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Die
Erfindung betrifft eine Schleusenvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.
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Bei
Schleusenventilen von Vakuumkammern, insbesondere für sogenannte
Inline-Anlagen zur
Substratbeschichtung, treten häufig
Probleme bei dem Abdichten der Schleusenventilklappe gegenüber dem
Rezipienten auf. Ein wesentlicher Einflussfaktor bei Schleusenventilen
mit schwenkbaren Schleusenventilklappen ist dabei eine Verdrehung der
Schwenkwelle sowie der Schleusenventilklappe beim Andrücken der
Klappe gegen den Rezipienten im Verschlusszustand des Schleusenventils.
Die Folge der daraus resultierenden Verformungen ist ein ungleichmäßiger Anpressdruck
der Schleusenventilklappe an ein die Schleusenöffnung umfassendes elastisches
Dichtungselement, was dazu führt,
dass entlang des Verlaufs des Dichtungselements nicht an allen Stellen
die zur zuverlässigen
Abdichtung notwendige Mindestanpresskraft sichergestellt ist. Ein gängiges,
jedoch aufwändiges
und kostentreibendes Konzept, um dennoch eine ausreichende Abdichtung zu
gewährleisten,
besteht darin, sehr groß dimensionierte
Bauteile einzusetzen, mit denen ein ausreichend hohes Drehmoment
und ein entsprechender Anpressdruck aufgebracht werden kann.
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Aus
der
DE-OS 3941 502 ist
eine Vorrichtung mit einer Unterdruckkammer und einem beiderseits der
Unterdruckkammer vorgesehenen Schleusenventil bekannt. Die Ventilplatte
weist eine längliche parallel
epipede Form auf, wobei die Ventilplatte mit jeweils drei Lagerböcken fest
verbunden ist. Durch die Lagerböcke
ist eine Achse hindurchgeführt,
die ihrerseits wiederum mit Schwenkhebeln in Verbindung steht und
von einem Zahnstangentrieb mit Motor verschwenkbar ist. Die Ventilplatte
ist gegenüber dem
um ortsfeste Lager bewegbaren Hebel kippbar gehalten, so dass die
Dichtflächen
der Ventilplatte auf die Dichtfläche
am Gehäuse
der Unterdruckkammer anpressbar ist. Es hat sich jedoch gezeigt,
dass mit diesem bekannten Schleusenventil höchste Anforderungen an die
Dichtheit nicht erreicht werden können, weil der erforderliche
Dichtring im Verschlusszustand zu ungleichmäßig beansprucht wird und sich
die Dichtplatte bzw. die Antriebsachse im Verschlusszustand in einem
zu großen
Maße durchbiegen.
Dieses Problem tritt insbesondere auf, falls die Ventilplatte ein
extremes Breiten-/Längenverhältnis aufweist,
wie es typisch bei Inline-Anlagen für flache Großflächensubstrate
erforderlich ist.
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Aus
der
DE 4203 473 A1 ist
ferner bereits eine Drehschleuse zum Ein- und/oder Ausbringen eines
Substrats von der einen in eine benachbarte Behandlungskammer oder
aus dem atmosphärischen Raum
in eine Kammer geringeren Drucks bekannt mit einer torartigen, in
ortsfesten Lagern gehaltenen Ventilplatte und einem mit dieser in
Wirkverbindung stehenden Schließmotor
und mit einem die Schleusenöffnung
umschließenden
rahmenförmigen
Dichtelement. Die Ventilplatte ist in einem sich etwa parallel zu
ihr erstreckenden Ventilbalken über
mindestens ein elastisch verformbares Zwischenglied angelenkt, wobei
der Ventilbalken seinerseits zwei zueinander diametral gegenüberliegende
Lagerzapfen aufweist, die drehfest mit außerhalb der Kammer vorgesehenen
Antriebsmotoren gekoppelt sind. Der Ventilbalken ist als biegesteifes
Profil ausgebildet. Ein Nachteil dieser Schleuse ist der hohe konstruktive
Aufwand und die Schwierigkeit, eine Partikelkontamination aufgrund
einer Torsion der Ventilplatte auszuschließen.
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Aus
der
US 5379 984 ist
ein Schleusenventil mit einem Ventilkörper, durch den sich ein langer
enger Schlitz erstreckt, bekannt. Auf einer Öffnungsseite des Schlitzes
ist eine Ventilplatte angeordnet, die sich zu einer schmalen Dichtungskontaktfläche verjüngt. Ein
bewegbares Dichtungselement ist vorgesehen, um einen gespreizten
Schlauch als dichtende Membran auf die Kontaktfläche aufzulegen. Da das Dichtelement
an eine Schwenkachse angelenkt ist, ist es bei dieser vorbekannten
Ventilvorrichtung schwierig, einen uniformen Druck entlang des Öffnungsverlaufs
zu gewährleisten.
So kann dieses Schleusenventil dem Druckunterschied zwischen Vakuum
und Atmosphärendruck
nur widerstehen, wenn das Ventil so angeordnet ist, dass der Atmosphärendruck
schließkraftunterstützend in
die Schließrichtung
der Ventilklappe wirkt.
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Aus
der
US 6263 542 B1 ist
ferner eine Klappenanordnung mit einer Schwenklagerung für eine Vakuumkammer
bekannt. Der Klappenkörper
wird von der Schwenklagerung durch eine aufwändige flexible, beispielsweise
federnde Verbindung, entkoppelt. Damit soll ein ungleichmäßiger Andruck
der Dichtung, der zu Undichtigkeiten führen könnte, vermieden werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer gattungsgemäßen Schleusenvorrichtung,
bei der eine Verwindung der Schwenkachse vermieden oder reduziert
werden und eine einfache und sichere Abdichtung einer in einer Wandung
angeordneten Schleusenöffnung
erreicht werden kann.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des unabhängigen
Patentanspruchs gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu
entnehmen.
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Erfindungsgemäß ist bei
einer Schleusenvorrichtung für
eine in einer Wandung zwischen einem ersten und zweiten Rezipienten
angeordnete Schleusenöffnung
mit einem klappenartigen Absperrorgan, welches in einem Befestigungsbereich
mit einer vorgegebenen Länge
L an der Schwenkwelle einer Schwenkeinrichtung angeordnet ist, vorgesehen, dass
zur Betätigung
des Absperrorgans zumindest ein Motor zur Einleitung eines Drehmoments
in die Schwenkwelle an zumindest einer in dem Befestigungsbereich
des Absperrorgans liegenden Einleitungsstelle vorgesehen ist. Da
die Einleitung des Drehmoments in dem Bereich der Befestigung des Absperrorgans
erfolgt, wird die wirksame Länge
für eine
Verdrehung der Welle gegenüber
einer endseitigen Einleitung von Drehmoment beträchtlich reduziert. Insbesondere
bei langen Schwenkwellen schließt
das Absperrorgan mit erhöhter
Zuverlässigkeit.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn die Einleitungsstelle an oder in der Nähe der Position ½ L der Schwenkwelle
vorgesehen ist, da eine Reduktion der Verwindung mit geringem konstruktiven
Aufwand erreicht werden kann.
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Wenn
eine Mehrzahl von Einleitungsstellen vorgesehen ist, die gleichmäßig entlang
der Länge
L der Schwenkwelle verteilt, wird das Drehmoment gleichmäßig in das
Absperrorgan eingeleitet, so dass keine wesentliche oder nur eine
geringe Verdrehung der Schwenkwelle auftritt.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist die Schwenkwelle als Hohlwelle
mit einer feststehenden Achse ausgebildet, wobei der oder die Motoren
in der Hohlwelle angeordnet sind. Dies ist platzsparend und im Hinblick
auf einen Betrieb der Vorrichtung in einem Vakuum zweckmäßig. Vorzugsweise
ist der Motor ein Torque-Motor, der auf hohe Momente und niedrige Drehzahlen
ausgelegt ist. Übertragungselemente
wie Getriebe können
entfallen. Ferner sind bei diesem Motortyp bei stehendem Motor dauerhaft
hohe Haltemomente erreichbar.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung sind in einem Innenbereich der
Schwenkwelle Kühlkanäle zur Zirkulation
eines Kühlmediums
vorgesehen. Bei einer feststehenden Achse ist es vorteilhaft, die
Kühlkanäle in der
Achse zu führen.
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In
einer alternativen Weiterbildung der Erfindung sind der oder die
Motoren in einem vorgegebenen Abstand von der Schwenkwelle angeordnet
und koppeln mittels einer Kopplungseinrichtung an. Die Kopplungseinrichtung
ist vorzugsweise ein Zahnrad- oder Zahnriemengetriebe. Bei einer
Weiterbildung der Erfindung, die vorzugsweise für den Einsatz bei Inline-Systemen
mit großflächigen flachen
Substraten geeignet ist, ist die Schleusenöffnung als Spaltöffnung ausgebildet.
Zweckmäßigerweise
kann das Absperrorgan als Rechteckklappe ausgebildet sein.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann mit einer Schwenkwelle von einer Länge von zumindest 150 mm bis
zu mehr als 2000 mm ausgestattet sein.
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Weitere
Ausführungsformen
und Vorteile der Erfindung sind auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung
in Patentansprüchen
im folgenden ohne Beschränkung
der Allgemeinheit anhand von Zeichnungen beschrieben.
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Es
zeigen in stark schematischer Darstellung:
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1 eine
erfindungsgemäße Schleusenvorrichtung
in einem Horizontalschnitt
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2 eine
erfindungsgemäße Schleusenvorrichtung
in einem Vertikalschnitt.
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In
den 1 und 2 sind jeweils ein Horizontalschnitt
A-A bzw. ein Vertikalschnitt senkrecht zu A-A einer erfindungsgemäßen Schleusenvorrichtung
für eine
in einer Wandung zwischen einem ersten und einem zweiten Rezipienten
angeordneten Schleusenöffnung
dargestellt. Bei den Rezipienten handelt es sich um Vakuumkammern.
Eine derartige Schleusenvorrichtung wird vorteilhaft bei sogenannten
Inline-Systemen zur Herstellung von Substraten für flache Displays eingesetzt.
Typischerweise sind derartige Substrate ca. 1 mm dick, rechteckig
und haben eine Größe von 1000 × 1200 mm
oder mehr. Die Substrate werden hängend in dem Inline-System
entlang eines linearen oder U-förmigen
Pfades durch eine Anzahl von Vakuumkammern geführt, die durch die Schleusen
voneinander separierbar sind. Bedingt durch die Substratdimensionen
sind die typischen Schleusenöffnungen
charakterisiert durch ein extremes Längen-/Breitenverhältnis. Es
versteht sich jedoch, dass die erfindungsgemäße Schleusenvorrichtung auch
für andere
Schleusenöffnungsprofile
eingesetzt werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Schleusenvorrichtung
ist aus dünnwandigen
und leichten Bauelementen ausführbar
und daher besonders geeignet für
automatisiertes Substrat-Handling
mit einer hohen Durchsatzrate und dementsprechend schneller Taktung
der Schleusenventile, da nur geringe Massen bewegt werden müssen.
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In 1 ist
zwischen einer ersten Vakuumkammer VK1 und einer zweiten Vakuumkammer
VK2 eine als Rechteckspalt ausgebildete Schleusenöffnung angeordnet,
die im vorliegenden Fall einen ersten Spaltbereich 15,
der der Vakuumkammer VK1 und einen zweiten Spaltbereich 10,
der der Vakkumkammer VK2 zugeordnet ist, umfasst. Zwischen den Vakuumkammern
VK1 und VK2 erstreckt sich eine Wandung, die aus einem Verbindungsflansch 1a der Vakuumkammer
VK1 und einem Verbindungsflansch 9a der Vakuumkammer VK2
gebildet ist, die jeweils mit einer Kammerwand 1 bzw. 9 der
Vakuumkammer VK1 bzw. VK2 verbunden sind. Die Schleusenöffnung kann
durch ein als rechteckige Klappe 6 ausgebildetes Absperrorgan
im Zusammenwirken mit einer Gegenplatte 6a verschlossen
werden. Die Schleusenöffnung
wird in dem von dem Spaltbereich 15 gebildeten Bereich
von der Gegenplatte 6a umfasst. Die Gegenplatte 6a weist
ein verformbares Dichtungselement 7 auf, vorzugsweise einen
gummielastischen Rundschnurring, der im Verschlusszustand deformiert
wird und eine drucksichere Abdichtung gewährleistet. Die Klappe 6 ist
an einer als Hohlwelle ausgebildeten Schwenkwelle 5 angeordnet.
Wie aus der 2 zu erkennen ist, weist die
Hohlwelle 5 einen Befestigungsbereich mit einer Länge L auf,
der sich peripher als Anschlussflansch 5a erstreckt. Die Übertragung
von Drehmoment bei einer Bewegung der Klappe 6 von der
Hohlwelle 5 erfolgt in diesem Bereich. In der Hohlwelle 5 ist
eine starre Achse 2 angeordnet, um die die Hohlwelle 5 eine
Rotationsbewegung ausführen
kann.
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Zur
Betätigung
der Klappe 6 sind Motoren M1 und M2 zur Einleitung eines
Drehmoments in die Hohlwelle an in dem Befestigungsbereich des Absperrorgans
liegenden Einleitungsstellen vorgesehen. Die Motoren M1 bzw. M2
sind jeweils in der Hohlwelle angeordnet. Der Motor M1 ist ein Innenläufermotor
mit einem Stator 3 und einem Läufer bzw. Permanentmagneten 3a,
der an der starren Achse 2 befestigt ist. Der Motor M2
ist als Außenläufer mit
einem Stator 4 und einem Läufer bzw. Permanentmagneten 4a ausgebildet.
Bevorzugt sind die Motoren M1 und M2 als Torque-Motoren ausgebildete
bürstenlose
Synchronmotoren mit Permanentmagneterregung. Kopplungseinrichtungen
wie beispielsweise Getriebe können
entfallen, auch wenn hohe Momente und niedrige Drehzahlen erforderlich
sind. Die Motoren können
wassergekühlt
ausgeführt
sein. Zur Abdichtung gegen Verschmutzung weist die Hohlwelle 5 Abdichtungen 8 auf,
womit eine besonders hohe Funktionssicherheit der Motoren M1 und
M2 erreicht werden kann. Da Torque-Motoren ihr größtes Drehmoment
bei stehendem Motor aufweisen und dieses auch für längere Zeit halten können, ist
eine besonders einfache und sichere Funktion des Absperrorgans bzw.
des Schließzustandes
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bei dieser Ausführungsform
gewährleistet.
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In
einer alternativen Ausbildungsform der Erfindung ist entweder nur
eine Einleitungsstelle in den Befestigungsbereich des Absperrorgans
oder eine Mehrzahl von Einleitungsstellen vorgesehen. Bevorzugt
ist eine Einleitungsstelle an oder in der Nähe der Position ½ L der
Schwenkwelle. In einer Weiterbildung der Erfindung sind eine Mehrzahl
von Einleitungsstellen vorgesehen, deren Positionierung vorgegebenen
Werten des vom Absperrorgan auf das Dichtungselement ausgeübten Anpressdrucks
angepasst ist. Dies ist insbesondere bei einem unregelmäßigen Schleusenöffnungsprofil
zweckmäßig. Für den Fall
einer Mehrzahl von Einleitungsstellen ist es insbesondere bei einem
linear gleichmäßigen Öffnungsprofil
günstig,
diese gleichmäßig entlang
der Länge
L der Schwenkwelle zu verteilen.
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In
einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung sind der oder die Motoren
in einem vorgegebenen Abstand von der Schwenkwelle angeordnet und koppeln
mittels einer Kopplungseinrichtung an die Schwenkwelle an. Bei dem
oder den Motoren kann es sich um pneumatische, hydraulische oder
elektrische Antriebe handeln. Bevorzugt ist die Kopplungseinrichtung
als Zahnrad- oder Zahnriemengetriebe ausgebildet.
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- M1
- Motor
- M2
- Motor
- VK1
- Vakuumkammer 1
- VK2
- Vakuumkammer 2
- 1
- Kammerwand
Vakuumkammer 1
- 1a
- Verbindungsflansch
Vakuumkammer 1
- 2
- starre
Achse
- 3
- Stator
- 3a
- Läufer/Permanentmagnet
- 4
- Läufer/Permanentmagnet
- 4a
- Stator
- 5
- Hohlwelle
- 5a
- Anschlussflansch
- 6
- Klappe
- 6a
- Gegenplatte
- 7
- Dichtungselement
- 8
- Dichtung
- 9
- Kammerwand
- 9a
- Verbindungsflansch
- 10
- Spaltöffnung
- 12
- Halterung
für Achse
- 13
- Kühlwasserdurchführung
- 15
- Spaltöffnung