DE10116824A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Unterdruck - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Unterdruck in einem Körper unter Verwendung eines sich in dem Körper bewegenden Kolbens. Dabei ist der Kolben von einem Ausgangszustand, in welchem er an einer Abschlusswand des Körpers oder in deren Nähe anliegt, innerhalb des Körpers so weit zurückziehbar, dass in dem beim Zurückziehen des Kolbens entstehenden Zwischenraum zwischen dem Kolben und der Abschlusswand des Körpers ein gewünschter Unterdruck entsteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Unterdruck.

Aus der DE 42 19 268 C2 ist eine Anordnung zur Vakuumer­ zeugung bekannt, die zu einer Verwendung in einer Vakuum­ beschichtungsanlage vorgesehen ist. Die Anordnung zur Va­ kuumerzeugung weist mehrere Vakuumkammern zur stufenwei­ sen Verringerung des Druckes von der Höhe des Istdruckes vor der ersten Kammer auf Solldruck in der letzten Kammer auf. Dabei ist jede Vakuumkammer mit einer Vakuumpumpe versehen, die einen Sauganschluss, mit dem die Vakuumpum­ pe mit der Vakuumkammer verbunden ist, und einen Druckan­ schluss aufweist. Weiterhin ist der Druckanschluss min­ destens einer Vakuumpumpe der auf die erste Vakuumkammer folgenden Vakuumkammern sowohl mit dem Sauganschluss der Vakuumpumpe einer vorhergehenden Vakuumkammer als auch mit der Vakuumkammer selbst verbunden.

Aus der DE 83 14 499 U1 ist ein Gerät zur Vakuumerzeugung für Melkanlagen bekannt, welches mit einer Vakuumpumpe mit elektrischem Antriebsmotor und Schalldämpfer versehen ist. Die als Ringflüssigkeitspumpe ausgebildete Vakuum­ pumpe ist in einem mit einer allseitig umschließenden Schalldämm- und Wärmeisolation versehenen Wasserbehälter unterhalb dessen maximalen Wasserstandsniveaus angeord­ net, in den die Zu- und Abluftleitungen zur Pumpe abge­ dichtet eingeführt sind und an der Vakuumpumpe der was­ serdicht gekapselte Antriebsmotor wasserdicht ange­ flanscht angeordnet ist.

Weiterhin ist aus der DE 41 39 809 A1 eine mehrstufige Hubkolbenpumpe zur Vakuumerzeugung bekannt. Deren Stufen umfassen jeweils eine Zylinder/Kolben-Einrichtung. Zur Schaffung einer kompakten Pumpe mit verbessertem Wir­ kungsgrad sind die Zylinder/Kolben-Einrichtungen derart nebeneinander angeordnet und einander zugeordnet, dass die Auslassöffnung einer vorhergehenden Stufe und die Einlassöffnung einer nachfolgenden Stufe unmittelbar be­ nachbart oder identisch sind.

Aus der EP 0 821 079 B1 sind ein CVD-Verfahren und eine Vorrichtung zur Innenbeschichtung von Hohlkörpern be­ kannt. Bei diesem bekannten Verfahren werden die Hohlkör­ per in einer Aufheizphase mittels eines Plasmas auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt. In der anschließenden Be­ schichtungsphase wird Beschichtungsgas in den Hohlkörper eingeleitet. Es kommt ein Plasma-Impulsverfahren zum Ein­ satz, bei dem das Plasma durch eine zeitliche Abfolge von Zündimpulsen gezündet wird, wobei die Möglichkeit eröff­ net wird, mindestens die Aufheizphase durch die Auswer­ tung der zeitlichen Korrelation von Lichtimpulsen, die das Plasma aussendet, mit den Zündimpulsen zu überprüfen. Weiterhin ist im bekannten Fall vorgesehen, dass auch mindestens eine charakteristische Emissionslinie des Be­ schichtungsgases überwacht wird. Dies geschieht sowohl während der Aufheizphase als auch während der Beschich­ tungsphase. Dadurch wird auf einfache Weise erreicht, dass verlässliche Aussagen über die Qualität der Innenbe­ schichtung gemacht werden können.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfin­ dung die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie auf einfache Weise ohne die Notwendigkeit einer Vakuumpumpe Unterdruck erzeugt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im An­ spruch 1 sowie eine Vorrichtung mit den im Anspruch 3 an­ gegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass zur Erzeugung von Unterdruck bzw. eines Vakuums keine Vakuumpumpe benötigt wird. Weiterhin sind beim be­ anspruchten Verfahren und der beanspruchten Vorrichtung zur Erzeugung von Unterdruck keine mit Ventilen versehene Zuleitungssysteme notwendig.

Eine auf dem erfindungsgemäßen Prinzip beruhende Vakuum­ erzeugungsvorrichtung kann in vorteilhafter Weise bei Va­ kuumsbeschichtungsanlagen Verwendung finden, bei welchen die Innenseiten von Hohlkörpern, beispielsweise Glas- oder Kunststoffflaschen, beschichtet werden sollen. Bei einer derartigen Verwendung sind mehrere nebeneinander angeordnete Körper vorgesehen, innerhalb derer jeweils ein Kolben beweglich ist, wobei die Kolben über eine Kur­ belwelle miteinander verbunden sind. Bei einer derartigen Vorrichtung können nebeneinander angeordnete Kolben- /Zylindersysteme jeweils unterschiedliche relative Stel­ lungen zwischen dem jeweiligen Kolben und der Abschluss­ wand des Zylinders aufweisen, so dass im Betrieb der Vor­ richtung die zum Drehen der Kurbelwelle benötigte Kraft gering ist.

Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der Fi­ guren.

Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Skizze zur Veranschaulichung des Wirkungsprinzips der Erfindung,

Fig. 2 eine zweite Skizze zur Veranschaulichung des Wirkungsprinzips der Erfindung,

Fig. 3 eine Skizze zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels für die Erfindung,

Fig. 4 eine Skizze zur Veranschaulichung eines zweiten Ausführungsbeispiels für die Erfindung und

Fig. 5 eine Skizze zur Veranschaulichung einer bevor­ zugten Anwendung der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt eine erste Skizze zur Veranschaulichung des Wirkungsprinzips der Erfindung. Mittels der darge­ stellten Vorrichtung soll in einem Körper 1, bei welchem es sich vorzugsweise um einen Zylinder handelt, Unter­ druck bzw. ein Vakuum erzeugt werden. Der gezeigte Zylin­ der 1 weist Seitenwände 1a und 1b sowie eine untere Ab­ schlusswand 1c auf, bei der es sich um eine radial ge­ richtete Abschlusswand handelt. In diesem Zylinder ist ein innerhalb des Zylinders beweglicher Kolben 2 positio­ niert, der an seiner von der Abschlusswand 1c abgelegenen Seite mit einer Transportstange 3 verbunden ist. In der Fig. 1 ist der Ausgangszustand dargestellt, bei welchem die Unterseite des Kolbens an der Abschlusswand 1c an­ liegt.

Ausgehend von der in der Fig. 1 gezeigten Ausgangsposi­ tion wird der Kolben 2 innerhalb des Zylinders soweit nach oben zurückgezogen, dass in dem beim Zurückziehen des Kolbens entstehenden Zwischenraum 4 zwischen dem Kol­ ben 2 und der Abschlusswand 1c des Zylinders ein ge­ wünschter Unterdruck entsteht. Dies ist in der Fig. 2 gezeigt, in welcher die Zylinder-/Kolben-Vorrichtung in einer Position dargestellt ist, bei welcher der Kolben 2 innerhalb des Zylinders zurückgezogen ist.

Zwischen der Außenseite der Seitenwände des Kolbens 2 und der Innenseite der Seitenwände des Zylinders 1 ist eine nicht gezeichnete Dichtung vorgesehen, die vorzugsweise in Form einer umlaufenden Gummidichtung realisiert ist, welche ihrerseits unter Verwendung von Sprengringen an der Innenwand des Zylinders und der Außenwand des Kolbens befestigt ist. Diese Dichtung verhindert, dass beim Zu­ rückziehen des Kolbens Luft zwischen den Kolben und die Seitenwände des Zylinders treten und in den Zwischenraum 4 einströmen kann.

Die Fig. 3 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels für die Erfindung, bei wel­ chem die dargestellte Vorrichtung zur Vakuumerzeugung bei der Innenbeschichtung eines Hohlkörpers 6 verwendet wird. Der Hohlkörper 6 ist beispielsweise eine Glasflasche, ei­ ne Kunststoffflasche oder eine Ampulle.

Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Kolben 2 in sei­ nem Innenbereich einen Hohlraum 2a auf. In diesen Hohl­ raum 2a ist von oben her die zu beschichtende Flasche 6 eingebracht. Diese ist an einem Saugfuß 7 befestigt, wel­ cher sich an der Unterseite der Transportstange 3 befin­ det. Als oberes Verschlusselement des Kolbens 2 ist ein Abschlussdeckel 3a vorgesehen, der zum luftdichten Ver­ schließen des Kolbens an dessen Oberseite dient und beim gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls an der Transport­ stange 3 befestigt ist bzw. mit dieser eine Einheit bil­ det. Der Flaschenhals der Flasche 6 ist in eine sich an der Unterseite des Kolbens 2 befindliche Bohrung 2c ein­ gesetzt.

In Verlängerung zu dieser Bohrung 2c des Kolbens 2 befin­ det sich eine Bohrung 1d des Zylinders. Durch diese Boh­ rung 1d des Zylinders ist eine Zuleitung 5 geführt, die sich - wie es durch die gestrichelten Linien angedeutet ist - bis in den Innenbereich der zu beschichtenden Fla­ sche 6 erstreckt. Durch diese Zuleitung 5 wird während der der Beschichtungsphase vorgeschalteten Aufheizphase beispielsweise ein Sauerstoffplasma in den Innenraum der Flasche geleitet. Nach erfolgter Aufheizung auf die ge­ wünschte Temperatur wird während der Beschichtungsphase das Beschichtungsgas durch die Zuleitung 5 in den Innen­ raum der Flasche geleitet.

Der Beschichtungsvorgang läuft wie folgt ab:
Zunächst wird durch ein Zurückziehen des Kolbens 2 inner­ halb des Zylinders im Innenraum 2a des Kolbens, im Innen­ raum der Flasche 6 und im Zwischenraum zwischen dem Kol­ ben und der Abschlusswand 1c des Zylinders ein Vakuum er­ zeugt. Dabei wird durch die in der Kolbenwand befindliche Ausgleichsbohrung 2b sichergestellt, dass im Innenraum 2a des Kolbens dieselben Druckverhältnisse herrschen wie im Innenraum der Flasche und im Zwischenraum zwischen dem Kolben und der Abschlusswand 1c des Zylinders. Bei diesem Zurückziehen des Kolbens 2 bewegen sich zusammen mit dem Kolben auch die Transportstange 3 mit dem Abschlussdeckel 3a und dem Saugfuß 7, die Flasche 6 und die Zuleitung 5 nach oben.

Um zu vermeiden, dass von der Unterseite des Zylinders 1 aus während des Zurückziehens des Kolbens 2 Luft durch die Bohrung 1d in den Innenraum des Zylinders gelangen kann, ist auch zwischen der Zuleitung 5 und dem Zylinder eine nicht gezeichnete Dichtung vorgesehen.

Ist das gewünschte Vakuum erzeugt, dann folgt die Auf­ heizphase, während der Plasma durch die Zuleitung 5 in das Innere der Flasche 6 geleitet wird.

Nach dem Ende der Aufheizphase wird durch die Zuleitung 5 das Beschichtungsgas in das Innere der Flasche 6 geführt und mittels einer nicht gezeichneten Mikrowelleneinrich­ tung gezündet, wodurch die gewünschte Innenbeschichtung erfolgt.

Die Fig. 4 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung eines zweiten Ausführungsbeispiels für die Erfindung, bei wel­ chem die dargestellte Vorrichtung zur Vakuumerzeugung ebenfalls bei der Innenbeschichtung eines Hohlkörpers 6 verwendet wird, beispielsweise einer Flasche.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Flasche 6 unter Verwendung eines mit einer Einsetzstange 10 verbundenen Saugfußes 7 von unten her in einen im Zylinderboden 1c vorgesehenen Hohlraum 1d eingesetzt.

Innerhalb des Zylinders befindet sich der bewegliche Kol­ ben 2. Dieser weist eine mittig angeordnete, sich in Ver­ tikalrichtung erstreckende durchgehende Bohrung 2d auf. Durch diese ist eine feststehende, sich nicht mit dem Kolben bewegende Zuleitung 5 geführt, durch welche ebenso wie beim ersten Ausführungsbeispiel während der Aufheiz­ phase ein Sauerstoffplasma und während der Beschichtungs­ phase das Beschichtungsgas in den Innenraum der Flasche 6 geleitet wird.

Als unteres Verschlusselement des Zylinders 1 ist ein Ab­ schlussdeckel 10a vorgesehen, der an der Einsetzstange 3 befestigt ist bzw. mit dieser eine Einheit bildet. Der Flaschenhals der Flasche 6 ist in eine sich an der Ober­ seite der unteren Abschlusswand 1c befindliche Bohrung 1e eingesetzt.

Der Beschichtungsvorgang läuft wie folgt ab:
Zunächst wird durch ein Zurückziehen des Kolbens 2 mit­ tels der Transportstange 3 innerhalb des Zylinders 1 im Zwischenraum 4 zwischen dem Kolben und der unteren Ab­ schlusswand 1c und im Innenraum der Flasche 6 ein Vakuum erzeugt. Dabei wird durch die im Zylinderboden angeord­ nete Ausgleichsbohrung 1f sichergestellt, dass im Zwi­ schenraum 4, im Inneren der Flasche 6 und im Hohlraum 1d des Zylinderbodens dieselben Druckverhältnisse herrschen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird im Rahmen der Vaku­ umeerzeugung lediglich der Kolben 2 bewegt.

Um zu vermeiden, dass während des Zurückziehens des Kol­ bens 2 Luft durch die Bohrung 2d des Kolbens in den Zwi­ schenraum 4 gelangen kann, ist zwischen dem Kolben und der Zuleitung 5 eine nicht gezeichnete Dichtung vorgese­ hen.

Ist das gewünschte Vakuum erzeugt, dann folgt die Auf­ heizphase, während der Plasma durch die Zuleitung 5 in das Innere der Flasche 6 geleitet wird.

Nach dem Ende der Aufheizphase wird durch die Zuleitung 5 das Beschichtungsgas in das Innere der Flasche geführt und mittels einer nicht gezeichneten Mikrowelleneinrich­ tung gezündet, wodurch die gewünschte Innenbeschichtung erfolgt.

Die Fig. 5 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung einer bevorzugten Anwendung der Erfindung. Bei dieser sind meh­ rere Zylinder-/Kolben-Einheiten nebeneinander angeordnet, wobei die Kolben über eine Kurbelwelle 8 miteinander ver­ bunden sind. Zum Antrieb der Kurbelwelle 8 ist ein An­ triebsmotor 9 vorgesehen.

Jede der Zylinder-/Kolben-Einheiten ist - was in der Zeichnung aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht darge­ stellt ist - so aufgebaut, wie es in der Fig. 3 gezeigt ist. In jedem der Kolben ist eine zu beschichtende Fla­ sche angeordnet.

Die relative Positionierung zwischen dem jeweiligen Kol­ ben und dem jeweils zugehörigen Zylinder ist unterschied­ lich und so gewählt, dass die während des Betriebes vom Antriebsmotor 9 zur Drehung der Kurbelwelle 8 aufzubrin­ gende Energie minimiert ist. Beispielsweise befindet sich einer der Kolben gerade in seiner untersten Position, während sich der Kolben des benachbarten Zylinders im teilweise oder vollständig zurückgezogenen Zustand befin­ det. Dies bedeutet, dass die Kolben benachbarter Zylinder jeweils eine vorgegebene, unterschiedliche Stellung bezüglich des jeweiligen Zylinders einnehmen.

Mittels der in der Fig. 5 gezeigten Vorrichtung kann demnach im Sinne einer Beschichtungsstraße eine Innenbe­ schichtung einer Vielzahl von Flaschen erfolgen, wobei während des Betriebes der aufzubringende Energieaufwand minimiert ist.

Claims (18)

1. Verfahren zur Erzeugung von Unterdruck in einem Körper (1) unter Verwendung eines sich in dem Körper bewegenden Kolbens (2), wobei der Kolben von einem Ausgangszustand, in welchem er an einer Abschlusswand (1c) des Körpers an­ liegt (Fig. 1) oder sich in der Nähe der Abschlusswand befindet, innerhalb des Körpers so weit zurückgezogen wird, dass in dem beim Zurückziehen des Kolbens entste­ henden Zwischenraum (4) zwischen dem Kolben (2) und der Abschlusswand (1c) des Körpers ein gewünschter Unterdruck entsteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper ein Zylinder (1) und die Abschlusswand (1c) eine radial gerichtete Abschlusswand des Zylinders ist.

3. Vorrichtung zur Erzeugung von Unterdruck, mit
einem Körper (1),
einem innerhalb des Körpers beweglichen Kolben (2),
wobei der Kolben von einem Ausgangszustand, in welchem er an einer Abschlusswand (1c) des Körpers anliegt oder sich in der Nähe der Abschlusswand befindet, innerhalb des Körpers so weit zurückziehbar ist, dass in dem beim Zurückziehen des Kolbens entstehenden Zwischenraum (4) zwischen dem Kolben und der Abschlusswand des Körpers ein gewünschter Unterdruck entsteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper ein Zylinder (1) und die Abschlusswand (1c) eine radial gerichtete Abschlusswand des Zylinders ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kolben und dem Körper eine Dichtung vorgese­ hen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung eine umlaufende Gummidichtung ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben an seiner von der Abschlusswand abgelegenen Seite mit einer Transportstange (3) versehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2) in seinem Innenbereich einen Hohlraum (2a) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben eine erste Bohrung (2b) aufweist, die bei zu­ rückgezogenem Kolben den Hohlraum (2a) im Innenbereich des Kolbens mit dem Zwischenraum (4) zwischen dem Kolben und der Abschlusswand (1c) des Körpers verbindet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2) eine zweite Bohrung (2c) aufweist, welche zur Aufnahme eines im Hohlraum im Innenbereich des Kol­ bens angeordneten Gegenstandes (6) dient.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (2) in seiner Abschlusswand (1c) eine dritte Bohrung (1d) aufweist, die in Axialrichtung in Verlänge­ rung zur zweiten Bohrung (2c) des Kolbens vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abschlusswand des Körpers (1) ein Hohlraum (1d) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abschlusswand (1c) des Körpers (1) eine erste Bohrung (1e) vorgesehen ist, welche zur Aufnahme eines im Hohlraum (1d) angeordneten Gegenstandes dient.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abschlusswand (1c) des Körpers (1) eine zweite Bohrung (1f) vorgesehen ist, die den Zwischenraum (4) zwischen dem Kolben und der Abschlusswand des Körpers mit dem Hohlraum (1d) in der Abschlusswand des Körpers verbindet.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-14, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere nebeneinander angeordnete Körper aufweist, innerhalb derer jeweils ein Kolben beweglich ist, wobei die Kolben über eine Kurbelwelle (8) miteinander verbun­ den sind (Fig. 5).

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben über die Kurbelwelle (8) derart miteinander verbunden sind, dass im Betrieb der Vorrichtung ein Kol­ ben in einem ersten Körper an der Abschlusswand oder in deren Nähe anliegt, während gleichzeitig sich die Kolben benachbarter Körper in einem teilweise oder vollständig zurückgezogenen Zustand befinden.

17. Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprü­ che 3-16 bei der Innenbeschichtung von Hohlkörpern.

18. Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper Flaschen oder Ampullen aus Glas oder Kunststoff sind.