DE102004019062B4

DE102004019062B4 - Vorrichtung zum Beschichten von schweren Bändern im Vakuum

Info

Publication number: DE102004019062B4
Application number: DE200410019062
Authority: DE
Inventors: Peter Lazarov
Original assignee: MOST FROM CALIFORNIA LLC; Most from California Thousand Oaks LLC
Current assignee: THE MOST FROM CALIFORNIA LLC,, THOUSAND OAKS, , US
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2024-04-21
Also published as: WO2005103322A2; DE102004019062A1; WO2005103322A3

Abstract

Vorrichtung zum Beschichten von schweren Bändern im Vakuum, mit einer zylindrischen Kammer (3), mit einer mindestens an einer Seite des Zylinders angeordneten Türe (2) und einer Wickelvorrichtung (17), dadurch gekennzeichnet, dass durch die Türe (2) ein Tragrohr (1) führt, auf dem die Wickelvorrichtung (17) befestigt ist, mit einer zwischen zwei Lagerschilden (4, 5) befindlichen Abwickelwalze (8), einer Aufwickelwalze (9), mindestens zwei Umlenkwalzen (6, 7) und mindestens einer Tänzerwalze (12, 13), sowie mindestens einer Anpresswalze (11), wobei die Achsen aller Walzen parallel zur Achse des Tragrohres (1) sind und Tragrohr (1) und Türe (2) unabhängig auf einem Fahrwagen befestigt sind, wobei dieser Fahrwagen auf Rollen oder Schienen parallel zur Zylinderachse der Kammer (3) beweglich ist, wobei jede Tänzerwalze (12, 13) durch je zwei Federpakete (14) in Richtung Tragrohr (1) gezogen wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten von schweren Bändern im Vakuum in einer zylindrischen Kammer, mit mindestens einer auf einer Zylinderseite ausfahrbaren Tür zum druckdichten Verschließen der Kammer, einem durch die Tür in das Vakuum ragenden Rohr, an dem eine Wickelvorrichtung angebracht ist, die über zwei Lagerschilde verfügt, zwischen denen sich drehbar gelagerte Umlenk-, Tänzerwalzen, mindestens je eine Abwickel- und Aufwickelwalze befinden, sowie mindestens eine in oder an der Kammer befindliche Beschichtungsquelle, wobei Tür samt Rohr und Wickelvorrichtung mittels einem Fahrwerk zum Zweck des Be- und Entladens in die Kammer von außen verfahrbar sind, so dass alle Walzen von außen zugänglich sind und das Rohr derart an Fahrwerk und Tür befestigt ist, dass durch die Verformung der Vakuumkammer beim Evakuieren keine Kräfte auf die Wickelvorrichtung entstehen.
Zur Herstellung selektiver Absorber für Sonnenkollektoren werden üblicherweise große Mengen an Kupferband in Losgrößen von 500 kg bis zu mehreren Tonnen (im Rahmen der Erfindung als „schwere Bänder” bezeichnet) in großen Vakuumkammern, die über ein Fassungsvermögen von mehreren Kubikmetern verfügen, bedampft. Bisher ist es üblich, Wickelvorrichtungen für diese schweren Bänder an einer Kammerwand zu befestigen, so offenbart in DE 197 00 408 A1 , US 4,393,091 A , DE 42 23 568 C1 oder DE 37 40 483 A1 . Diese Ausführung hat mehrere Nachteile. Durch das Evakuieren der Vakuumkammer verformen sich die Kammerwände, wodurch eine präzise Wickelung nicht mehr gegeben ist. Um diesen Nachteil zu überwinden, wird in DE 41 32 204 C2 eine Vorrichtung offenbart, die die Durchbiegung von Außenwänden an Vakuumbehältern reduzieren soll. Eine solche Vorrichtung ist allerdings aufwendig. Der zweite Nachteil ist, dass das Be- und Entladen zeitaufwendig ist und lange Wartezeiten entstehen. Dieser Nachteil wird durch DE 37 26 113 A1 beseitigt. Darin (in DE 37 26 113 A1 ) ist offenbart, die Wickelvorrichtung zwischen zwei Platinen zu montieren und diese mittels einer Verfahrvorrichtung in die Beschichtungskam mer einzubringen. Hier wird eine der Platinen mit dem Kammerdeckel verbunden. Hierbei werden jedoch wiederum die Wickeleigenschaften durch die Verformung der Kammer durch das Evakuieren beeinträchtigt. Eine alternative Lösung zur Lagerung der Wickelvorrichtung, nämlich auf einer Transporteinrichtung, ist in der WO 98/11271 A gezeigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass sowohl ein rascher Wechsel der schweren Bänder, die das Wickelsubstrat darstellen, möglich ist, als auch der Wickelmechanismus ungestört von Verformungen der Vakuumkammer abläuft. Der dadurch mögliche rasche Wechsel des Wickelsubstrates senkt die laufenden Kosten beim Betrieb der Vorrichtung. Die Entkopplung zwischen Kammerwänden und Wickelvorrichtung ermöglicht eine höhere Betriebszuverlässigkeit und kostengünstigere Produktion mit der Beschichtungsanlage.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Tragrohr gelöst, welches durch die Tür der Vakuumkammer verläuft. Das Gewicht der Tür und des Rohres wird durch geeignete Aufnehmer, die mit einem Fahrwagen verbunden sind, getragen. Die Vakuumdichtung zwischen Rohr und Tür ist mit mindestens einem Dichtring ausgestaltet. Tragrohr und Türe sind unabhängig voneinander an einem Fahrwagen befestigt. Am Tragrohr, ohne festen Verbund zur Kammer, sind zwei Lagerschilde angebracht, an denen die Wickelwalzen gelagert werden, und zwar derart, dass die Walzenachsen parallel zum Tragrohr sind.
Die Wickelvorrichtung besteht aus einer Ab- und Aufwickelwalze, die durch zwei an der Türe außerhalb des Vakuums befestigte Motoren angetrieben werden. Weiterhin beinhaltet die Wickelvorrichtung mindestens zwei Umlenkwalzen, von denen vorzugsweise mindestens eine als Heizwalze ausgeführt werden kann, mindestens eine Tänzerwalze, die durch je zwei Federpakete in Richtung Tragrohr gezogen wird. Vorzugsweise laufen auf den Auf- und Abwickelwalzen Anpressrollen.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung besteht darin, eine oder mehrere Umlenkwalzen mit einem Bremsmotor, der außerhalb des Vakuums angebracht ist, zu verbinden. Der besondere Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass hierdurch der Bandzug in verschiedenen Bereichen der Wickelstrecke unterschiedlich gestaltet werden kann.
Unter der zwischen den Umlenkwalzen entstehenden Freistrecke des Bandes ist in der Kammer oder an der Kammer eine Beschichtungseinheit gegenüber der Wickelvorrichtung ortsfest angebracht. Bei der Beschichtungseinheit handelt es sich vorzugsweise um eine PVD oder CVD Einheit, besonders bevorzugt um einen Elektronenstrahlverdampfer, eine Sputterquelle oder ARC-Quelle.
Vorzugsweise ist der Fahrwagen auf Rollen oder auf einem Schienensystem bewegbar. Diese Rollen oder Schienen sind breiter ausgeführt als die zylindrische Vakuumkammer. Der Fahrwagen fährt die Türe samt Tragrohr und Wickelvorrichtung in die Kammer vakuumdichtend ein.
Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in der angehängten Zeichnung rein schematisch dargestellt:
1 zeigt die Seitenansicht der Kammer, sowie die ausgefahrene Türe mit Tragrohr und Wickelvorrichtung. Das Fahrwerk ist, zwecks besserer Übersicht, nicht abgebildet.
2 zeigt das Tragrohr mit Wickelwalzen zwischen den Lagerschilden.
Ausführungsbeispiel 1:
Die Beschichtungsanlage besteht aus einer zylindrischen Vakuumkammer (3), einer Wickelvorrichtung (17), welche an ein Tragrohr (1) befestigt ist. Tragrohr (1) und Türe (2) der Vakuumkammer (3) sind an einem Fahrwerk befestigt. Das Fahrwerk fährt auf einem Schienensystem derart, dass Tür (2) und Tragrohr (1) mit der Wickelvorrichtung (17) in die Vakuumkammer (3) einfahren kann. Die Tür (2) und die Kammer (3) sind beide mit einem Dichtungsflansch (18) versehen, so dass die Türe (2) die Kammer (3) vakuumdicht abdichtet.
Die Wickelvorrichtung besteht aus zwei Lagerschilden (4, 5) an denen die Walzen, Ab- und Aufwickelwalze (8, 9), Umlenkwalzen (6, 7), Anpressrollen (10, 11), Tänzerwalzen (12, 13) und die Federpakete (14) angebracht sind. Das zu beschichtende Band wird von der Abwickelwalze (8) über die Umlenkwalze (6) geführt. Hierbei wird es von der Tänzerwalze (13) geführt und gestreckt, so dass an der Umlenkwalze (6) ein definierter Umschlingungswinkel entsteht. Die Umlenkwalze (6) ist in diesem Beispiel als Heizwalze ausgeführt. Hierzu werden elektrische Leitungen durch das Rohr (1) verlegt, die über elektrische Durchführungen (19) an die Vakuumseite gelangen. Von dort werden die Leitungen zur Heizwalze (6) vakuumseitig verlegt. Die Heizwalze (6) selbst ist derart ausgestaltet, dass sie aus einem Hohlrohr besteht, welches drehbar gelagert ist. In diesem Hohlrohr befindet sich ortsfest eine kommerziell erhältliche zylinderförmige elektrische Strahlungsheizung. Das Band bildet von der Heizwalze (6) bis zur Umlenkwalze (7) eine freie Strecke. Unterhalb dieser freien Strecke sind PVD-Verdampfer, vorzugsweise Lichtbogenverdampfer oder Elektronenstrahlverdampfer an der Kammer (3) angebracht, mit welchen das laufende Band in einem üblichen Beschichtungsverfahren beschichtet wird.
Hinter der Umlenkwalze (7) wird das Band um eine zweite Tänzerwalze (12) geführt zur Aufwickelwalze (9). Weiterhin ist die Wickelvorrichtung (17) mit zwei Anpresswalzen (11) versehen. Diese erlauben es einen Schneidgrad bei Metallbändern anzupressen und führen zu einer besseren Wickelqualität. Die Auf- (9) und Abwickelwalzen (8) sind über Antriebswellen (20) mit Motoren (16) über eine Vakuumdrehdurchführung verbunden. Die Motoren sind an der Tür (2) luftseitig angebracht.
Ausführungsbeispiel 2:
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Beispiel 1 dadurch, dass die Umlenkwalze (7) als Brems- und Kühlwalze ausgeführt ist. Hierzu ist die Umlenkwalze (7) über eine Antriebswelle (20) mit einem dritten Motor (16) verbunden. Dieser ist an der Tür (2) luftseitig angebracht. Dieser Motor wird derart angesteuert, dass sich die Umlenkwalze (7) langsamer dreht als die Laufgeschwindigkeit des Bandes. Dies hat zur Folge, dass der Bandzug nach der Umlenkwalze (7) höher ist als vor der Umlenkwalze (7). Weiterhin ist die Umlenkwalze (7) als Doppelzylinder ausgeführt, wobei zwischen den zwei Zylindern ein Kühlmedium, vorzugsweise Thermoöl oder Wasser strömt.

1: Tragrohr
2: Türe
3: Vakuumkammer
4: Lagerschild
5: Lagerschild
6: Umlenkwalze; Heizwalze
7: Umlenkwalze
8: Abwickelwalze
9: Aufwickelwalze
10: Anpressrolle
11: Anpressrolle
12: Tänzerwalze
13: Tänzerwalze
14: Federpaket
15: Dichtungsring
16: Motor
17: Wickelvorrichtung
18: Dichtungsflansch
19: Elektrische Durchführungen
20: Antriebswelle

Claims

Vorrichtung zum Beschichten von schweren Bändern im Vakuum, mit einer zylindrischen Kammer (3), mit einer mindestens an einer Seite des Zylinders angeordneten Türe (2) und einer Wickelvorrichtung (17), dadurch gekennzeichnet, dass durch die Türe (2) ein Tragrohr (1) führt, auf dem die Wickelvorrichtung (17) befestigt ist, mit einer zwischen zwei Lagerschilden (4, 5) befindlichen Abwickelwalze (8), einer Aufwickelwalze (9), mindestens zwei Umlenkwalzen (6, 7) und mindestens einer Tänzerwalze (12, 13), sowie mindestens einer Anpresswalze (11), wobei die Achsen aller Walzen parallel zur Achse des Tragrohres (1) sind und Tragrohr (1) und Türe (2) unabhängig auf einem Fahrwagen befestigt sind, wobei dieser Fahrwagen auf Rollen oder Schienen parallel zur Zylinderachse der Kammer (3) beweglich ist, wobei jede Tänzerwalze (12, 13) durch je zwei Federpakete (14) in Richtung Tragrohr (1) gezogen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Umlenkwalze als Heizwalze ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Umlenkwalze als Kühlwalze ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Umlenkwalze als Bremswalze ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Tragrohr (1) und Wickelvorrichtung (17) die Wände der Kammer (3) nicht berühren.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Wickelvorrichtung (17) mindestens eine Lichtbogenverdampferquelle an der Kammer (3) angebracht ist.