und abgedichtet, daß die Tasche mit dem Werkstück, die sich unmittelbar unterhalb der Kanone befindet, ohne Schwierigkeiten auf einem Unterdruck von etwa 6,65 ■ 10"² bis 13,3 · 10"² mbar gehalten werden kann.

Flg. 4A Ist ein Querschnitt an der Schweißstelle durch einen Abschnitt des Drehtisches 16; sie zeigt eine der abdichtbaren Taschen 17 und das Werkzeug 28, das dazu benutzt wird, die Teile 29 und 30, die geschweißt werden sollen, zu halten. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Schweißnaht längs der kreisförmigen Bahn 32 gelegt, die die Verbindung zwischen den Teilen 29 und 30 darstellt. Der Elektronenstrahl 31 durchläuft den kreisförmigen Weg 32 durch Betätigung bekannter, hierfür geeigneter Einrichtungen zur Ablenkung des Elekronenstrahls, die mit der Elektronenstrahlkanorte verbunden sind. Das abgedichtete Gehäuse 33 der Kanone wird in der Bohrung 27 der Abdichtungsplatte 22 befestigt und gegenüber der Abdichtungsplatte mittels nachgiebiger Dichtungen 34 abgedichtet, so daß der Raum unterhalb der Kanone unter dem gewünschten Gasdruck gehalten werden kann.

Mit Hilfe dieser Abdichtungsplatte wird der kleine innere Raum, der die Tasche mit dem Werkstück enthält, das geschweißt werden soll, abgedichtet und evakuiert und der zweite Raum, der den ersten Raum umgibt und ebenfalls zwischen der Abdichtungsplatte und dem Drehtisch Hegt, wird auf einem geringfügig höheren Druck gehalten, der zwischen dem atmosphärischen Druck und dem Druck Hegt, der an der Schweißstelle erforderlich ist. Durch die neue zickzackförmige Ausgestaltung der biegsamen Dichtung, die dazu benutzt wird, die Dichtungsplatte gegenüber dem Drehtisch abzudichten, ist es möglich, den Drehtisch kontinuierlich äußerst lange laufen zu lassen, ohne daß eine übermäßige Abnutzung der Dichtungsmitte! festgestellt werden konnte. Aufwerfungen und Falten des O-Rlnges wurden vermieden; die Maschinen können zum Elektronenstrahlschweißen für Werkstücke mit hohen Produktionsziffern in wirtschaftlicher Weise eingesetzt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum aufeinanderfolgenden Schweißen von Werkstücken mittels Elektronenstrahlen, die aus einem Drehtisch, einer darüber angeordneten feststehenden Abdichtungsplatte und einer Anzahl von in den Drehtisch eingelassenen Taschen besteht, die auf einer Kreislinie in der Nähe des Außenumfangs des Drehtisches angeordnet sind und zur Aufnahme der to zu schweißenden Werkstücke dienen, wobei zwischen der Abdichtungsplatte und dem Drehtisch Dichtungen vorgesehen sind, um in den Taschen den zum Schweißen erforderlichen Unterdruck zu erzeugen und die Abdichtungsplatte mit Öffnungen zum Anschluß von Vakuumpumpen und einer Öffnung für den Durchtritt der von der Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahlen auf das Werkstück versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtungsplatte (22) eine Gruppe von benachbarten ^Taschen (17) überdeckt, die nacheinander durch Drelien des Drehtisches (16) In bestimmte Stellungen unterhalb der Abdichtungsplatte gebracht werden können, wobei sie sich in einer der Stellungen unterhalb der Öffnung (27) für den Durchtritt der Elektronenstrahlen befinden und daß die Abdichtungsplatte gegenüber dem Teil des Drehtisches, den sie überdeckt, durch wenigstens zwei endlose Gleitdichtungen (23, 24) abgedeckt ist, von denen die eine innerhalb der anderen angeordnet 1st und die in einem Winkel zur Verschiebungsrichtung des Drehtisches, zlckzackförmig verlaufen, wobei unterhalb der Abdichtungsplatte (22) wenigstens zwei gegeneinander und nach außen abgedichtete Räume gebildet werden, von denen der innere, von der Dichtung (23) begrenzte Raum, die unterhalb der Elektronenstrahlkanone befindliche Tasche, die Öffnung (27) für den Durchtritt der Elektronenstrahlen und die Öffnung (26) zum Anschluß einer Vakuumpumpe umgibt -and unter dem zum Schweißen erforderlichen Unterdruck steht, während der äußere von der Dichtung (24) begrenzte Raum bzw. weitere Räume getrennte Unterdruckkammern bilden und Öffnungen (25) zum Anschluß an eine Vakuumpumpe umgeben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgedichteten Räume an getrennte Vakuumpumpen angeschlossen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume unter verschiedenen Unterdrucken gehalten werden, wobei In dem äußeren Raum bzw. den äußeren Räumen der höhere Druck herrscht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck In dem Innenliegenden Raum etwa 6,65 ■ 10"² mbar beträgt, während der Druck In dem äußeren Raum zwischen den beiden Dichtungen (23, 24) auf einem Druck gehalten wird, der zwischen 6,65 · W² mbar und atmosphärischem Druck liegt.

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