BESCHICHTUNGSANORDNUNG

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Werkstückträgereinrichtung zum Bewegen von Werkstü- cken mit einem um eine Hauptachse drehbaren Antriebsrad zur Aufnahme von Werkstückanord nungen und mehreren jeweils um eine Rotationsachse drehbaren, auf dem Antriebsrad

angeordneten Antriebskörpern.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Solche Werkstückträgereinrichtungen werden zur Bearbeitung von Werkstücken vor allem in Vaku- umanlagen und insbesondere zur Beschichtung der Werkstücke in Vakuumanlagen genutzt. Sie die nen dazu, die Werkstücke, die an mehreren Werkstückträgereinheiten angebracht sind, in einem Beschichtungsraum zu bewegen, um eine gleichmäßige Beschichtung aller freiliegenden Flächen der Werkstücke in dem Beschichtungsraum zu gewährleisten. Solche Werkstückträgereinrichtungen sind besonders dazu geeignet, zylindrische oder hülsenförmige Werkstücke in einem Beschichtungsraum zu bewegen. Dabei sind die Werkstücke krönen- bzw. kranzartig um die Hauptachse angeordnet und werden um die Hauptachse herum in dem Beschichtungsraum bewegt. Um eine gleichmäßige Be schichtung aller Flächen zu erreichen, insbesondere der zylindrischen Umfangsflächen, sind die Werkstücke dazu in drehbaren Halterungen angeordnet, die über die Antriebskörper um ihre eigene, die Rotationsachse, rotieren. Beim Beschichten bewegen sich die Werkstücke um die Hauptachse und um die jeweilige Rotationsachse, so dass alle Flächen durch das Beschichtungsmaterial im Be schichtungsraum bewegt werden.

Es gibt Werkstückträgereinrichtungen, bei denen die Werkstückträger oder Werkstückträgereinhei ten über Kurbelmechanismen in Verbindung mit einer Exzenterscheibe um die Rotationsachse in Drehung versetzt werden. Solche Antriebe können jedoch bei relativ schweren Werkstückanordnun- gen problematisch sein, da unter Umständen vergleichsweise hohe Stellkräfte zur Betätigung der Kurbelantriebe erforderlich sind und dadurch die Kurbelantriebe ebenfalls relativ schwer und auf wendig herzustellen sind. Durch Unwuchten oder ähnliches kann auch das Problem bestehen, dass keine gleichförmige Rotation um die jeweiligen Rotationsachsen erzielbar ist und dadurch die Be schichtungsergebnisse unter Umständen unbefriedigend sein können. Uber Zahnradgetriebe angetriebene Werkstückträger(einheiten) erfordern hohen Fertigungsaufwand für die Zahngeometrien und können wegen der hohen Temperaturschwankungen (zwischen 20° und 600° C) in einem Beschichtungsraum problematisch sein, da thermisch verursachte Änderungen der Geometrie die Funktion beeinträchtigen können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht also darin, eine verbesserte Werkstückträgerein richtung zur Verfügung zu stellen, bei der diese Nachteile wenigstens teilweise ausgeräumt sind. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Nach einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Werkstückträgereinrichtung bereit, die ein um eine Hauptachse drehbares Antriebsrad zur Aufnahme von Werkstückanordnungen, mehrere jeweils um eine Rotationsachse drehbare, auf dem Antriebsrad angeordneten Antriebskör pern mit jeweils einem Antriebsritzel und ein stillstehendes Antriebshohlrad mit einer Innenverzah- nung aufweist, die mit den Antriebsritzeln kämmt. Dabei verlaufen die Rotationsachsen parallel zur Hauptachse und sind in einem konzentrisch zur Hauptachse verlaufenden Ringbereich des Antriebs rads angeordnet, so dass die Antriebskörper bei Drehung des Antriebsrads relativ zum Antriebs hohlrad um ihre jeweiligen Rotationsachsen rotieren, wobei das Antriebshohlrad, die Antriebskörper mit ihren Antriebsritzeln so ausgebildet und zueinander angeordnet sind und zwischen Antriebs- hohlrad und Antriebsritzeln so ein Arbeitsspiel besteht, dass die Antriebswirkung im Betrieb gleich mäßig auf alle Antriebsritzel übertragen wird.

Nach einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Beschichtungsanordnung bereit, die mit einer solchen Werkstückträgereinrichtung versehen ist.

Weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen An- Sprüchen, der beigefügten Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausfüh rungsformen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beige fügte Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen

Werks tücktr ägereinrich tung;

Fig. 2 eine detaillierte Darstellung des Antriebsmechanismus der in Figur 1 dargestellten Werk stückträgereinrichtung mit einer vergrößerten Darstellung des Eingriffs der Antriebsrit zel mit dem Antriebshohlrad;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung des in Figur 1 dargestellten Antriebsrades der erfindungsgemä ßen Werkstückträgereinrichtung;

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Antriebskörpers und Fig. 5 eine Explosionsdarstellung des Antriebsrades mit den Antriebskörpern einer erfindungs gemäßen W erkstückträgereinrichtung.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veran- schaulicht. Vor einer detaillierten Beschreibung folgen zunächst allgemeine Erläuterungen zu den Ausführungsformen.

Die Werkstückträgereinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist durch ein Antriebs- bzw. Arbeitsspiel gekennzeichnet, das einen gleichmäßigen Antrieb aller Antriebskörper ermöglicht. Dieses Antriebsspiel ist gekennzeichnet durch ein besonderes Zusammenspiel der Abmessungen der Antriebsritzel und der Verzahnung des die Antriebsritzel umgebenden Hohlrades mit dem diese kämmen. Weiter ist es durch das Durchmesserverhältnis zwischen dem Antriebshohlrad und einem Ringkreis definiert, auf dem die Rotationsachsen angeordnet sind, um die die Antriebskörper rotie ren. Schließlich ist das Arbeitsspiel auch durch die Art und die Geometrie der Innenverzahnung und der Zahnkränze der Ritzel definiert. Es ist so gewählt, dass auch temperaturbedingte Ausdehnungen bzw. Schrumpfungen berücksichtigt und neutralisiert werden, so dass der Betrieb in einem Tempe raturbereich von ca. 600° C sichergestellt ist, insbesondere für korrosionsfeste Stähle (z.B. 1.4301 und ähnlich)

Als Verzahnung hat sich dabei die Evolventenverzahnung bewährt. Es können auch andere geeig nete Verzahnungen realisiert werden. Das Durchmesserverhältnis zwischen dem Rotationsachsenkreis (Ringkreis) und dem Nenndurch messer (Zahnfußkreis- bzw. Zahnkopfkreisdurchmesser) des Antriebshohlrades ist dabei zwischen 0,75 und 0,9 wählbar. Das Verhältnis zwischen dem jeweiligen Nenndurchmesser (Fußkreis- bzw. Kopfkreisdurchmesser) der Ritzel und dem des Antriebshohlrades und dem liegt zwischen 0,1 und 0,3.

Dabei können von 3 bis 25 Antriebskörper in einem entsprechenden Hohlrad angeordnet werden. Das Übersetzungsverhältnis zwischen den Antriebsritzeln und der Innenverzahnung des An triebshohlrades ist so gewählt, dass bei einer kompletten Drehung des Antriebsrades um 360° um die Hauptachse jeder Antriebskörper 3 bis 15 Umdrehungen vollzieht.

Das auf die Nenndurchmesser des Hohlrades bzw. des Ringkreises bezogene Arbeitsspiel beträgt für einen Durchmesserbereich von ca. 200 bis 300 mm 0,05 bis 0,6 mm vorzugsweise zwischen 0,1 bis 0,3 mm und insbesondere 0,1 mm. Durch die jeweiligen Zahnfußkreise, Zahnkopfkreise bzw. die im Betrieb wirkenden Teilkreise der gesamten Verzahnung wird das Hohlrad radial zu den im Eingriff stehenden Antriebsritzeln gelagert. Es gibt Ausführungen, bei denen das Arbeitsspiel so bemessen ist, dass die Zahngeometrien der An triebsritzel und des Antriebshohlrades in einem thermischen Schneidverfahren herstellbar sind, wo bei das thermische Schneidverfahren insbesondere ein Laserschneidverfahren ist. Damit ist es möglich, die Wirkgeometrie der Antriebsritzel und der Innenverzahnung ohne aufwendige Nachbe- arbeitungen wie Schleifen oder Fräsen auszubilden, so dass die laserstrahlgeschnittenen Antriebsrit zel mit einem ebenso hergestellten Antriebshohlrad ohne zusätzliche Nachbearbeitungen verwendbar sind.

Es gibt Ausführungen, bei denen das Antriebshohlrad verschieblich in einer senkrecht zur Haupt achse verlaufenden Einstellebene angeordnet ist. Eine solche schwimmende bzw. fliegende Lage- rung des Antriebshohlrades erlaubt eine drehfeste Fixierung relativ zum Antriebsrad— beispielsweise an einem Maschinengestell— und gleichzeitig eine selbsteinstellende Arbeitsposition in der Einstelle bene, die sich im Betrieb, also bei Rotation des Antriebsrades, ergibt. Auf diese Weise ist ein leicht gängiger, verschleißarmer Antrieb realisierbar.

Dabei gibt es Ausführungen, bei denen die Einstellebene durch eine zwischen dem Antriebsrad und dem Antriebshohlrad angeordneten Gleitring definiert ist, der mit dem Antriebshohlrad in der Ein stellebene eine Gleitpaarung bildet. Durch diese Anordnung ist sichergestellt, dass eine leicht ver stellbare Selbstzentrierung des Antriebshohlrades in der Gleitebene sichergestellt ist. Das Hohlrad kann dabei beispielsweise aus einem geeigneten Stahlwerkstoff hergestellt sein, während der Gleit ring aus einem geeigneten Gleitlagerwerkstoff wie z.B. (Sinterwerkstoffe) herstellbar ist.

In einer Ausführung, bei welcher der Gleitring drehfest mit dem Antriebsrad verbunden ist, wird si chergestellt, dass die Gleitwirkung nur in der Einstellebene erfolgt, da sich der Gleitring im Betrieb zusammen mit Antriebsrad dreht und dabei am Antriebshohlrad entlang gleitet, so dass im Betrieb immer die niedrigere Gleitreibung zwischen Antriebshohlraum und Gleitring wirkt und das Hohlrad leicht verstellbar ist. Es gibt Ausführungen, wobei die Antriebskörper hülsenförmig ausgebildet sind und jeweils drehbar auf einem im Antriebsrad fixierten Lagerdorn gelagert sind. Damit wird auf einfache Weise eine ge naue Lagedefinition der Antriebskörper sichergestellt und die Lagerung ist durch die hülsenförmige Gestaltung vor äußeren Einflüssen geschützt.

Es gibt Ausführungen, bei denen innen im Antriebskörper zwischen Lagerdorn und Antriebskörper eine Lagerkugel angeordnet ist, welche die Tragfähigkeit und die Beweglichkeit der Antriebskörper auf dem Lagerdorn verbessert. Lagerdorn und Lagerkugel können dabei aus einem besonders harten Lagerwerkstoff hergestellt werden und können gegebenenfalls bei Verschleiß unabhängig von dem Antriebskörper selber ausgetauscht werden. Es gibt Ausführungen, bei denen das Antriebsrad auf einer vertikalen Antriebswelle angeordnet ist und mit einem Trägerrad gekoppelt ist— über diese gemeinsame Antriebswelle— und zwischen Trä gerrad und Antriebsrad stangenartige Werkstückträger derart koppelbar sind, dass deren Gewichts last über das Trägerrad und die Antriebswirkung (Rotation um die Rotationsachsen) über die Antriebskörper erfolgt. Damit wird die Drehbarkeit der Antriebskörper um ihre Rotationsachse auf dem Antriebsrad verbessert, da die Lagerungen keine Vertikallasten durch das Gewicht der Werk stückträger und der daran gekoppelten Werkstücke aufnehmen muss.

Es gibt Ausführungen, bei denen die Werkstückträger jeweils an einem oberen Aufhängungsende einen Aufhängungskopf zur Koppelung mit dem Trägerrad und an einem unteren Antriebsende ei- nen Kopplungskopf zur formschlüssigen und drehfesten Kopplung mit einem Antriebsende des An triebskörpers aufweisen. Auf diese Weise lässt sich die Drehung und Aufnahme auch relativ schwerer Werkstückträgeranordnungen leicht realisieren, da die vertikalen Elaltekräfte über das Auf hängungsende bzw. den dort ausgeführten Aufhängungskopf aufgenommen werden und der am un teren Ende angeordnete Kopplungskopf frei von vertikalen Gewichtslasten lediglich die

Rotationsbewegung über das Antriebsende des Antriebskörpers aufnimmt und auf den Werkstück träger und die daran angeordneten Werkstücke überträgt.

Dabei gibt es Ausführungen, bei denen der Aufhängungskopf mit dem Kopplungskopf am An triebsende über eine entnehmbare Verbindungsstange koppelbar ist und die Verbindungsstange am Werkstückträger angeordnete Werkstücke durchsetzt. Damit lassen sich mehrere hohle und gegebe- nenfalls auch unterschiedlich gestaltete Werkstücke gewissermaßen auf die Verbindungsstange auffä deln und können zwischen dem Aufhängungskopf und dem Kopplungskopf so fixiert werden, dass sie die Rotation der Antriebskörper synchron ausführen. Die drehfeste Kopplung der Werkstücke kann entweder formschlüssig oder kraftschlüssig— durch Verspannen der Werkstücke zwischen dem Aufhängungskopf und dem Kopplungskopf über die Verbindungsstange— realisiert werden. Nun zurückkehrend zu den Figuren:

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Werkzeugträgereinrichtung 1 mit ei nem um eine Flauptachse 2 drehbaren Antriebsrad 3 zur Aufnahme von (hier 25) Werkstückanord nungen 4, die jeweils um Rotationsachsen 5 drehbar am Antriebsrad 3 angeordnet sind.

Funktion und Aufbau des Antriebsrades 3 werden nun zunächst anhand der Figuren 2 bis 5 erläu- tert. Das Antriebsrad 3 ist mit mehreren Antriebskörpern 6 versehen, die eine Antriebshülse 7 um fassen, die drehfest mit einem Antriebsritzel 8 versehen ist, die mit der Innenverzahnung eines Hohlrades 9 kämmt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind 25 Antriebskörper 6 auf einem Antriebsring 10 des Antriebsrades 3 angeordnet. Jeder der Antriebskörper 6 ist auf einem Lagerdorn 11 gelagert, so dass dieser in das Innere der Antriebshülse 7 hineinragt und über eine Lagerkugel 12 die Antriebshülse 7 auf seiner Lagerspitze trägt. Dabei bleibt die untere Stirnfläche der Antriebshülse 7 und des An- triebsritzeis 8 frei von der Oberfläche des Antriebsrades 3. So ist sichergestellt, dass sich der An triebskörper 6 frei auf dem Lagerdorn 11 drehen kann. Alle Antriebskörper 6 sind auf diese Weise drehbar kreisförmig auf dem Antriebsring 10 des Antriebsrads 3 angeordnet. Die Rotationsachsen 5 sind dabei auf einem Ringkreis 14 angeordnet, der vom Hohlrad 9 umgeben ist, so dass die Hohlrad verzahnung mit der Außenverzahnung der Antriebsritzel 8 kämmt.

Nenndurchmesser des Hohlrades 9 und der Durchmesser des Ringkreises 14 stehen in einem Ver hältnis von etwa 1,1 bis 1,5 zueinander. Das Hohlrad 9 ist über einen Gleitring 16 in einer Einstelle bene 17 verschieblich gelagert und über eine Anlenkgabel 18 drehfest zu einem nicht dargestellten Hauptgestell fixiert.

Ein Innenkranz 19 schirmt die Antriebsritzel 8 nach innen ab, die an ihrer Oberseite durch eine ge- lochte Abdeckscheibe 20 abgedeckt sind und aus der die Antriebshülsen 7 herausragen.

Bei Antrieb des Antriebsrades 3 um die Hauptachse 2 wälzen nun die Antriebsritzel 8 der Antriebs körper 6 am relativ zur Drehung feststehenden Hohlrad 9 und werden dadurch in Rotation um die Rotationsachsen 5 versetzt, so dass sich die Antriebskörper 6 um die Hauptachse 2 hemm bewegen und sich dabei um ihre (eigene) Rotationsachse 5 drehen. Uber ein Koppelprofil 21 an der Spitze der Antriebshülsen 7 sind diese formschlüssig mit einem Kopplungskopf 22 versehen, der Bestandteil eines Werkzeugträgers 23 ist, der einen Bestandteil der Werkstückanordnung 4 bildet.

Deren Aufbau und Funktion wird anhand der Figur 1 erläutert. Das Antriebsrad 3 ist über eine An triebswelle 24 mit einem Trägerrad 25 gekoppelt, das zur Aufnahme der Werkstückanordnung 4 dient. Am oberen Ende der Werkstückanordnung 4 ist dabei ein Aufhängungskopf 26 vorgesehen, der über eine Verbindungsstange 27 mit dem Kopplungskopf verbunden ist. Dabei sind zwischen Aufhängungskopf 26 und Kopplungskopf 22 Werkstücke 28 (hier zylindrische Hülsen) auf der Ver bindungsstange 27 aufgefädelt und drehfest miteinander gekoppelt, indem die Verbindungsstange zwischen dem Aufhängungskopf und dem Kopplungskopf verspannt wird.

Die so gebildete Werkstückanordnung 4 wird über den Kopplungskopf 26 in das Trägerrad 25 ver- drehbar eingehängt und mit dem Kopplungskopf 22 drehfest mit dem Antriebskörper 6 gekoppelt. Bei Drehung des Antriebsrades 3 und des Trägerrades 25 über die Antriebswelle 24 wird dabei jede der Werkstückanordnungen, von denen in Figur 1 nur eine dargestellt ist, in Rotation um die Rotati onsachsen 5 versetzt und um die Hauptachse 2 verdreht und sie bewegen sich dabei in einem Be schichtungsraum einer Beschichtungsanordnung 100, die durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Die Verzahnungen der Antriebsritzel 8 und des Hohlrades 9 sind in einem Laserschneidverfahren ausgebildet und zwischen dem Hohlrad 9 und den Antriebskörpern 6 bzw. den Antriebsritzeln 8 be steht ein Arbeitsspiel, das so ausgebildet ist, dass sich das Hohlrad 9 im Betrieb kräftearm um die verschiedenen Antriebsritzel 8 zentriert und diese gleichmäßig antreibt.

Das Arbeitsspiel beträgt dabei bezogen auf die Nenndurchmesser des Hohlrades 9 bzw. den An triebskreisdurchmesser von etwa 0,15 bis 1 % bei einem Ringkreisdurchmesser NR von ca. 150 mm und einem Nennkreisdurchmesser N _H des Hohlrades von ca. 170 mm beträgt das Arbeitsspiel zwi schen 0,05 mm und 0,6 mm. Der Gleitring 16 ist aus einem gleitfähigen Werkstoff wie z. B. einem Sinterwerkstoff ausgeführt, während die anderen Bauteile im Wesentlichen aus korrosionsfesten Stahlwerkstoffen (z.B. 1.4301) ausgebildet sind.

Weitere Ausführungen und Variationen der Erfindung ergeben sich für den Fachmann im Rahmen der Ansprüche.

BEGZU GSZEICHENLISTE

1 Werkstückträgereinrichtung

2 Elauptachse

3 Antriebsrad

4 Werkstückanordnung

5 Rotationsachse

6 Antriebskörper

7 Antriebshülse

8 Antriebsritzel

9 Hohlrad

10 Antriebsring

11 Lagerdorn

12 Lagerkugel

14 Ringkreis

15 Hohlradverzahnung

16 Gleitring

17 Einstellebene

18 Anlenkgabel

19 Innenkran

20 Abdeckscheiben

21 Koppelprofil

22 Kopplungskopf

23 Werkstückträger

24 Antriebswelle

25 Trägerrad

26 Aufhängungskopf 27 Verbindungsstange 100 Beschichtungsanordnung NR Ringkreisdurchmesser N _H Nenndurchmesser Hohlrad