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Die
Erfindung betrifft eine Hochvakuumbedampfungsanlage zur Metallisierung
von Kunststoffteilen, insbesondere zur Aufdampfung von Kupfer zur Sicherung
der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV)
der Kunststoffteile.
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Bekanntermaßen können Metallschichten durch
Verdampfen aus direkt beheizten (Schiffchen, Wendel; thermischer
Verdampfer) oder indirekt beheizten Verdampfern (Tiegel; z. B. anodischer
Bogenverdampfer), mittels Elektronenstrahl- und katodischem Vakuumbogen-Verdampfen
und durch Sputtern abgeschieden werden. Will man die meist aus der
dekorativen Beschichtungstechnik vorhandenen Batch-Anlagen einsetzen,
wird man das thermische Verdampfen favorisieren. Für diese
Zwecke sind Hochvakuumbedampfungsanlagen bekannt, die aus einer
Vakuumkammer, Verdampfungseinrichtung, einer Aufnahmeeinrichtung
für das
Bedampfungsgut sowie zugehöriger
Peripherieeinrichtungen bestehen.
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Bekannt
sind Hochvakuumbedampfungsanlagen, die aus einer evakuierbaren Vakuumkammer mit
verschließbarer
Kammertür,
einer elektrischen Verdampfungseinrichtung für das metallische Verdampfungsmittel,
einem Drehkorb zur Aufnahme und Bewegung des Bedampfungsgutes, einem
Antrieb zur Drehung des Drehkorbes, einer Evakuierungseinrichtung
sowie zugehöriger
Strom- und Medienversorgungseinrichtungen und Meß- und Steuerungseinrichtung
bestehen. Die Drehung des Drehkorbes erfolgt dabei z. B. mittels
eines an der Kammertür
angeordneten Motors und zugehöriger
Antriebselemente. Die Antriebselemente greifen dabei über eine
Klauenkupplung in ein korrespondierendes Gegenstück des Drehkorbes ein und sichern
dessen Bewegung. Konstruktiv bedingt, erfolgen die notwendigen Handlungen
zum Austausch der elektrisch beheizbaren Verdampfungselemente und
des metallischen Verdampfungsmittels über eine Inspektionsöffnung auf
der der Kammertür
gegenüberliegenden Seite.
Dies erfordert einen großen
Platzbedarf in der Aufstellung derartiger Anlagen. Das Wechseln
des Drehkorbes und der Verdampfungseinrichtung ist zeitaufwändig und
erfordert hohe Chargenzeiten.
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Durch
die Druckschriften
DE
198 09 663 C1 (Vakuum-Plasma-Beschichtungsanlage und Anwendung
derselben) und
DD 282
475 A5 (Einrichtung zur Messung der Abscheidungsrate und
zur Limitierung des Beschichtungsprozesses in Vakuumbeschichtungsanlagen)
sind Vakuumbeschichtungskammern zur Bedampfung von Substraten mit
jeweils einer elektrischen Verdampfereinrichtung, einem Drehkorb mit
Antrieb zum Halten und Bewegen der Substrate in der Kammer, Versorgungseinrichtungen
für Vakuum,
Strom und Medien, Meß-
und Regeleinrichtungen sowie einer verschließbaren Kammertür bekannt.
Nach Öffnen
der Kammertür
können
die Verdampfereinrichtung und der Drehkorb unabhängig voneinander beschickt
werden. Auf die Anordnung und die Wirkungsweise der Antriebe für den jeweiligen
Drehkorb wird nicht näher
eingegangen.
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Die
Druckschrift
US 4,116,161
A (Beschichtungsanlage mit zwei Drehkörben) beschreibt ebenso eine
Vakuumbeschichtungskammer zum Metallisieren von Schüttgut, die
zwei Drehkörpe
mit Antrieb in der Kammer über
einer elektrischen Verdampfereinrichtung enthält. Zusätzlich ist die Verdampfereinrichtung
mit elektrisch beheizten Verdampferelementen auf einem ausfahrbaren
Trägerschlitten
angebracht, dessen Stromschienen einseitig durch die Wand der Kammer
geführt
werden. Die Beschickung der Drehkörbe erfolgt über eine
notwendige Zufuhreinrichtung gegenüber der Kammertür von außen.
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Aufgabe
der Erfindung ist die Schaffung einer Hochvakuumbedampfungsanlage,
die die Produktivität
dieser Anlagen verbessert.
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Diese
Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
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Die
Vakuumkammer (1) ist ein horizontal auf einem Gestell aufliegender
und an seinen Enden verschlossener Hohlzylinder. Die Vakuumkammer
(1) wird über
eine Kammertür
(2) geöffnet
und verschlossen. Die Vakuumkammer (1) steht in bekannter
Weise über
einen Hochvakuumpumpstutzen (19) mit einer Evakuierungseinrichtung
zur Erzeugung des Hochvakuums sowie einer Strom- und Medienversorgungeinrichtung
und einer Meß-
und Steuerungseinrichtung in Verbindung.
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In
der Vakuumkammer (1) sind eine Antriebswelle (3)
für den
Drehkorb (9), ein Elementeträger (4) mit Führungen
(5) für
die Verdampfungseinrichtung, Führungen
(6) für
den Drehkorb (9) sowie Hochstromkupplungen (7)
für den
elektrischen Kontakt zur Verdampfungseinrichtung angeordnet. Auf der
der Kammertür
(2) gegenüberliegenden
Seite weist die Vakuumkammer (1) einen Versorgungsflansch
(8) mit einer vakuumdichten Durchführung für die Hochstromkupplungen (7)
auf.
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Die
Antriebswelle (3) für
den Drehkorb (9) ist erfindungsgemäß nahe dem Boden der Vakuumkammer
(1) angeordnet und wird von einem außerhalb der Vakuumkammer (1)
befindlichen Motor angetrieben.
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Der
Elementeträger
(4) ist an der der Kammertür (2) gegenüberliegenden
Seite der Vakuumkammer (1) angeordnet. Führungen
(5) des Elementeträgers
(4) reichen in den Innenraum der Vakuumkammer (1).
Die Führungen
(6) für
den Drehkorb (9) sind rechts- und linksseitig, innen nahe
dem Boden der Vakuumkammer (1) befestigt. Sowohl die Führungen
(5) für
die Verdampfungseinrichtung als auch die Führungen (6) für den Drehkorb
(9) weisen Arretierungspunkte auf.
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Bei
geöffneter
Kammertür
(2) können
der mit dem Bedampfungsgut bestückte
Drehkorb (9) und die Verdampfungseinrichtung unabhängig voneinander
in das Innere der Vakuumkammer (1) eingebracht werden.
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Die
Verdampfungseinrichtung wird von einem Trägerschlitten (10)
aufgenommen, auf dem in bekannter Weise Stromschienen (11)
und elektrisch beheizbare Verdampfungselemente (12) mit
dem metallischen Verdampfungsmittel montiert sind. Der Trägerschlitten
(10) besteht aus einer auf Rollen gelagerten Edelstahlkonstruktion.
Die Stromschienen (11) weisen an einer Seite ein Schwert
(13) auf, mit dem sie den elektrischen Kontakt über die
korrespondierend angeordneten Hochstromkupplungen (7) herstellen.
Bei geöffneter
Kammertür
(2) kann der Trägerschlitten
(10) mit den Verdampfungselementen (12) und den
elektrischen Kontakten auf den Führungen
(5) in die Vakuumkammer (1) ein- und ausgefahren
werden. Zweckmäßig verwendet
man dazu einen Transportwagen.
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Der
Drehkorb (9) dient der Aufnahme des Bedampfungsgutes. Er
besteht in bekannter Weise aus einer vorderen und einer hinteren
ringförmigen metallischen
Abschlußscheibe,
zwischen denen Stäbe
zum Befestigen der zu bedampfenden Teile angebracht sind. Der Drehkorb
(9) ist auf einem Drehkorbschlitten (15) auf zwei
Achsen gelagert. Der Drehkorbschlitten (15) selbst besitzt
Rollen, über
die er mit dem Drehkorb (9) bei geöffneter Kammertür (2) über die
am Boden angeordneten Führungen
(6) in die Vakuumkammer (1) ein- und ausgefahren
werden kann.
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Der
Drehkorbschlitten (15) besteht aus einer Rahmenkonstruktion
mit 2 Achsen (16) und (17) mit Rollen, auf denen
der Drehkorb (9) gelagert und geführt werden kann. Der Drehkorbschlitten
(15) weist einen über
einen Hebel (18) betätigbaren
Mechanismus auf, mit dem eine der Achsen des Drehkorbschlittens
(17) abgesenkt werden kann. Dadurch ist es möglich, bei
in die Vakuumkammer (1) eingefahrenem Drehkorbschlitten
(15) mit Drehkorb (9), den Drehkorb (9)
aufgrund seines Eigengewichtes auf die Antriebswelle (3)
abzusenken. Der Drehkorb (9) liegt dann auf einer Seite
auf der Antriebswelle (3) und auf der anderen Seite auf
den Rollen der nicht abgesenkten Achse (16) des Drehkorbschlittens
(15) auf. Durch den Reibschluß zwischen der Antriebswelle (3)
und dem Drehkorb (9) wird die Drehbewegung des auf der
Antriebswelle (3) und der nicht abgesenkten Achse (16)
des Drehkorbschlittens (15) aufliegenden Drehkorbes (9)
in der Vakuumkammer (1) erzeugt, wenn der Motor (14)
eingeschaltet wird.
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Bei
geöffneter
Kammertür
(2) kann der Drehkorbschlitten (15) mit dem aufliegenden
Drehkorb (9) in die Vakuumkammer (1) ein- und
ausgefahren werden. Auch hierfür
verwendet man zweckmäßig einen Transportwagen,
dessen Transportführung
mit der Höhe
des zu bewegenden Drehkorbschlittens (15) übereinstimmt.
Der Drehkorbschlitten (15) ist bei Einfahrt in die Vakuumkammer
(1) in einer definierten Stellung arretierbar. Dadurch
wird zum einen eine gleichmäßige Bedampfung
gewährleistet
und zum anderen eine definierte Drehbewegung gesichert.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Vakuumkammer
(1) eine schräg
zur Achse am nicht öffenbaren
Ende der Vakuumkammer (1) angeordneten Hochvakuumpumpstutzen (19)
auf. Damit kann über
die Evakuierungseinrichtung der Startdruck für das Bedampfen sowohl im Innenraum
des Drehkorbes (9) als auch im Zwischenraum zwischen Drehkorb
(9) und der Wand der Vakuumkammer (1) schnell
erreicht werden. Dies ist insbesondere bei der EMV-Abschirmbeschichtung
von Vorteil, da hierbei der Drehkorb (9) mit Bedampfungsgut
dicht gepackt ist. Diese dichte Anordnung des Bedampfungsgutes führt dazu,
daß der
Aufbau eines homogenen Druckfeldes innerhalb und außerhalb des
Drehkorbes (9) bei seitlicher Anbringung des Pumpstutzens
mit einem hohen Zeitaufwand einhergeht. Mit der erfindungsgemäßen, schrägen Anordnung
des Hochvakuumpumpstutzens (19) sind sowohl im Innenraum
des Drehkorbes (9) als auch im Raum zwischen Drehkorb (9)
und Wandung der Vakuumkammer (1) in kurzer Zeit homogene
Druckverhältnisse
erreichbar.
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Zur
Beschichtung wird der Drehkorb (9) mit dem Bedampfungsgut
bestückt
und über
die geöffnete
Kammertür
(2) in die Vakuumkammer (1) eingeführt, bis
die Arretierung erreicht ist. Über
einen Hebel (18) wird eine Achse (17) des Drehkorbschlittens (15)
abgesenkt. Der sich damit absenkende Drehkorb (9) liegt
dann auf der Antriebswelle (3) auf. Die Verdampfungseinrichtung
wird außerhalb
der Vakuumkammer (1) mit dem Verdampfungsmittel und – sofern
erforderlich – mit
den elektrisch beheizbaren Verdampfungselementen (12) bestückt und
bei geöffneter
Kammertür
(2) ebenfalls in die Vakuumkammer (1) eingeführt. Der
Trägerschlitten
(10) mit der Verdampfungseinrichtung bewegt sich auf Rollen
und wird auf die Führungen
(5) des Elemententrägers
(4) aufgeschoben und arretiert.
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Nach
Einbringen der Verdampfungseinrichtung und des mit dem Bedampfungsgut
bestückten Drehkorbes
(9) wird die Kammertür
(2) geschlossen und die Vakuumkammer (1) evakuiert.
Ist nach dem Bedampfungsprozeß das
entsprechend der aufzudampfenden Schichten dosierte Verdampfungsmittel verdampft,
kann die Kammertür
(2) (nach Abkühlung und
Zurückführen des
Vakuums des Inneren der Vakuumkammer (1)) geöffnet werden. Über Transportwagen
sind dann der Drehkorbschlitten (15) als auch die Verdampfungseinrichtung
getrennt entnehmbar. Dabei muß über den
Hebel (18) die zweite Achse des Drehkorbschlittens (17)
so angehoben werden, daß der
Drehkorb (9) auf beiden Achsen des Drehkorbschlittens (15)
zu liegen kommt.
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Die
getrennte Befahrbarkeit mit Verdampfungseinrichtung und Drehkorb
(9) sichert eine zügige
Arbeitsweise. Separat kann die Verdampfungseinrichtung mit neuem
Verdampfungsmittel und der Drehkorb (9) mit neuem Bedampfungsgut
bestückt werden.
Die getrennte Bestückungsmöglichkeit
wirkt qualitätssteigernd.
Die Teilebestückung
kann auf einer sauberen Fläche
erfolgen. Die Wartung und Neubestückung der Verdampfungseinrichtung
ist bei einer Chargenverdampfungsmenge von 200 bis 400 g Kupfer
zwangsweise mit Metallstaubverunreinigungen verbunden. Durch die
getrennte Bestückung
bestehen keine Gefahren für
die Verunreinigung der Kunsttoffteile.
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Durch
die Trennung von Drehkorb und Verdampfungseinrichtung kann die Verdampfungseinrichtung
mit geringem Aufwand ausgetauscht werden, ohne daß der Drehkorb
bewegt werden muß. Dies
ist z. B. von Vorteil, wenn zur Beschichtung einer Charge neues
Bedampfungsmaterial nachgefüllt werden
muß. Eine
zweite Verdampfungseinrichtung kann beschickt werden, während die
Substrate unter Verwendung einer ersten Verdampfungseinrichtung beschichtet
werden. Ist das Bedampfungsmaterial der ersten Verdampfungseinrichtung
verbraucht, so wird diese entfernt, die zweite Verdampfungseinrichtung
wird in die Vakuumkammer (1) eingefahren und der Prozeß wird fortgesetzt.
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Auch
zum Wechsel des Verdampfertyps ist die getrennte Austauschbarkeit
der Verdampfungseinrichtung von Vorteil. Bei bestimmten mehrschichtigen
Schichtaufbauten kann hierdurch in Abhängigkeit vom aufzudampfenden
Material mit geringem Aufwand der Verdampfertyp ausgewechselt und
anschließend
der Bedampfungsprozeß fortgesetzt
werden.
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Die
Befahrbarkeit der Vakuumkammer (1) über die geöffnete Kammertür (2)
erlaubt eine platzsparende Aufstellung der erfindungsgemäßen Hochvakuumbedampfungsanlage.
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Anhand
beigefügter
Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher
erläutert. Dabei
zeigen
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1 einen
Querschnitt der Vakuumkammer (1) mit Verdampfungseinrichtung
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2 einen
Längsschnitt
der Vakuumkammer (1) mit Verdampfungseinrichtung (nicht
geschnitten)
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3 Querschnitt
der Vakuumkammer (1) mit Drehkorb und Drehkorbschlitten
(20)
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1 zeigt
in vereinfachter Darstellung einen Querschnitt der Vakuumkammer
(1), von der Kammertür
(2) her gesehen. Dargestellt sind der eingebaute Elementeträger (4)
mit Führungen
(5), Antriebswelle (3) und Führungen (6) für den Drehkorb (9)
(Drehkorb nicht eingefahren). Die Verdampfungseinrichtung mit Trägerschlitten
(10), Stromschienen (11) und Verdampfungselementen
(12) ist eingefahren. Der Trägerschlitten ist auf Rollen
auf den Führungen
(5) gelagert und arretiert. Die Stromschienen stellen über Schwerter
(13) mit den Hochstromkupplungen (7) den elektrischen
Kontakt zur Stromversorgungseinrichtung her.
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2 zeigt
in vereinfachter Darstellung einen Längsschnitt der Vakuumkammer
(1) ohne Gestell und Peripherieeinrichtungen und mit eingefahrener
Verdampfungseinrichtung. Über
die Kammertür (2)
kann die Vakuumkammer (1) geöffnet und verschlossen werden.
An der der Kammertür
(2) gegenüberliegenden
Seite ist ein Elementeträger
(4) mit Führung
(5) befestigt.
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Schräg zur Achse
der Vakuumkammer (1) ist auf der der Kammertür (2)
gegenüberliegenden
Seite ein Hochvakuumpumpstutzen (19) angeordnet, der die
Verbindung zur Evakuierungseinrichtung schafft. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung
des Hochvakuumpumpstutzens (19) sind sowohl im Innenraum des
Drehkorbes (9) als auch im Raum zwischen Drehkorb (9)
und Wandung der Vakuumkammer (1) in kurzer Zeit homogene
Druckverhältnisse
erreichbar.
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Der
Trägerschlitten
(10) trägt
Stromschienen (11) und Verdampfungselemente (12),
ist auf Rollen auf den Führungen
(5) gelagert und arretiert. Die Stromschienen (11)
stellen über
Schwerter (13) mit Hochstromkupplungen (7) den
elektrischen Kontakt zur Stromversorgungseinrichtung her. Dazu sind über den
Versorgungsflansch (8) vakuumdicht Stromleitungen zu den
Hochstromkupplungen (7) geführt.
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3 zeigt
in vereinfachter Darstellung einen Querschnitt der Vakuumkammer
(1) von der Kammertür
(2) her gesehen. Der Drehkorb (9) ist mit einem
Drehkorbschlitten (15) in die Vakuumkammer (1)
eingefahren und über
Anordnung (20) arretiert.
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Der
Drehkorbschlitten (15) besteht aus einer Rahmenkonstruktion
mit 2 Achsen (16) und (17) mit Rollen, auf denen
der Drehkorb (9) gelagert und geführt werden kann. Der Drehkorbschlitten
(15) weist einen über
einen Hebel (18) betätigbaren
Mechanismus auf, mit dem die Achse (17) des Drehkorbschlittens
(15) abgesenkt werden kann. Dadurch ist es möglich, den
Drehkorb (9) aufgrund seines Eigengewichtes auf die Antriebswelle
(3) abzusenken. Der Drehkorb (9) liegt dann auf
einer Seite auf der Antriebswelle (3) und auf der anderen
Seite auf den Rollen der nicht abgesenkten Achse (16) des
Drehkorbschlittens (15) auf. Über die Antriebswelle (3)
und die nicht abgesenkte Achse (16) des Drehkorbschlittens (15)
erfolgt dann die Drehbewegung des Drehkorbes (9) in der
Vakuumkammer (1). Die Antriebswelle (9) wird von
einem außerhalb
der Vakuumkammer (1) angeordneten Motor (14) angetrieben.
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Zur
Vakuumbeschichtung wird der Drehkorb (9) mit dem Bedampfungsgut
bestückt
und über
die geöffnete
Kammertür
(2) in die Vakuumkammer (1) eingeführt, bis
der Arretierungspunkt (20) erreicht ist. Über den
Hebel (18) und einen Hebelmechanismus wird die Achse (17)
des Drehkorbschlittens (15) abgesenkt. Der sich damit absenkende
Drehkorb (9) liegt dann auf der Antriebswelle (3)
und der nicht abgesenkten Achse (16) auf.
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Die
Verdampfungseinrichtung wird außerhalb
der Vakuumkammer (1) mit dem Verdampfungsmittel bestückt und
bei geöffneter
Kammertür
(2) in die Vakuumkammer (1) eingeführt. Der
Trägerschlitten
(10) mit der Verdampfungseinrichtung bewegt sich auf Rollen
und wird auf die Führung
(5) des Elementeträgers
(4) aufgeschoben und arretiert.
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Nach
Einbringen der Verdampfungseinrichtung und des mit dem Bedampfungsgut
bestückten Drehkorbes
(9) wird die Kammertür
(2) geschlossen und die Vakuumkammer (1) evakuiert.
-
Nach
Abkühlung
und Zurückführen des
Vakuums des Inneren der Vakuumkammer (1) kann die Kammertür (2)
geöffnet
werden. Über
Transportwagen sind dann der Drehkorbschlitten und die Verdampfungseinrichtung
getrennt entnehmbar. Dabei muß über den
Hebel (18) die zweite Achse (17) des Drehkorbschlittens
so angehoben werden, daß der Drehkorb
(15) auf beiden Achsen (16) und (17)
des Drehkorbschlittens (15) liegt.
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- 1
- Vakuumkammer
- 2
- Kammertür
- 3
- Antriebswelle
Drehkorb
- 4
- Elementeträger
- 5
- Führung
- 6
- Führung
- 7
- Hochstromkupplung
- 8
- Versorgungsflansch
- 9
- Drehkorb
- 10
- Trägerschlitten
- 11
- Stromschiene
- 12
- Verdampfungselement
- 13
- Schwert
- 14
- Motor
- 15
- Drehkorbschlitten
- 16
- Achse
- 17
- absenkbare
Achse
- 18
- Hebel
- 19
- Hochvakuumpumpstutzen
- 20
- Arretierung
Drehkorb