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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und einen Vorrichtung
zum Kühlen
von Substraten, insbesondere optischen Datenträgern.
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Bei
der Herstellung optischer Datenträger, wie beispielsweise CD's, DVD's, DVR's und ähnlichen
kann es zwischen unterschiedlichen Herstellungsschritten notwendig
sein, die den Datenträger bildenden
Substrate bzw. den Datenträger
selbst zu kühlen.
Hierzu können
die Substrate beispielsweise durch eine Kühlgasatmosphäre hindurch
bewegt werden. Diese Art der Abkühlung
kann jedoch zu Temperaturinhomogenitäten in dem Substrat und somit
zu Spannungen führen,
da lokale Temperaturunterschiede in der Kühlgasatmosphäre, die
z.B. durch eine einseitige Ausströmung der Substrate entstehen,
schwer zu vermeiden sind. Darüber
hinaus ist diese Art der Abkühlung
relativ zeitaufwendig.
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Aus
der
JP 05109126 A ist
ein Verfahren zum Kühlen
von Substratscheiben optischer Datenträger bekannt, bei dem jeweils
ein Substrat über eine
drehbare Welle von einer Fördereinrichtung
abgehoben und in eine Kühlkammer
bewegt wird. In der Kühlkammer
wird die Welle mit dem darauf aufliegenden Substrat gedreht und
ferner wird Kühlluft
entgegengesetzt zur Drehrichtung des Substrats auf das Substrat
gerichtet, um dieses zu kühlen.
Nach der oben beschriebenen Kühlung
des Substrats muss es durch die drehbare Welle wiederum auf der
Fördereinrichtung
abgelegt werden, um den Transport eines neuen Substrats in den Bereich
der Kühlkammer
zu ermöglichen.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung daher
die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen,
das bzw. die auf einfache und kostengünstige Weise eine rasche und
homogene Abkühlung von
Substraten gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe bei einem Verfahren zum Kühlen von Substraten, insbesondere
optischen Datenträgern
dadurch gelöst, dass
jedes Substrat mittels eines Gasstromes in einem Kühlgas gedreht
wird. Durch die Drehung der Substrate können lokale Temperaturinhomogenitäten in der
das Substrat umgebenden Atmosphäre
bei der Kühlung
ausgeglichen werden. Durch die Drehung wird ferner der Kühlvorgang
beschleunigt. Die Drehung der Substrate mittels eines Gasstroms
sieht darüber
hinaus einen einfachen und kostengünstigen Antrieb für eine Drehung
der Substrate vor.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird der Gasstrom auf eine konturierte Umfangsfläche einer
Substrat-Halteeinrichtung mit einer Drehachse, die senkrecht zu
einer Scheibenebene angeordnet ist, geleitet. Durch Leiten des Gasstroms
auf eine konturierte Umfangsfläche
wird eine gute Übertragung
der kinetischen Energie des Gasstroms auf die Substrat-Halteeinrichtung
und somit das Substrat gewährleistet.
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Vorzugsweise
liegt die Drehachse einer Welle der Substrat-Halteeinrichtung koaxial
zur Hauptachse des Substrats gedreht.
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Für eine gute
Kraftübertragung
wird der Gasstrom vorzugsweise im Wesentlichen tangential auf die
Umfangsfläche
der Substrat-Halteeinrichtung geleitet.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird die Substrat-Halteeinrichtung
mit dem Substrat durch eine Kühlkammer
bewegt, um eine kontrollierbare Kühlatmosphäre vorzusehen und die Kühlung zu
beschleunigen. Zum Erreichen einer gleichbleibenden Kühlatmosphäre wird
vorzugsweise ein Kühlgas
in der Kammer umgewälzt
und auf eine vorgegebene Temperatur gekühlt. Dabei ist das Kühlgas vorzugsweise
klimatisierte Luft wodurch sich eine besonders kostengünstige Lösung ergibt,
da weder das Eintreten von Umgebungsluft in die Kammer noch das
Austreten gekühlter
Luft aus der Kammer zu einer Veränderung
des Kühlmediums
führt oder
Umweltprobleme mit sich bringt.
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Um
eine einfache Art der Fortbewegung der Substrate zu ermöglichen
wird die Substrat-Halteeinrichtung vorzugsweise mit einem Förderband
bewegt.
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Um
eine Ausrichtung der Substrat-Halteeinrichtung mit dem Gasstrom
zu ermöglichen,
erfolgt die Bewegung mit dem Förderband
vorzugsweise schrittweise mit dazwischen liegenden Bewegungspausen.
Vorzugsweise wird der Gasstrom während der
Bewegungspausen auf die konturierte Umfangsfläche der Substrat-Halteeinrichtung
geleitet.
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Um
den Gasstrom auch zur Kühlung
der Substrate einzusetzen, wird er durch die konturierte Umfangsfläche der
Substrat-Halteeinrichtung vorzugsweise wenigstens teilweise zu dem
Substrat umgelenkt.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung
zum Kühlen
von scheibenförmigen
Substraten, insbesondere optischen Datenträgern gelöst, bei der eine Vorrichtung zum
Drehen jedes Substrats mittels eines Gasstroms in einem Kühlgas vorgesehen
ist. Bei einer derartigen Vorrichtung ergeben sich die schon oben
genannten Vorteile einer raschen homogenen Kühlung der Substrate und ein
einfacher kostengünstiger
Drehantrieb für
die Substrate.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist die Drehvorrichtung eine Substrat-Halteeinrichtung
mit einer konturierten Umfangsfläche,
sowie eine auf die konturierte Umfangsfläche gerichtete Gasdüse auf,
wobei die Substrat-Halteeinrichtung eine Drehachse aufweist, die
senkrecht zu einer Scheibenebene liegt. Durch die konturierte Umfangsfläche der
Substrat-Halteeinrichtung und die darauf gerichtete Gasdüse kann
auf einfache und kostengünstige
Art und Weise eine Drehung der Substrat-Halteeinrichtung erreicht werden. Für eine gute
und gleichmäßige Drehung
der Substrat-Halteeinrichtung liegt die Drehachse vorzugsweise koaxial
zur Hauptachse des Substrats.
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Für eine gute
Kraftübertragung
der Gasströmung
auf die Substrat-Halteeinrichtung
ist die Düse vorzugsweise
im Wesentlichen tangential auf die konturierte Umfangsfläche der
Substrat-Halteeinrichtung gerichtet.
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Um
gleichzeitig mehrere Substrate kühlen
zu können,
sind vorzugsweise eine Vielzahl von Substrat-Halteeinrichtungen
vorgesehen, die mit vorbestimmtem Abstand auf einer Fördereinrichtung
angeordnet sind.
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Um
die Kühlung
der Substrate zu fördern,
erstreckt sich die Fördereinrichtung
vorzugsweise durch eine Kühlkammer
mit einer Kühlgasatmosphäre. Vorteilhafterweise
weist die Kühlkammer
eine Vorrichtung zum Umwälzen
und Kühlen
der Kühlgasatmosphäre auf,
um eine gleichmäßige Kühlgasatmosphäre mit einer
homogenen Temperaturverteilung vorzusehen.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind eine Vielzahl von sich in die Kammer öffnende
Gasdüsen
vorgesehen, die vorzugsweise mit dem vorbestimmten Abstand der auf
der Fördereinrichtung
angeordneten Substrat-Halteeinrichtungen voneinander beabstandet sind.
Hierdurch wird ermöglicht,
dass in der Kühlkammer
mehrere Substrat-Halteeinrichtungen
simultan in Drehung versetzt werden, um die daran gehaltenen Substrate
zu Kühlen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist die Substrat-Halteeinrichtung
ein Zentrierstift mit einem Zentrierteil der in ein Innenloch der
Substrate einführbar
ist und einer Auflagefläche unterhalb
des Zentrierteils. Hierdurch wird eine einfache und kostengünstige Substrat-Halteeinrichtung vorgesehen,
die ohne steuerbare Greifelemente einen sicheren Halt der Substrate
während
der Kühlung
vorsieht. Vorteilhafterweise bildet die konturierte Umfangsfläche der
Substrat-Halteeinrichtung eine Lüfterradkontur
um eine gute Impulsübertragung
zwischen der Gasströmung
und der Substrat-Halteeinrichtung
zu gewährleisten.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die konturierte Umfangsfläche des Zentrierstifts unterhalb
der Auflagefläche
für die
Substrate ausgebildet. Vorzugsweise ist die konturierte Umfangsfläche von
der Auflagefläche
beabstandet, so dass die auf die konturierte Umfangsfläche gerichtete Gasströmung die
Kühlung
des auf der Auflagefläche aufliegenden
Substrats im Wesentlichen nicht beeinflusst.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung ist die Kontur der Umfangsfläche derart ausgebildet, dass
sie eine darauf auftreffende Gasströmung in Richtung des Substrats
umlenkt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist die konturierte Umfangsfläche zur Auflagefläche des
Zentrierstifts radial nach außen
versetzt. Um eine gute Kraftübertragung
zwischen dem Zentrierstift und dem Substrat vorzusehen, ist vorzugsweise
eine Nut zur Aufnahme eines O-Rings in der Auflagefläche vorgesehen.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist die Auflagefläche eine radiale Breite zwischen
5 und 20% des Radius des aufzunehmenden Substrats auf, um es im
Wesentlichen nur im Bereich des Innenlochs zu tragen. Hierdurch
liegt ein Großteil
des Substrats frei und kann einer Kühlatmosphäre ausgesetzt werden.
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Vorzugsweise
wird das erfindungsgemäße Verfahren
bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung nach
einem Spritzgussverfahren für
die Substrathälften
eines optischen Datenträgers
eingesetzt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert; in den Zeichungen zeigt:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines Zentrierstifts gemäß der Erfindung;
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2 eine
schematische Schnittdarstellung des in 1 dargestellten
Zentrierstifts;
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3 eine
Draufsicht auf den Zentrierstift gemäß 1;
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4 eine
schematische Darstellung des Grundprinzips einer Kühlvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5 eine
schematische Draufsicht auf eine Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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6 eine
schematische Seitenansicht der Kühlvorrichtung
gemäß 5;
und
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7 eine
schematische Vorderansicht der Kühlvorrichtung
gemäß 5.
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Die 1-3 zeigen
verschiedene Ansichten eines Zentrier- und Auflagestifts 1,
der in einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung
verwendet werden kann.
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Der
Zentrier- und Auflagestift 1 weist einen zylindrischen
oder wellenförmigen
Hauptkörperteil 3 mit
einer im Wesentlichen glatten Umfangsfläche 5 auf. Auf der
Oberseite des Hauptkörperteils 3 wird eine
Auflagefläche 7 gebildet,
die sich senkrecht zu der Umfangsfläche 5 des Hauptkörpers erstreckt. Zwischen
der Umfangsfläche 5 und
der Auflagefläche 7 ist
eine umlaufende Nut 9 zur Aufnahme eines O-Rings 10 vorgesehen.
In einem Mittelbereich erstreckt sich ein Zentriervorsprung 12 von
der Auflagefläche 7 nach
oben. Der Zentriervorsprung 12 weist eine Zentrierschräge 13 auf,
die ein zentriertes Einführen
in ein Innenloch eines aufzunehmenden Substrats 15 (siehe 4)
erlaubt. Die Oberflächen des
Zentriervorsprungs 12 sind hochglanzpoliert, damit beim
Einführen
in das Mittelloch des Substrats 15 die Reibung zwischen
dem Zentriervorsprung 12 und dem Substrat 15 vermindert
wird.
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An
seinem unteren Ende weist der Hauptkörperteil 3 einen radial
gegenüber
der glatten Umfangsfläche 5 vorstehenden,
konturierten Umfangsflansch 17 auf. Der konturierte Umfangsflansch 17 besitzt
die Form eines Lüfterrads
mit einer Vielzahl von Schaufeln oder Zähnen 19. Die Zähne 19 weisen
jeweils eine sich durch eine Drehachse A des Stifts 1 erstreckende
Zahnflanke 20, sowie eine hierzu abgewinkelte Zahnflanke 22 auf.
An ihrem freien Ende weisen die Zähne 19 jeweils eine
flache Oberseite 24 auf, welche die beiden Zahnflanken 20, 22 miteinander verbindet.
Die Funktion der Lüfterradkontur
wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 näher erläutert.
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Wie
in 2 zu erkennen ist, sind der Hauptkörperteil 3 sowie
der Zentriervorsprung 12 hohl ausgebildet, um einerseits
das Gewicht des Stifts 1 zu reduzieren und andererseits
die Aufnahme eines nicht dargestellten Lagers zu ermöglichen,
das den Stift 1 um die Achse A drehbar lagert. Natürlich könnte der Stift 1 auch
massiv ausgeführt
sein, und am unteren Ende einen Lagervorsprung aufweisen, der sich
in ein entsprechendes Lager erstreckt.
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4 zeigt
ein Substrat 15, wie es auf dem Zentrierstift 1 aufgenommen
ist. Der Zentriervorsprung 12 erstreckt sich in ein Mittelloch
des Substrats 15, so dass das Substrat auf der Auflagefläche bzw.
dem O-Ring 10 aufliegt. Der O-Ring 10 besitzt bei einer Drehung
des Zentrierstifts 1 die Funktion, eine gute Kraftübertragung
zwischen dem Stift 1 und dem Substrat 15 zu gewährleisten.
Eine Gasleitung 26 erstreckt sich teilweise unter das Substrat 15 und weist
eine Auslassöffnung 28 in
der Form einer Düse auf,
die auf die Lüfterradkontur
des Flansches 17 gerichtet ist. Die Leitung 26 erstreckt
sich parallel und beabstandet zu einer durch die Drehachse A des
Stift 1 hindurchgehende Ebene, so dass eine aus der Öffnung 28 austretende
Gasströmung
zur Drehachse seitlich versetzt auf den Stift 1 auftrifft.
Die Lüfterradkontur
bietet dem Gasstrom eine gute Fläche
zur Impulsübertragung,
so dass der Stift 1 durch einen aus der Öffnung 28 austretenden
Gasstrom in Drehung versetzt wird, wie durch den Pfeil B dargestellt
ist.
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Die 5-7 zeigen
verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 30,
die den zuvor beschriebenen Zentrierstift 1 verwendet.
Die Kühlvorrichtung 30 weist
ein Fördersystem 32 in
der Form eines Förder bandes 33 auf,
das um zwei Rollen 35, 36 geführt ist, von denen wenigstens
eine in bekannter Art und Weise angetrieben ist. An dem Förderband 33 sind
eine Vielzahl von Zentrierstiften 1 angebracht, die jeweils
um ihre Drehachse A drehbar gelagert sind. Die Zentrierstifte 1 sind jeweils
mit einem gleichen Abstand voneinander auf dem Förderband 33 beabstandet.
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Die
Fördereinrichtung 32 weist
ein Beladeende 38 auf, an dem jeweils ein Substrat 15 auf
einen Zentrierstift 1 abgelegt wird. Ferner weist die Fördereinrichtung 32 einen
Entladeende 39 auf, an dem die Substrate 15 von
dem Zentrierstift 1 entnommen werden. Zwischen den Be-
und Entladeenden 38, 39 der Fördereinrichtung 32 ist
eine Kühlkammer 42 vorgesehen,
die einen Teil des Förderbands 33 umgibt,
wie mit gestrichelten Linien schematisch in den 5 und 6 dargestellt
ist.
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Die
Kühlkammer 42 weist
ein Einlassende 44 sowie ein Auslassende 45 auf,
die gegenüber
einem Mittelbereich 46 einen reduzierten Querschnitt aufweisen.
Die Kühlvorrichtung
weist eine nicht dargestellte Umwälzeinheit auf, um ein Kühlgas wie
beispielsweise Luft in der Kühlkammer 46 umzuwälzen und
zu kühlen,
um eine gleichmäßige und
vorgegebene Kühlatmosphäre in der
Kühlkammer 42 zu schaffen.
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In
einer Seitenwand der Kühlkammer 42 sind eine
Vielzahl von Gaseinlassdüsen 50 vorgesehen. Die
Gaseinlassdüsen 50 sind
mit dem selben Abstand voneinander beabstandet, wie die Drehachsen A
der Zentrierstifte 1 auf dem Förderband 32. Wie in den 5 und 7 zu
erkennen ist, besitzen die Gaseinlassdüsen 50 eine Leitung 26 und
eine Auslassöffnung 28,
und zwar in der selben Art und Weise wie auch schematisch in 4 dargestellt
ist.
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Anhand
der 5 bis 7 wird nun der Betrieb der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 30 näher erläutert.
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An
dem Beladeende 38 wird zunächst ein Substrat 15 auf
einem Zentrierstift 1 abgelegt. Anschließend wird
das Förderband 33 gedreht,
und zwar derart, dass der Zentrierstift 1 um den Abstand zwischen
den Drehachsen A der Zentrierstifte 1 nach rechts gemäß 6 bewegt
wird. Hierdurch wird der beladene Zentrierstift 1 in die
Kühlkammer 42 bewegt.
In dieser Stellung ist die Einlassdüse 50 in der in 4 dargestellten
Weise, mit der Lüfterradkontur des
Flansches 17 des Zentrierstifs 1 ausgerichtet.
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Über die
Düse 50 wird
ein Gasstrom auf die konturierte Umfangsfläche des Flansches 17 geleitet, um
den Stift 1 und das darauf aufliegende Substrat in Drehung
zu versetzen. Durch die Drehung ergibt sich eine verbesserte und
homogenere Abkühlung
der Substrate in der Kühlkammer 42,
in der während
der ganzen Zeit ein Kühlgas
umgewälzt
und auf eine vorgegebene Temperatur gekühlt wird. Währenddessen wird ein weiteres
Substrat 15 am Beladeende 38 der Fördereinrichtung 32 auf
einem weiteren Zentrierstift 1 abgelegt. Anschließend wird
das Förderband 33 wieder
um den Abstand zwischen den Drehachsen der Zentrierstifte 1 weiterbewegt.
Nun befinden sich zwei beladene Substrate in der Kühlkammer 42 und die
jeweiligen Zentrierstifte sind in der in 4 dargestellten
Art und Weise mit den Einlassdüsen 50 ausgerichtet.
Wiederum wird ein Gasstrom auf den konturierten Flansch 17 gerichtet,
um die Zentrierstifte 1 und somit die Substrate 15 zu
drehen. Der obige Vorgang wird immer weiter wiederholt. Wenn ein Zentrierstift 1 mit
einem Substrat 15 aus der Kühlkammer 42 austritt,
wird er am Entladeende 38 der Fördereinrichtung 32 über einen
geeigneten, nicht dargestellten Handhabungsmechanismus von dem Zentrierstift 1 entnommen.
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Die
Erfindung wurde zuvor anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung beschrieben, ohne jedoch auf das konkret dargestellte Ausführung beschränkt zu sein.
Beispielsweise kann sich die Anzahl der Zentrierstifte 1 an
der Fördereinrichtung 32 sowie
die Anzahl der in der Kühlkammer 42 aufnehmbaren
Zentrierstifte von der dargestellten Anzahl unterscheiden. Über die
Gasdüsen 50 kann ständig ein
Gasstrom in die Kühlkammer 42 eingeleitet
werden, oder der Gasstrom kann so gesteuert werden, dass er nur
dann eingeleitet wird, wenn die Fördereinrichtung 32 steht
und sich die Zentrierstifte in ihren zu den Einlassdüsen 50 ausgerichteten
Positionen befinden. Der Gas strom kann geregelt werden, um die Drehgeschwindigkeit
der Stifte 1 und somit der Substrate 15 einzustellen,
sofern dies gewünscht
ist. Anstelle der dargestellten Fördereinrichtung 32 mit
einem Förderband 33 kann
natürlich
auch jede andere geeignete Fördereinrichtung,
wie beispielsweise ein Drehtisch verwendet werden, wobei in diesem
Fall die Form der Kühlkammer 42 an
die Form des Drehtischs angepasst sein kann. Obwohl es in den 5 und 7 so
dargestellt ist, dass sich die Einlassdüsen 50 in die Kühlkammer 42 hinein
erstrecken, ist es auch möglich,
dass die Düsen einfach
durch Öffnungen
in einer Kühlkammerwand gebildet
werden.