Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Bändern aus gasabgebenden Stoffen im Vakuum Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Bändern aus gasabgebenden Stoffen im Vakuum und hat sich zur Aufgabe gemacht, die durch austretende Gase verursachten Schwierigkeiten bei der Bearbeitung dieser Bänder zu vermeiden.
Bei der Bearbeitung von kontinuierlich laufenden Bändern im Vakuum, z. B. der Metallbedampfung von Papier, wird die Vor ratsrolle sowie die Aufwickelrolle im gleichen evakuierten Raum angeordnet, in dem sich auch die Bearbeitungsstelle, z. B. die Be- d'ampfungsstelle, befindet. Das Band muss also im Vakuum von der einen Rolle abgezo gen und nach erfolgter Bearbeitung auf die andere Rolle aufgewickelt werden.
Dieser Um- spulvorga,ng im Vakuum hat dazu geführt, dass das Papierband nicht. mehr gradlinig von der Vorratsrolle abläuft, sondern diese mit einer seitlichen Verschiebung verlässt. Zur Abhilfe dieses Missstands könnte eine mecha nische, seitliche Führung des Bandes vorge sehen werden, jedoch kann eine solche, z. B. bei sehr dünnen und noch dazu schnell lau fenden Papierbahnen, wegen der geringen Festigkeit des Papiers nicht immer angewendet werden. Noch schwerer ist. aber das einwand freie Aufrollen eines Papierbandes nach Been digung des Arbeitsprozesses zu erreichen.
Auch hier schiesst das Band seitlich aus, und es ist daher oft nicht möglich, eine solche Rolle ohne stirnseitige Rollenbeschneidung weiter zu ver arbeiten.
Will man sich hier nun in der Weise hel fen, dass man eine Geradeführung beim Auf rollen dadurch zu erreichen sucht, dass man zum Beispiel eine Papierbahn auf eine ko nische oder in der Mitte überhöhte Rolle auf laufen lässt, wodurch unter normalen Bedin gungen Gleichmässigkeit bewirkt wird, so muss man die Erfahrung machen, d'ass dieses ein fache Mittel der Führung hier vollkommen versagt.
Gemäss der Erfindung sind Massnahmen getroffen, um die Reibung der einzelnen Band lagen gegeneinander beizubehalten. Dies wird dadurch erreicht, dass alle Arbeitsgänge, die nicht bei einem die Gasabgabe begünstigenden Druck durchgeführt werden müssen, unter höherem Druck durchgeführt werden und die Einwirkungsdauer des niedrigen Druckes auf die Bänder in einem zu diesem Zweck vor gesehenen, von den Räumen höheren Druckes durch schlitzförmige Öffnungen getrennten evakuierten Raum so reduziert wird., d:
ass die dabei austretende Gasmenge den unter höhe rem Druck durchgeführten Arbeitsgängen nicht hinderlich ist.
Es wurde nämlich gefunden, da.ss die Ur sache für das seitliche Abgleiten von der ab- oder aufzuwickelnden Bandrolle in einer Rei bungsverminderung zwischen den Bandlagen zu suchen ist. Die beschriebenen Beobachtun- gen wurden an Papier gemacht, das im Stande ist, im Vakuum Wasserdampf oder Gas aus seinen flüchtigen Bestandteilen abzugeben.
Der Wasserdampf oder das abgegebene Gas bilden auf der Oberfläche des Bandes ein Polster oder eine dünne Haut, die die Rei bung zwischen den Bandlagen so vermindert, dass die Lagen aneinander abgleiten können. Es kommt hinzu, dass zum Beispiel Papier bahnen in der Regel etwas einseitig verzogen aufgewickelt angeliefert werden, so dass schon eine sehr geringe Veränderung der Reibung genügt, um die Papierbahn schief von der Vor ratsrolle ablaufen zu lassen.
Dass es sich dabei um ein Wasserdampf- p.olster handelt, wird durch die Beobachtung bestätigt., dass die beschriebenen störenden Er scheinungen beim Ab- und Aufrollen von Papierbahnen im Vakuum vornehmlich unter halb eines Druckes und einer Temperatur auf treten, bei denen das Wasser siedet. Hier wird also ohne Zweifel Wasserdampf aus dem feuch ten Papier freigemacht.
Bei der durch Bedampfen erfolgenden Me- talilisierung von Papierbändern, die in grossen Längen von 100 Metern und mehr von Rollen abgewickelt und wieder auf Rollen aufge wickelt werden müssen, ergaben sich die ein gangs genannten Schwierigkeiten.
Aus prak tischen Gründen hatte man sowohl die Vor ratsrolle des Papiers als auch die Aufwickei- rolle im evakuierten Raum untergebracht, denn die Aufrechterhaltung des notwendigen Hochvakuums für die thermische Bedampfung von 10-z-10-5 Torr lässt sich bei Verlegung der Papierrollen zum Beispiel in den Aussen raum (von Atmosphärendruck) nur durch komplizierte Schleusenkonstruktionen errei chen.
Als man aber erkannte, dass bei Ver arbeitung längerer Papierbänder durch Gas abgabe Schwierigkeiten auftraten, ging man von der einfachen Konstruktion ab und nahm die Papierrollen aus dem Bed@ampfungsraum heraus und -legte sie erfindungsgemäss in Räume höheren Druckes, bei dem weniger Gase aus dem Papier austreten. Das Austreten von Gasen oder Dämpfen kann zusätzlich noch dadurch verhindert oder reduziert werden,
dass das Papier vor dem Einsetzen in den Vakuumraum in einem beson- deren Arbeitsgang für sich an der Luft oder ebenfalls im Vakuum vorgetrocknet wird.
Auf diese Weise konnte die Gasabgabe bei der Metallbed'ampfung doch so eingeschränkt werden, dass die Reibung zwischen den einzel nen Bandlagen beim Ab- oder Aufwickeln nicht mehr in störender Weise herabgesetzt wird.
Die beschriebene Massnahme zur Behebung des seitlichen Abgleitens der Bänder durch Verhinderung des Gasaustrittes beruht auf der schon angedeuteten Beobachtung, dass das Austreten von Gasen bei genügendem Druck und genügend tiefer Temperatur so gering ist, dass es nicht mehr stört. Man trennt den eigentlichen Bearbeitungsraum, in welchem man zum Beispiel :ein. sehr hohes Vakuum be nötigt, in;
welchem Wasser bereits siedet, vorn Abroll- und vom Aufwiekelraum ab. Diese bei den ebenfalls evakuierten Hilfsarbeitsräume lassen sieh leicht mit Hilfe von Schleusen mit einander verbinden, so dass ein kontinuierli cher Durchlauf des Bandes durch den Bearbei tungsraum stattfinden kann. Die beiden Hilfsräume können leicht auf einem Vakuum gehalten werden, dessen Druck und Tempera tur so liegen, dass die Wasserdampfabgabe aus dem Band weitgehend ausgeschaltet ist.
Das Durchlaufen des Bandes durch den Bearbei tungsraum mit höherem Vakuum erfolgt. zum Beispiel bei der Met.allbedampfung, mit so grosser Geschwindigkeit, dass gar kein oder nur sehr wenig Dampf bzw. Gas vom Band abge geben wird. Daher kann das nachher im Hilfs- arbeitsraum erfolgende Aufrollen nicht mehr durch ein sich etwa im Hochvakuumraum bil dendes Gaspolster gestört. werden. Auf jeden Fall tritt im Hilfsarbeitsraum selbst keine Entgasung mehr auf, durch welche die Rei bung beim Aufrollen herabgesetzt würde.
An sieh können die an den Papierober flächen austretenden Gase, die im wesentlichen aus Wasserdampf bestehen, abgesaugt werden, wenn man genügend Zeit dazu zur Verfügung hätte.
Bei der schnell verlaufenden Metall- bed'ampfung von Papierbändern ist aber die Zeit zum Absaugen viel zu kurz, ausserdem wäre zur Beseitigung der Gase eine erhöhte Pumpenleistung notwendig, da ja fortgesetzt neue Gase in dem evakuierten Raum frei wer den und schliesslich wäre unter Umständen durch den Entzug der Gase eine Herabsetzung der mechanischen Eigenschaften (Brüchig werden)
der Papierbänder zu befürchten.
Die Unterteilung in evakuierte Räume mit verschiedenen Drücken ermöglicht dagegen so gar die Zusammenfassung verschiedener Be- arbeitungsverfahren in einem Arbeitsgang, die bisher nicht bei einem bestimmten Gasdruck im Vakuum ausgeführt werden konnten.
So ist z. B. schon vorgeschlagen worden, Oberflächen von Stoffen, auf welehe im Va kuum metallische Schichten aufgebracht wer den sollen, durch Glimmentladungen vorzube handeln. Voraussetzung dafür ist ein bestimm ter zur Ionisation erforderlicher Druck, der erheblich grösser sein muss als derjenige, bei dem später die Aufbringung der metallischen Schichten erfolgt.
Die Vorbehandlung eines fortlaufenden Bandes mittels Glimmentladun- gen kann nun in einem evakuierten Raum mit passendem Druck vorgenommen und das Band hierauf über eine Schleuse in den Raum ge führt werden, jn welchem ein für die Metalli sierung notwendiger, wesentlich niedrigerer Gasdruck herrscht. Auf diese Weise sind zwei räumlich getrennte Bearbeitungen in einem Arbeitsgang möglich geworden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbei spiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens schematisch dargestellt, und zwar handelt es sich dabei um eine Apparatur zum Bedampfen von Isolier- st.offbändern. Die Apparatur selbst ist mit 10 bezeichnet. Sie enthält in ihrem Innern drei getrennte Kammern 11, 12 und 13, von denen jede mit einem Anschlussstutzen 14, 15 und 16 für eine Vakuumpumpe versehen ist. Das zu bedampfende Isolierstoffband,
das zum Bei spiel aus Papier bestehen kann, befindet sieh zunächst in Formeiner Rolle 17 in der Kam mer 11, in welcher ein Druck von 0,1-1 Torr herrscht. Das Band wird von der Rolle 17 abgewickelt und; läuft über Führungsrollen 18, 19 und 20 innerhalb der Kammer 11.
Zwischen den Führungsrorllen 18, 19 und 20 bildet das Band eine Schleife in welche eine durch die Wand der Kammer 11 hindurchgeführte Hoch- spannungselektrod@ 21 hineinragt, vermittels welcher das Papierband einer Glimmvorbe- handlung unterworfen wird.
Nachdem das Pa pierband von er Führungsrolle 20 abgelau fen ist, tritt es durch einen engen schlitz- förmigen Kanal 22 in die Kammer 12 ein, welche mit einem beson'd'eren Kühlmantel 23 versehen ist, zur Ableitung der während der Bedampfung freiwerdenden Wärme.
In der Kammer 12, in welcher ein Druck von höch- stens 0,01 Torr, herrscht, wird das Papierband über zwei Verdampfer 24 und 25 geleitet, von denen der mit 24 bezeichnete zum Beispiel Silber als Vorbekeimungsmetall und der mit 25 bezeichnete Zink als das auf das Papier band mit einer Schichtdicke, von beispielsweise 0,1 ,u -aufzudampfende Schichtmetall enthält.
Nach der Bedampfung verlässt das Papier band die Kammer 12 wieder .durch einen Kanal 26 mit schlitzförmiger Öffnung und ge langt hierauf in die Kammer 13, in welcher das Papierband über Umlenkrollen 27, 28 läuft und eine Vorratsrolle 2.9 aufgewickelt wird. Wichtig ist dabei, dass das Papierband mit der nichtbedampften Seite über das Füh rungsblech des Kanals 26 läuft, damit die auf. ged'ampfte Metallschicht nicht beschädigt wird.
In der Kammer 13 kann ebenso wie in der Kammer 11 ohne Schwierigkeit ein Druck von 1 Torr aufrechterhalten werden, ohne dass dabei schädliche Wasserdampfpolster auftre ten.
Dies ist leicht zu verstehen, wenn man bedenkt, dass das Papier, ehe es in den Raum 11 eingebracht wird, nicht etwa in einer Atmosphäre mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 100 /o aufbewahrt wird, sondern in einem Papierlager, in dem über längere Zeiträume gemessen im Mittel eine relative Luftfeuchtig keit von etwa 30 /a herrscht, so dass das Papier hier also im Gleichgewieht mit einem Wasser dampfdruck von 17 - 0,3 = 5 Torr steht.,
wenn 17 Torr der Sättigungsdruck von Wasser ist. Wird das Papier vor seiner Verarbeitung auch noch vorgetrocknet, so kann in den Räumen 11 und 13 auch ein Druck von 0,1 Torr auf rechterhalten werden, ohne d'ass eine schädliche Wasserdampfabscheidung eintritt.
Die Schlitze in den Kanälen 22 und 26 können ohne weiteres eine Höhe von der Grössenordnung eines Millimeters haben, um so mehr, wenn sich die Kanäle nicht nur über die Wandstärke der Kammer 12 erstrecken, son dern länger gehalten sind, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. Die Wirkung der artiger Kanäle beruht: darauf, dass ihre Höhe in der Grössenordnung der freien Weglänge der Gasmaleküle liegt, und dass sie daher einen hohen Strömungswiderstand darstellen, durch welchen verhindert wird, dass ein Druckaus gleich zwischen den Kammern 11, 13 und 12 stattfindet.