Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken im Vakuum mit einer Vakuumkam¬ mer, die wenigstens eine Schleusenstation mit einer Schleu¬ senkammer und wenigstens eine Bearbeitungsstation mit einer Bearbeitungsvorrichtung aufweist, und einer Transfervorrich¬ tung, die wenigstens einen Halter zur Aufnahme der Werkstücke aufweist und diesen zwischen den Stationen transportiert, wo¬ bei der wenigstens eine Halter mit jeweils einer umlaufenden Wandung versehen ist, deren oberer Rand in der Schleusensta¬ tion mittels einer relativen Ändruckbewegung gegen eine Dich¬ tung in eine Dichtstellung beweglich ist, in welcher die Schleusenkammer gegen das Innere der Vakuumkammer abgedichtet ist.

Derartige Bearbe-itungsvorrichtungen sind beispielsweise aus der DE 43 41 635 Al, der DE 197 42 923 Al und der EP 0 463 392 Al für scheibenförmige Werkstücke und aus der WO

03/028938 Al bereits auch für nicht scheibenförmige Werkstük- ke bekannt. Bei den bekannten Vorrichtungen werden die Werkstücke mit Hilfe der Transfervorrichtung unterhalb einer Oberseite der Bearbeitungsvorrichtung transportiert und so- wohl die Schleusenkammer als auch die Bearbeitungsvorrichtun¬ gen sind an dieser Oberseite angeordnet. Für zweidimensionale Werkstücke mit einer Bearbeitungsfläche ist diese Lösung ide¬ al, während bei der Bearbeitung dreidimensionaler Werkstücke der Nachteil besteht, daß die Transfervorrichtung eine Hubbe- wegung ausführen muß, die üblicherweise wenigstens der Höhe des Werkstückes entspricht. Die langen Verstellwege führen jedoch zu erhöhten Transportzeiten im Vakuum, so daß sich

entsprechend der Werkstückhöhe längere Bearbeitungszeiten er¬ geben, wobei lange Wege der Anpreßbewegung einerseits und das Erreichen einer guten Anpreßwirkung andererseits auch einen Zielkonflikt darstellen können, weil dann ungünstige Hebel- Verhältnisse auftreten könnten.

Die EP 0 555 764 Bl beschreibt eine Vakuumbearbeitungsanlage, die ohne Anpreßbewegung arbeitet . Hierzu sind vergrößerbare Dichtungen vorgesehen, die mit Hilfe von Gas oder Flüssigkeit mit einem Druck beaufschlagbar sind, dadurch ihr Volumen ver¬ größern und s.o..für die Abdichtung z-wisπhexLdem. Vakuum-und- dem. Umgebungsdruck sorgen. Neben dem hohen Aufwand für die Druck¬ beaufschlagung ist auch ein rascher Verschleiß der Dichtungen zu befürchten,

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken im Vakuum zu schaffen, die unabhängig von der Werkstückhöhe mit kleinen Wegen für die Anpreßbewegung auskommt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher sich eine Wandung jedes Halters wenigstens in Teilbereichen im wesentlichen über die gesamte Höhe der zu bearbeitenden Werkstücke er- streckt, die Höhe der Wandung erheblich größer als der Weg der Andruckbewegung ist und die Wandung eine seitliche Öff¬ nung aufweist, durch die in der Bearbeitungsstation die Bear¬ beitung des jeweiligen Werkstückes erfolgt.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, daß das Werk¬ stück bereits in der Schleusenstation unter Umgebungsdruck auf dem Niveau der Bearbeitungsstation mit Bezug auf die

Transportrichtung abgelegt werden kann, so daß nach dem Eva¬ kuieren der Schleusenkammer nur eine minimale Hubbewegung zur Aufhebung der Dichtwirkung an der Dichtstelle zwischen Schleusenkammer und Vakuumkammer notwendig ist und nach einem Transportvorgang des Werkstückes in die Bearbeitungsstation dieses dort durch die seitliche Wandöffnung bearbeitet werden kann. Die Anpreßbewegung kann, je nach Ausbildung der Trans¬ fervorrichtung, auch zu einer kleinen Verlagerung des Halters mit Werkstück in der Bearbeitungsstation führen, denkbar ist aber auch eine Verlagerung ausschließlich des jeweils in der Schle.usens.ta.tion befindlichen Halters oder auch - bei ruhen¬ dem Halter - ein Anpressen eines beweglich gehaltenen Dicht¬ elements der Vakuumkammer an den oberen Rand der Wandung. In jedem Fall ist nur noch eine Hubbewegung zwischen der Dicht- Stellung einerseits und einer Stellung andererseits notwen¬ dig, in welcher die Dichtflächen gerade so weit freigegeben sind, daß ein Transport des Werkstückes in dem Halter in eine Bearbeitungsstation erfolgen kann.

Die geringe Hubbewegung ermöglicht es in einer besonders be¬ vorzugten Weiterbildung der Erfindung auch ohne weiteres, ei¬ nen einzigen Antrieb zum Durchführen einer kombinierten Dreh- /Hubbewegung der Halter vorzusehen, der beispielsweise über Auslaufschrägen oder eine Kulissenführung als entsprechendes Getriebe die Halter kurz vor Erreichen der Endstellungen in den Stationen zur Durchführung der Anpreßbewegung anhebt.

Grundsätzlich sind verschiedene Arten von Transfervorrichtun- ^' gen denkbar, die die Werkstücke auf einem karussellartigen Träger auf einer Kreisbahn bewegen oder auf einem linearen

Träger Werkstücke zwischen der wenigstens einen Schleusensta¬ tion und der Bearbeitungsstation translatorisch bewegen. Die

- A -

Richtung der Anpreßbewegung muß auch nicht notwendigerweise senkrecht zur Transportrichtung liegen. Insbesondere bei ei¬ ner Drehbewegung der Transfervorrichtung zum Transportieren der Werkstücke kann bei einer Alternativlδsung der vorliegen- den Erfindung anstelle einer Hubbewegung senkrecht zur Trans¬ portrichtung auch eine Bewegung parallel zur Transportrich¬ tung der Werkstücke zwischen den Stationen zur Abdichtung der Schleusenkammer vorgesehen sein. In einem solchem Fall würde dann die Schleusenstation radial in Bezug auf die Drehachse der Transfervorrichtung liegen, während die Bearbeitungssta¬ tion eine Bearbeitung- des Werkstückes durch die Öffnung der Wandung des Halters in einer Richtung parallel zu dieser Drehachse vorsehen würde. Unter dem oberen Rand der Wandung ist dann entsprechend der der Schleusenstation zugewandte Rand der Wandung zu verstehen.

Bei einer Transfervorrichtung, die die Werkstücke mittels ei¬ ner Drehbewegung zwischen den Stationen bewegt und eine Hub¬ bewegung parallel zur Drehachse zur Abdichtung vorsieht, liegt das Niveau der Bearbeitungsstation dann entsprechend unterhalb der Schleusenkammer, während bei einer radialen Hubbewegung zur Abdichtung die Bearbeitungsstation auf einem Radius liegt, der kleiner ist als der Radius der Dichtstelle.

Um rotationssymmetrische Teile umlaufend bearbeiten zu kön¬ nen, ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß die Halter eine Drehantriebsvor¬ richtung aufweisen, die ein Drehen des Werkstückes in der Be¬ arbeitungsstation ermöglicht. Auf diese Weise ist es möglich, beispielsweise einen Turbinenrotor durch Verschweißen einer

Turbinenwelle und eines Turbinenrades in der Bearbeitungssta¬ tion herzustellen, indem die beiden drehbar gelagerten Teile

kontinuierlich gedreht und damit dem durch die Fensteröffnung in der Wandung einstrahlenden Elektronenstrahl ausgesetzt werden. Gegebenenfalls können auch andere Strahlbearbeitungen bei sich drehendem Werkstück erfolgen, die auf das Vorhanden- sein eines Vakuums angewiesen sind.

Besonders bevorzugt ist die Kombination eines eine Rotation des Werkstückes ermöglichenden Halters bei parallel zur Dreh¬ achse der Transfervorrichtung liegender Drehachse des Werk- Stückes insbesondere für die Fertigung von Turbinenrotoren, da dann die gemeinsame Lagerung der Haltevorrichtung, für die Turbinenwelle und für das Turbinenrad in einem Teil ermög¬ licht ist. Die Bearbeitung erfolgt dann zwischen den in den Halter aufgenommenen Haltevorrichtungen Dies gestattet wie- derum einen besonders runden und planen Lauf bei der Ferti¬ gung, so daß sich die sehr hohen Anforderungen an Rundlauf und Planschlag beim fertigen Turbinenrotor leichter einhalten lassen.

Die in der Wandung zur Bearbeitung vorgesehene Öffnung kann auf verschiedene Art und Weise ausgebildet sein. Zunächst ist es möglich, die Öffnung durch ein Fenster in der Wandung zu bilden, es ist aber auch möglich, eine Ausnehmung vom oberen Rand der Wandung zur Bildung der Öffnung vorzusehen. In jedem Fall ist darauf zu achten, daß die Öffnung in der Schleusen¬ station sicher abgedichtet werden kann.

Hierzu kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine separate Dichtvorrichtung vorgesehen sein, die in der Schleusenstation die als Fenster ausgebildete Öffnung in der

Wandung des jeweiligen Halters druckdicht verschließt. Diese Dichtvorrichtung verhindert, daß es bei der Durchführung des

Be-/Entladevorgangs nach dem Fluten der Schleusenkammer zu einem Druckanstieg in der Vakuumkammer kommt. In der Regel läßt sich die Dichtwirkung mit einer separaten Dichtvorrich¬ tung einfacher und mit höherer Betriebssicherheit erreichen, als durch andere Abdichtmaßnahmen, die beispielsweise die Be¬ wegungen des Halters durch die Transfervorrichtung ausnutzen. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel kann als Dichtvor¬ richtung ein Schließkolben vorgesehen sein, der von der Vaku¬ umkammer aus an den Rand der Öffnung in der Wandung abdich- tend anpressbar ist. Zweckmäßig ist es dabei, den Schließkol¬ ben oder ein ihn betätigendes Stellelement druckdicht durch die Wandung der Vakuumkammer zu führen, insbesondere um im Wartungsfall einen leicht zugänglichen Schließkolben zu ha¬ ben.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Wandung zu der Bearbeitungsvorrichtung hin anstelle eines Fensters schräg abfallend zur Bildung der Öffnung ist, so daß die Bearbeitung dort über dem oberen Rand der Wandung erfol- gen kann, wobei im Bereich der Schleusenstation eine entspre¬ chend schräg ausgebildete Dichtfläche vorgesehen ist. Bei dieser Lösung besteht die Öffnung aus der heruntergezogenen Wandung, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß in der Schleu¬ senstation die Dichtwirkung allein durch beispielsweise eine Hubbewegung der Transfervorrichtung und das Anpressen an die schräge Dichtfläche erfolgen kann, ohne daß beispielsweise eine separate Dichtvorrichtung zur Abdichtung eines Fensters oder einer sonstigen Öffnung notwendig wäre. Die Schräge sollte eine Flächenerstreckung im wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung der Transfervorrichtung haben, so daß die Hubbewegung nicht oder nur minimal vergrößert wird.

Die beschriebene Vorrichtung muß nicht auf zwei Stationen be¬ schränkt sein, die lediglich ein gleichzeitiges Be-/Entladen und Bearbeiten von Werkstücken ermöglichen. Vielmehr ist das Vorsehen wenigstens einer weiteren Bearbeitungsstation ohne weiteres denkbar, sofern beispielsweise Bedarf an einer zu¬ sätzlichen Bearbeitungsstation, die auch eine Bearbeitung des Werkstückes in einer Richtung senkrecht zu der Bearbeitungs- richtung durch die Öffnung vorsehen kann, besteht . Solche weiteren Bearbeitungsvorgänge, die auf eine evakuierte Umge- bung angewiesen sind, sind beispielsweise Beschichtungsvor- gänge oder auch Wärmebehandlungen mit einem Elektronenstrahl. Möglich ist mit der vorliegenden Erfindung auch, eine Radial¬ bearbeitung des Werkstückes einerseits und eine stirnseitige Bearbeitung andererseits in einer zusätzlichen Bearbeitungs- Station durchzuführen, die, wie bereits erwähnt, senkrecht zu der Bearbeitungsstation durch die seitliche Wandung angeord¬ net ist.

Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eingegangen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematiache Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Werkstückbearbei¬ tung im Vakuum während des Bearbeitens und des Be-/Entladens;

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 in einem Transportzustand.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 10 zum Bearbeiten von

Werkstücken 11 (vereinfacht dargestellt) mit dreidimensiona¬ ler Erstreckung, d. n. nicht scheibenförmiger Ausbildung, ge-

zeigt. Die Vorrichtung ist dabei insbesondere für das Ver¬ schweißen von Turbinenwellen und Turbinenrädern zu Turbinen¬ rotoren gedacht, grundsätzlich ist sie aber auch für bei¬ spielsweise das radiale Verschweißen von Druckspeichern aus Ober- und Unterteilen, Wellen mit KupplungsSternen, wie sie beispielsweise bei Anlassern von Automobilen Verwendung fin¬ den, oder zum radialen Verschweißen von gedrehten Wellen mit umgeformten Blechglocken geeignet, die typischerweise in Au¬ tomatikgetrieben eingesetzt werden.

Die Vorrichtung besitzt eine Vakuumkammer 12, die mit Hilfe einer Vakuumpumpe 14 auf ein für die durchzuführende Bearbei¬ tung geeignetes Druckniveau evakuierbar ist . Die Vorrichtung 10 besitzt eine Schleusenstation 16 zum Einschleusen der Werkstücke 11 aus der Umgebung in die Vakuumkammer 12 und ei¬ ner Bearbeitungsstation 18, in welcher die Werkstücke 11 mit Hilfe eines Elektronenstrahlgenerators 20 einem Schweißvor¬ gang unterzogen werden können. Je nach gewünschter Bearbei¬ tung können in der Bearbeitungsstation 18 auch andere Bear- beitungsvorrichtungen vorgesehen sein.

Der Transport der Werkstücke zwischen der Sch.leusenstat.ion 16 und der Bearbeitungsstation 18 erfolgt mit Hilfe eine Trans¬ fervorrichtung 21 mit einem drehbaren Halterträger 22, der über ein Dreh-/Hubgetriebe mit einem elektrischen Drehan¬ triebsmotor 26 gekoppelt ist. Das Dreh-/Hubgetriebe 24 ermög¬ licht das Verschwenken des Halterträgers 22 zum Transport der Werkstücke 11 zwischen den Stationen 16, 18 einerseits und die Durchführung einer Hubbewegung im Bereich der einzelnen Stationen andererseits, auf deren Zweck später noch näher eingegangen wird.

- S -

Der Halterträger 22 besitzt zwei zylindrische Ausnehmungen 28, 30, die als Halter für Werkstücke 11 vorgesehen sind. Die identisch ausgebildeten Halter 28, 30 verfügen über jeweils eine umlaufende Wandung 32, die sich bis über das zu bearbei- tende Werkstück hinaus erstrecken, d. h. die in den Haltern 28, 30 aufgenommenen Werkstücke ragen nicht über die Wandun¬ gen 32 hinaus. Während bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Halter 28, 30 und der Halterträger 22 einstückig ausge¬ bildet sind, ist auch eine vom Halterträger 22 unabhängige Ausbildung der becherförmigen Halter 28, 30 möglich. In den Haltern 28, 30 sind jeweils angetriebene Drehhaltevorrichtun¬ gen 34 vorgesehen, die ein Rotieren der Werkstücke 11 in der Bearbeitungsstation 18 ermöglichen, um beispielsweise mit Hilfe des Elektronenstrahlgenerators 20 eine umlaufende Ver- schweißung der Turbinenwelle mit dem Turbinenrad zu ermögli¬ chen. Die Drehhaltevorrichtungen 34 für die Werkstückteile, d. h. die Turbinenwelle und das Turbinenrad, sind in einem Teil gelagert, so daß durch die gemeinsame Bearbeitung beider Lagerstellen bei deren Herstellung ein besonders runder und planer Lauf während der Bearbeitung der Werkstücke 11 ermög¬ licht ist, was wiederum zu einem fertigen Turbinenrotor führt, der höchsten Anforderungen an Rundlauf und Planschlag genügt .

Der Eintritt des Elektronenstrahls des Elektronenstrahlgene¬ rators 20 erfolgt durch eine seitliche Öffnung 36 in der HaI- terwandung 32.

Ferner ist eine Dichtvorrichtung 38 vorgesehen, die durch die Wandung der Vakuumkammer 12 geführt ist und einen Schließkol¬ ben 40 aufweist, mit Hilfe dessen die Öffnung 36 der jeweili-

gen Kammer 28 im Bereich der Schleusenstation druckdicht ver¬ schließbar ist.

In Fig. 1 sind ferner ein Schleusendeckel 42, mit Hilfe des- sen eine Schleusenkammer 44 gebildet und druckdicht ver¬ schlossen werden kann, sowie eine weitere Vakuumpumpe 46 und Flutventile 48 gezeigt, mit Hilfe derer die Schleusenkammer 44 wahlweise evakuiert oder geflutet werden kann.

In Fig. 1 ist die zuvor beschriebene Vorrichtung mit geöffne¬ tem Schleusendeckel -4-2 gezeigt. Gleichzeitig befindet sich der Halterträger 22 in einer durch den Antrieb 24, 26 angeho¬ benen Stellung, so daß der umlaufende obere Rand 50 der Wan¬ dung 32 des in der Schleusenstation 16 befindlichen Halters 28 mit Hilfe einer Dichtung 52 druckdicht gegen eine obere

Decke der Vakuumkammer 12 angepreßt ist. Der Schließkolben 40 verschließt die seitliche Öffnung 36 der ersten Kammer 28, so daß in der Vakuumkammer 12 und im Inneren des zweiten Halters 30 Vakuumbedingungen herrschen (schraffiert dargestellt) , während das Innere des zweiten Halters 28 unter Umgebungs¬ druck steht. An der Schleusenstation ist in der in Fig. 1 ge¬ zeigten Stellung eine Entnahme eines bearbeiteten Werkstückes 11 und ein Einsetzen in die Drehhaltevorrichtungen 34 bei¬ spielsweise eines Turbinenrades und einer Turbinenwelle mög- lieh, die in der Bearbeitungsstation bearbeitet werden sol¬ len.

Während dieses Be- und Entladevorganges erfolgt in der Bear¬ beitungsstation 18 die bereits angesprochene Durchführung des Schweißvorganges. Da durch die Fensteröffnung 36 einerseits und die nicht abgedichtete Oberseite des Halters 30 anderer¬ seits eine Verbindung zwischen dem Inneren des Halters 30 und

der Vakuumkammer 12 besteht, herrschen im gesamten Wirkbe¬ reich des Elektronenstrahles die geforderten Vakuumbedingun¬ gen.

Nach Beendigung des Beladevorganges wird der Schleusendeckel 42 geschlossen, wobei der Bearbeitungsvorgang ggf. noch an¬ dauern kann. Nunmehr beginnt die Vakuumpumpe 46 damit, die Schleusenkammer 44 und damit auch das Innere des Halters 28 zu evakuieren, bis auch dort die in der Vakuumkammer 12 vor- liegenden Bedingungen herrschen. Liegt der entsprechende

Druckausgleich vor, kann nach Beendigung des- Bearbeitungsver¬ fahrens der Schließkolben 40 von der Öffnung 36 abgehoben werden, worauf hin über den Dreh-/Hubantrieb 24, 26 der Halterträger 22 zunächst abgesenkt und dann um 180° verschwenkt wird. Das Ende dieses Transportzustandes ist in Fig. 2 gezeigt, wobei sich der Halterträger 22 noch in der abgesenkten Stellung befindet. Schließlich wird die Bewegung des Halterträgers durch eine erneute Anhebung abgeschlossen, wobei wiederum der umlaufende obere Rand 50 der Wandung 32 im Bereich der Schleusenstation 18 gegen die obere Decke der

Vakuumkammer 12 gepreßt wird. Nach Erreichen der Endlage kann in der Bearbeitungsstation 20 unmittelbar mit dem erneuten Bearbeitungsvorgang begonnen werden. In der Schleusenstation 18 wird zunächst die Öffnung 36 durch Betätigung des Schließkolbens 40 druckdicht verschlossen und anschließend wird die Schleusenkammer 44 und damit auch das Innere des Halters 28 durch Öffnen der Schleusenflutventile 48 geflutet. Sobald der Druckausgleich mit der Umgebung hergestellt ist, kann der Schleusendeckel 42 für einen erneuten Be- /Entladevorgang geöffnet werden, wodurch sich wiederum die in

Fig. 1 gezeigte Stellung der Vorrichtung 10 ergibt.

Weiterbildungen der gezeigten Vorrichtung können insbesondere weitere Bearbeitungsstationen vorsehen, beispielsweise Be- schichtungs- oder Härtungsvorrichtungen, wobei es grundsätz¬ lich auch denkbar ist, weitere Bearbeitungsvorrichtungen an der Oberseite der Vakuumkammer 12 vorzusehen. Damit ist zum einen eine radial seitliche Bearbeitung aber auch eine stirn¬ seitige Bearbeitung möglich. Anstelle des kombinierten Dreh- /Hubantriebes können selbstverständlich auch Antriebe vorge¬ sehen sein, bei denen die Drehbewegung durch einen ersten An- triebsmotor und die Hubbewegung durch ein zweites Antriebs- glied bewerkstelligt wird, insbesondere wenn der Halterträger und die Halter getrennt ausgebildet sind.

Hinsichtlich der in den Abbildungen gezeigten Fenster als Öffnungen 36 in den Wandungen der Halter ist anzumerken, daß es grundsätzlich auch denkbar ist, die Wandung des Halters in ihrer Höhe zur Bearbeitungsstation hin abfallend auszubilden, so daß die Bearbeitung, d. h. beim gezeigten Ausführungsbei¬ spiel der Schweißstrahl, über den Rand der Wandung das Werk- stück erreichen kann. Die Öffnung ist entsprechend durch den heruntergezogenen Rand der Wandung gebildet. Die Abdichtung in der Sch.leusenstat.ion kann bei einer solchen Ausführungs- form besonders einfach dadurch erreicht werden, daß dort eine dem oberen Rand der Wandung entsprechend abgeschrägte und/oder konturierte Dichtfläche vorgesehen ist, so daß die Abdichtung der Öffnung mit dem Abdichten der Schleusenkammer zu der Vakuumkammer einhergeht. Eine separate Dichtvorrich¬ tung kann bei einer solchen Ausführungsform entfallen.