DE102004029677A1 - Method and device for plasma treatment of workpieces - Google Patents
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Abstract
Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Plasmabehandlung von Werkstücken. Die Werkstücke werden in eine zumindest teilweise evakuierbare Plasmakammer einer Behandlungsstation eingesetzt, wobei die Plasmakammer von einem rotationsfähigen Plasmarad entlang eines geschlossenen Umlaufweges transportiert wird. Mindestens zwei Werkstücke werden von Halteelementen innerhalb der Behandlungsstation positioniert. Ebenfalls werden mindestens zwei Halteelemente der Behandlungsstation in einer Arbeitspositionierung mit einem relativ zueinander unterschiedlichen radialen Abstand zu einer Rotationsachse des Plasmarades positioniert.The method and the device are used for the plasma treatment of workpieces. The workpieces are inserted into an at least partially evacuatable plasma chamber of a treatment station, wherein the plasma chamber is transported by a rotatable plasma wheel along a closed circulation path. At least two workpieces are positioned by holding elements within the treatment station. Likewise, at least two holding elements of the treatment station are positioned in a working position with a radial distance relative to each other which is different from an axis of rotation of the plasma bath.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plasmabehandlung von Werkstücken, bei dem die Werkstücke in eine zumindest teilweise evakuierbare Plasmakammer einer Behandlungsstation eingesetzt werden, die von einem rotationsfähigem Plasmarad entlang eines geschlossenen Umlaufweges transportiert wird und bei dem mindestens zwei Werkstücke innerhalb der Behandlungsstation von Halteelementen positioniert werden.The The invention relates to a method for the plasma treatment of workpieces, in the workpieces in an at least partially evacuatable plasma chamber of a treatment station used by a rotatable plasma bath along a closed circulation path is transported and at least two workpieces inside the treatment station are positioned by holding elements.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Werkstücken, die mindestens eine evakuierbare Plasmakammer zur Aufnahme der Werkstücke aufweist und bei der die Plasmakammer im Bereich einer Behandlungsstation angeordnet ist, die von einem rotationsfähigen Plasmarad getragen ist sowie bei der die Plasmakammer von einem Kammerboden, einem Kammerdeckel sowie einer seitlichen Kammerwandung begrenzt ist und bei der die Behandlungsstation mindestens zwei Halteelemente zur Positionierung der Werkstücke aufweist.The Invention relates to this In addition, a device for the plasma treatment of workpieces, the Has at least one evacuatable plasma chamber for receiving the workpieces and at the plasma chamber in the area of a treatment station is arranged, which is supported by a rotatable plasma wheel as well as the plasma chamber from a chamber bottom, a chamber lid and a lateral chamber wall is limited and in which the Treatment station at least two holding elements for positioning the workpieces having.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen werden beispielsweise eingesetzt, um Kunststoffe mit Oberflächenbeschichtungen zu versehen. Insbesondere sind auch bereits derartige Verfahren und Vorrichtungen bekannt, um innere oder äußere Oberflächen von Behältern zu beschichten, die zur Verpackung von Flüssigkeiten vorgesehen sind. Darüber hinaus sind Einrichtungen zur Plasmasterilisation bekannt.such Methods and devices are used, for example, to Plastics with surface coatings to provide. In particular, such methods are already available and devices known to access internal or external surfaces of containers coated, which are intended for packaging liquids. Furthermore Plasma sterilization facilities are known.
In der PCT-WO 95/22413 wird eine Plasmakammer zur Innenbeschichtung von Flaschen aus PET beschrieben. Die zu beschichtenden Flaschen werden durch einen beweglichen Boden in eine Plasmakammer hineingehoben und im Bereich einer Flaschenmündung mit einem Adapter in Verbindung gebracht. Durch den Adapter hindurch kann eine Evakuierung des Flascheninnenraumes erfolgen. Darüber hinaus wird durch den Adapter hindurch eine hohle Lanze in den Innenraum der Flaschen eingeführt, um Prozeßgas zuzuführen. Eine Zündung des Plasmas erfolgt unter Verwendung einer Mikrowelle.In PCT WO 95/22413 discloses a plasma chamber for internal coating of PET bottles. The bottles to be coated are through a moving floor into a plasma chamber and in the area of a bottle mouth associated with an adapter. Through the adapter an evacuation of the bottle interior can take place. Furthermore is through the adapter through a hollow lance in the interior the bottles are inserted, to process gas supply. An ignition of the plasma is done using a microwave.
Aus dieser Veröffentlichung ist es auch bereits bekannt, eine Mehrzahl von Plasmakammern auf einem rotierenden Rad anzuordnen. Hierdurch wird eine hohe Produktionsrate von Flaschen je Zeiteinheit unterstützt.Out this publication it is also already known to have a plurality of plasma chambers to arrange a rotating wheel. This will result in a high production rate supported by bottles per unit of time.
In der EP-OS 10 10 773 wird eine Zuführeinrichtung erläutert, um einen Flascheninnenraum zu evakuieren und mit Prozeßgas zu versorgen. In der PCT-WO 01/31680 wird eine Plasmakammer beschrieben, in die die Flaschen von einem beweg lichen Deckel eingeführt werden, der zuvor mit einem Mündungsbereich der Flaschen verbunden wurde.In EP-OS 10 10 773 a feeder is explained to to evacuate a bottle interior and with process gas supply. In PCT-WO 01/31680 a plasma chamber is described, in which the bottles are introduced by a movable lid, the previously with a mouth area the bottles was connected.
Die PCT-WO 00/58631 zeigt ebenfalls bereits die Anordnung von Plasmastationen auf einem rotierenden Rad und beschreibt für eine derartige Anordnung eine gruppenweise Zuordnung von Unterdruckpumpen und Plasmastationen, um eine günstige Evakuierung der Kammern sowie der Innenräume der Flaschen zu unterstützen. Darüber hinaus wird die Beschichtung von mehreren Behältern in einer gemeinsamen Plasmastation bzw. einer gemeinsamen Kavität erwähnt.The PCT-WO 00/58631 also already shows the arrangement of plasma stations on a rotating wheel and describes for such an arrangement a group assignment of vacuum pumps and plasma stations, for a cheap To support evacuation of the chambers as well as the interiors of the bottles. Furthermore The coating of several containers in a common Plasma station or a common cavity mentioned.
Eine weitere Anordnung zur Durchführung einer Innenbeschichtung von Flaschen wird in der PCT-WO 99/17334 beschrieben. Es wird hier insbesondere eine Anordnung eines Mikrowellengenerators oberhalb der Plasmakammer sowie eine Vakuum- und Betriebsmittelzuleitung durch einen Boden der Plasmakammer hindurch beschrieben.A Another arrangement for carrying out a Inner coating of bottles is described in PCT-WO 99/17334. In particular, it will be an arrangement of a microwave generator above the plasma chamber and a vacuum and equipment supply line described through a bottom of the plasma chamber.
Bei der überwiegenden Anzahl der bekannten Verfahren werden zur Verbesserung von Barriereeigenschaften des thermoplastischen Kunststoffmaterials durch das Plasma erzeugte Behälterschichten aus Siliziumoxiden mit der allgemeinen chemischen Formel SiOx verwendet. Zusätzlich können in den hierdurch erzeugten Barriereschichten auch Anteile von Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff enthalten sein. Derartige Barriereschichten verhindern ein Eindringen von Sauerstoff in die verpackten Flüssigkeiten sowie ein Austreten von Kohlendioxid bei CO2-haltigen Flüssigkeiten.In the vast number of known methods for the improvement of barrier properties of the thermoplastic plastic material are used by the plasma generated container layers of silicon oxides having the general chemical formula SiO x. In addition, portions of carbon, hydrogen and nitrogen may also be contained in the barrier layers produced thereby. Such barrier layers prevent the penetration of oxygen into the packaged liquids and leakage of carbon dioxide in CO 2 -containing liquids.
In
der
Die bislang bekannten Verfahren und Vorrichtungen sind noch nicht in ausreichender Weise dafür geeignet, für eine Massenproduktion eingesetzt zu werden, bei der sowohl ein geringer Beschichtungspreis je Werkstück als auch eine hohe Produktionsgeschwindigkeit erreicht werden muß.The hitherto known methods and devices are not yet in enough for that suitable for to be used in a mass production, where both a small Coating price per workpiece as well as a high production speed must be achieved.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart anzugeben, daß eine mengenmäßige Produktionsleistung bei guter Produktqualität erhöht wird.task It is therefore an object of the present invention to provide a method of the invention specify such a type that a quantitative production capacity with good product quality elevated becomes.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens zwei Halteelemente der Behandlungsstation in einer Arbeitspositionierung mit einem relativ zueinander unterschiedlichen radialen Abstand zu einer Rotationsachse des Plasmarades positioniert werden.This object is achieved in that at least two holding elements of the treatment station in a working position with a relative to each other different radial distance to a rotation axis of the Plas Marades are positioned.
Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß bei kompaktem Aufbau eine hohe Produktionsleistung sowie eine gute Produktqualität unterstützt wird.Further Object of the present invention is to provide a device of Initially mentioned type to construct such that in a compact Building a high production performance and good product quality is supported.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens zwei Halteelemente der Behandlungsstation in einer Arbeitspositionierung mit einem relativ zueinander unterschiedlichen Abstand zu einer Rotationsachse des Plasmarades angeordnet sind.These Task is inventively characterized solved, that at least two holding elements of the treatment station in a work positioning with a relatively different distance to one another Are arranged axis of rotation of the plasma wheel.
Durch die Anordnung der Halteelemente mit unterschiedlichem radialen Abstand zur Rotationsachse des Plasmarades ist es möglich, die zu behandelnden Werkstücke nicht nur entlang eines Umfanges des Plasmarades, sondern mit einer in radialer Richtung relativ zueinander versetzten Anordnung zu positionieren. Eine derartige radial versetzte Anordnung der Halteelemente und damit auch der zu bearbeitenden Werkstücke ermöglicht es auf einem Plasmarad mit einem vorgegebenen Durchmesser eine vergrößerte Anzahl von Halteelementen anzuordnen und damit die Produktionskapazität zu vergrößern.By the arrangement of the holding elements with different radial distance to the axis of rotation of the plasma bath, it is possible to treat the workpieces not only along a circumference of the plasma bath, but with one to position in the radial direction relative to each other staggered arrangement. Such a radially offset arrangement of the holding elements and This also allows the workpieces to be machined on a plasma wheel with a predetermined diameter an increased number of holding elements to arrange and thus increase the production capacity.
Eine besonders kompakte Konstruktion läßt sich dadurch erreichen, daß die Halteelemente in einer radialen Richtung des Plasmarades hintereinander positioniert werden.A particularly compact construction can be achieved by that the Holding elements in a radial direction of the plasma wheel behind the other be positioned.
Anforderungen an eine große Kompaktheit und eine gute Zugänglichkeit können gleichzeitig dadurch erfüllt werden, daß die Werkstücke im Bereich der Behandlungsstation von vier Halteelementen positioniert werden.conditions to a big one Compactness and good accessibility can simultaneously fulfilled be that the workpieces positioned in the area of the treatment station by four holding elements become.
Eine mechanisch stabile Anordnung wird dadurch unterstützt, daß die Halteelemente in einer Arbeitspositionierung derart angeordnet werden, daß eine im wesentlichen rechteckförmige Grundfläche aufgespannt wird.A mechanically stable arrangement is supported by the fact that the holding elements be arranged in a work positioning such that an im essential rectangular Base area spanned becomes.
Die Durchführung von Übergabevorgängen der Werkstücke wird dadurch erleichtert, daß mindestens eines der Halteelemente das Werkstück zangenartig haltert.The execution of handovers of the workpieces is facilitated by the fact that at least one of the holding elements holds the workpiece like a pliers.
Eine Zuführung von Behältern zum Plasmarad sowie eine entsprechende Ableitung von Behältern wird dadurch unterstützt, daß die Halteelemente in einer Übergabepositionierung mit Zuführöffnungen in einer radial nach außen weisenden Richtung des Plasmarades angeordnet werden.A feed of containers to the plasma bath as well as a corresponding derivation of containers supported thereby, that the Holding elements in a transfer position with feed openings in one radially outward pointing direction of the plasma bath are arranged.
Eine einfache Kinematik bei der Positionsveränderung der ortsveränderlich auf dem Plasmarad angeordneten Halteelemente wird dadurch erreicht, daß die Halteelemente in einer Arbeitspositionierung mit ihren Zuführöffnungen in einer im wesentlichen quer zur radialen Richtung des Plasmarades verlaufenden Orientierung positioniert werden.A simple kinematics in the change of position of the mobile arranged on the Plasmarad holding elements is achieved by that the Holding elements in a work positioning with their feed openings in a direction substantially transverse to the radial direction of the plasma wheel Orientation can be positioned.
Ebenfalls trägt es zu einer einfachen Durchführung der Übergabevorgänge bei, daß die Werkstücke dem Plasmarad von zangenartigen Halteelementen eines Eingaberades zugeführt werden.Also wear it to a simple implementation during the transfer process, that the workpieces the plasma wheel of pincer-like holding elements of an input wheel supplied become.
Eine materialschonende Handhabung der Werkstücke wird dadurch unterstützt, daß die Werkstücke im Bereich des Eingaberades von gesteuerten Zangenarmen gehaltert werden.A Material-friendly handling of the workpieces is supported by the fact that the workpieces in the area of the input wheel are controlled by controlled gun arms.
Die Durchführung eines kontinuierlichen Materialdurchlaufes wird auch dadurch unterstützt, daß die Werkstücke von zangenartigen Halteelementen eines Ausgaberades vom Plasmarad entnommen werden.The execution A continuous material flow is also supported by the fact that the workpieces of pliers-like holding elements of a delivery wheel are removed from the plasma wheel.
Eine nochmals gesteigerte Materialschonung bei der Handhabung der Werkstücke wird dadurch erreicht, daß die Werkstücke im Bereich des Ausgaberades von gesteuerten Zangen gehaltert werden.A again increased material protection during handling of the workpieces becomes achieved in that the workpieces be held in the area of the output wheel of controlled pliers.
Eine einfache mechanische Konstruktion bei gleichzeitig materialschonender Handhabung der Werkstücke wird dadurch erreicht, daß die Werkstücke im Bereich der Plasmastation von federbelasteten Zangenarmen gehaltert werden.A simple mechanical construction with material-saving Handling of workpieces is achieved by the workpieces Held in the area of the plasma station by spring-loaded gun arms become.
Ebenfalls trägt es zu einer einfachen mechanischen Grundkonstruktion bei, daß zwei der Halteelemente entlang des Umfanges des Plasmarades nebeneinander angeordnet und relativ zueinander unbeweglich vom Plasmarad transportiert werden.Also wear it to a simple basic mechanical construction in that two of the Holding elements along the circumference of the plasma bath next to each other arranged and transported relative to each other immovable from the plasma wheel become.
Eine Positionsänderung der beweglichen Halteelemente zwischen einer Übergabepositionierung und einer Arbeitspositionierung wird dadurch unterstützt, daß zwei der Halteelemente relativ zum Plasmarad zwischen einer Arbeitspositionierung und einer Übergabepositionierung hin- und herbewegt werden.A position change the movable holding elements between a transfer position and a Work positioning is supported by the fact that two of the holding elements relative to the plasma wheel between a work positioning and a transfer positioning be moved back and forth.
Eine sehr einfache Kinematik bei der Durchführung von Übergängevorgängen wird dadurch erreicht, daß die Halteelemente in einer Übergabepositionierung gemeinsam entlang eines Umfanges des Plasmarades positioniert werden.A very simple kinematics in performing transient operations is achieved by that the Holding elements in a transfer position be positioned together along a circumference of the plasma bath.
Ebenfalls trägt es zu einer einfachen Durchführung von Übergabevorgängen bei, daß aus dem Plasmarad entnommene Werkstücke entlang eines Umfanges des Ausgaberades positioniert werden.Also wear it to a simple implementation of handovers, that out the plasmas taken from the workpieces be positioned along a circumference of the delivery wheel.
Darüber hinaus ist daran gedacht, daß die Werkstücke vor ihrer Übergabe zum Plasmarad entlang eines Außenumfanges eines Eingaberades angeordnet werden.In addition, it is envisaged that the workpieces ent before their transfer to the plasma long of an outer periphery of an input wheel are arranged.
Eine einfache horizontale Zugänglichkeit der Kavitäten der Behandlungsstation wird dadurch unterstützt, daß die Werkstücke im Bereich der Plasmastation von einer in vertikaler Richtung positionierbaren Schiebehülse steuerbar gegenüber einer Umgebung abgeschirmt werden.A easy horizontal accessibility the cavities the treatment station is supported by the fact that the workpieces in the area the plasma station of a positionable in the vertical direction sliding sleeve controllable opposite shielded from an environment.
Zur Erleichterung der Durchführung von Anschluß- sowie Dichtvorgängen wird vorgeschlagen, daß die Halteelemente in einer vertikalen Richtung positioniert werden.to Facilitating the implementation from connection as well as sealing processes It is suggested that the Holding elements are positioned in a vertical direction.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:In The drawings are exemplary embodiments of the invention shown schematically. Show it:
Aus
der Darstellung in
Die
zu behandelnden Werkstücke
(
Bei
der Ausführungsform
gemäß
Das
Ausgaberad (
Der
Aufbau der Plasmastation (
Aus
Zur Überführung der
Halteelemente (
Die
Halteelemente (
Eine Übergabe
von Werkstücken
von den Zangenarmen (
Das Verfahren und die Vorrichtung sind insbesondere dafür geeignet, im Bereich einer Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Werkstücken eingesetzt zu werden, die zur Plasmabehandlung von Behältern vorgesehen ist. Insbesondere ist an die Plasmabehandlung von flaschenförmigen Behältern gedacht. Die Behälter können beispielsweise zur Verpackung von flüssigen Lebensmitteln verwendet werden. Gedacht ist beispielsweise an Behälter zur Verpackung von kohlensäurehaltigen Getränken oder von Getränken, die empfindlich gegenüber eindringendem Luftsauerstoff sind, beispielsweise Bier.The Method and device are particularly suitable for used in the field of a device for the plasma treatment of workpieces to be, which is intended for the plasma treatment of containers. Especially is intended for the plasma treatment of bottle-shaped containers. The containers can, for example for packaging of liquid Be used for food. Thought, for example, to container for Packaging of carbonated drinks or drinks, the most sensitive penetrating atmospheric oxygen, for example beer.
Bei der Realisierung der Plasmabehandlung ist insbesondere an eine Innenbeschichtung der Behälter gedacht, die Barriereeigenschaften der Behälter gegenüber einem Durchtritt von Gasen erhöht. Die Erhöhung der Barriereeigenschaften betrifft insbesondere eine erhöhte der Sperreigenschaft gegenüber einem Durchtritt von Kohlendioxid und/oder Sauerstoff.at the realization of the plasma treatment is in particular to an inner coating the container thought, the barrier properties of the container against passage of gases elevated. The increase the barrier properties relates in particular to an increased of Barrier property opposite a passage of carbon dioxide and / or oxygen.
Im Rahmen der Plasmabehandlung ist es möglich, auf der Oberfläche des Behälters, insbesondere auf der inneren Oberfläche des Behälters, eine Schicht aus SiOx abzuscheiden. Eine Haftung dieser Barriereschicht auf dem Material der Werkstücke kann durch einen Haftvermittler verbessert werden. Als Material für die Werkstücke ist insbesondere PET verwendbar.in the As a result of the plasma treatment, it is possible on the surface of the container especially on the inner surface of the container, a layer of SiOx deposit. An adhesion of this barrier layer on the material the workpieces can be improved by a bonding agent. As a material for the workpieces is In particular, PET can be used.
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