DE102006027059A1

DE102006027059A1 - Anordnung zur elektrischen Entladung von Kunststofffolien im Vakuum beim Ab- und Aufwickeln von oder auf Rollen

Info

Publication number: DE102006027059A1
Application number: DE200610027059
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Böhme; Jost Dr. Kießling; Mathias Heimbold
Original assignee: Southwall Europe GmbH
Current assignee: Southwall Europe GmbH
Priority date: 2006-06-08
Filing date: 2006-06-08
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2026-06-09
Also published as: DE102006027059B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektrischen Entladung von Kunststofffolien im Vakuum beim Ab- und/oder Aufwickeln von oder auf Rollen. Dabei werden Kunststofffolien auf Rollen gewickelt und in dieser Form für eine Ver- oder auch Bearbeitung transportiert. Es ist Aufgabe der Erfindung, beim Ab- und/oder Aufwickeln von Kunststofffolien unter Vakuumbedingungen die negativen Auswirkungen unerwünschter elektrostatischer Aufladungen an Kunststofffolien zu vermeiden. Erfindungsgemäß ist dabei eine Gaszuführungseinheit vorgesehen. Diese ist im Bereich des Wickelspaltes, der zwischen ab- oder aufzuwickelnder Kunststofffolie und auf einer Rolle aufgewickelter äußerer Lage der Kunststofffolie ausgebildet ist, angeordnet. Mittels der Gaszuführungseinheit kann eine Gasströmung in den Wickelspalt über die Breite der Kunststofffolie eingeführt werden. Hierzu sind an der Gaszuführungseinheit eine oder auch mehrere Gasauslassöffnungen vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektrischen Entladung von Kunststofffolien im Vakuum beim Ab- und/oder Aufwickeln von oder auf Rollen. Dabei werden Kunststofffolien auf Rollen gewickelt und in dieser Form für eine Ver- oder auch Bearbeitung transportiert. Nach einer Bearbeitung, beispielsweise einem Aufbringen von mindestens einer Schicht auf einer Oberfläche von Kunststofffolien, in bekannter Dünnschichttechnologie, wird eine so bearbeitete Kunststofffolie wieder aufgewickelt und in aufgerollter Form zu einer Weiterverarbeitung transportiert.
Bei der Beschichtung können optische Schichtsysteme aufgebracht werden, bei denen besonders hohe Anforderungen an die Qualität gestellt werden.
Die Prozessierung erfolgt während der Bearbeitung in geschlossenen Vakuumkammern. In einer geschlossenen Vakuumkammer wird eine Kunststofffolie vor der eigentlichen Bearbeitung von einer Rolle abgewickelt, in der Regel über Umlenkrollen mindestens einer Einheit zur Ausbildung von Schichten zugeführt und dann wieder auf eine andere Rolle aufgewickelt.
Dabei kann dieser Vorgang auch mehrfach wiederholt werden, so dass ein mehrfaches Ab- und wieder Aufwickeln durchzuführen ist.
Durch die Bewegung und auftretender Reibung kommt es an dielektrisch beschichteten Kunststofffolien zu Ladungstrennungen, was wiederum zu einer elektrostatischen Aufladung führen kann.
Außerdem können auch elektrische Spannungsüberschläge zwischen einem Bereich der Kunststofffolie, die noch auf einer Rolle aufgewickelt ist und Bereichen die bereits abgewickelt sind bzw. auf eine Rolle aufgewickelt werden sollen, kommen. Auch hierdurch können Schadstellen an der Kunststofffolie und darauf ausgebildeter Schichten auftreten, die die Qualität ungünstig beeinflussen.
In Folge einer elektrostatischen Aufladung können Partikel an der Oberfläche der Kunststofffolie anhaften, die sich dann nachteilig auf die Qualität einer Beschichtung auswirken können.
Einer elektrostatischen Aufladung kann normalerweise durch einen Anschluss mit einer elektrisch leitenden Verbindung entgegengewirkt werden. Hierzu ist aber eine elektrisch leitende Kontaktierung erforderlich. Dazu ist eine Berührung, beispielsweise mittels min destens eines Schleifkontaktes erforderlich. Dies ist aber bei den in Rede stehenden zu beschichtenden Kunststofffolien nicht ohne weiteres möglich, da die jeweilige Breite einer Kunststofffolie mehrere solche Kontakte erforderlich macht. Dabei würde die Oberfläche Kunststofffolie mit ggf. bereits darauf ausgebildeten Schichten beschädigt werden.
Einer elektrostatischen Aufladung kann auch mit ionisierten Gasen entgegen getreten werden.
Dies ist aber in geschlossenen Kammern, bei Einhaltung von Vakuum nicht möglich, ohne dass der jeweilige unter Vakuumbedingungen durchzuführende Prozess bzw. das dadurch erzielbare Bearbeitungsergebnis beeinträchtigt wird.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung beim Ab- und/oder Aufwickeln von Kunststofffolien unter Vakuumbedingungen die negativen Auswirkungen unerwünschter elektrostatischer Aufladungen an Kunststofffolien zu vermeiden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Anordnung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.
Erfindungsgemäß ist dabei eine Gaszuführungseinheit vorgesehen. Diese ist im Bereich des Wickelspaltes, der zwischen ab- oder aufzuwickelnder Kunststofffolie und auf einer Rolle aufgewickelter äußerer Lage der Kunststofffolie ausgebildet ist, angeordnet. Mittels der Gaszuführungseinheit kann eine Gasströmung in den Wickelspalt über die Breite der Kunststofffolie eingeführt werden. Hierzu sind an der Gaszuführungseinheit eine oder auch mehrere Gasauslassöffnungen vorgesehen.
Außerdem ist eine Nachführungsvorrichtung vorhanden, mit der die Gaszuführungseinheit bewegt werden kann. Dabei soll der sich verändernde Abstand und die sich dabei auch verändernde Position des Wickelspaltes zur Rotationsachse berücksichtigt werden. Der Abstand zwischen Gaszuführungseinheit zum Wickelspalt sollte dabei möglichst konstant gehalten werden, wobei kleine Toleranzen zugelassen sind.
Eine erfindungsgemäße Anordnung kann dabei an mindestens einer Rolle innerhalb einer Vakuumkammer vorhanden sein. Es können aber auch an allen Rollen, von denen Kunststofffolie ab- und auf die Kunststofffolie wieder aufgewickelt werden soll, vorhanden sein.
Eine nachführbare Gaszuführungseinheit kann eine Vielzahl von Gasauslassöffnungen aufweisen. Diese sollten möglichst äquidistant zueinander angeordnet sein und möglichst jeweils gleiche freie Querschnitte für den Gasauslass aufweisen.
Es besteht aber auch die Möglichkeit an einer Gaszuführungseinheit lediglich eine Gasauslassöffnung vorzusehen, die dann als über die Breite der Kunststofffolie geführte Schlitzdüse ausgebildet sein kann. Dabei sollte ein konstantes Spaltmaß über die Breite an einer solchen Schlitzdüse eingehalten sein.
Gasauslassöffnungen sollten möglichst parallel zur Rotationsachse einer Rolle angeordnet sein.
Es kann ggf. ausreichend sein keine oder eine reduzierte Gasströmung in äußere Randbereiche eines Wickelspaltes vorzusehen, d.h. an den äußeren Rändern einer ab- oder aufzuwickelnden Kunststofffolie erfolgt keine Zufuhr von Gas oder eine reduzierte Gaszufuhr, mit verringertem Volumenstrom.
Insbesondere zur Berücksichtigung unterschiedlicher Kunststofffolienbreiten kann/können Gasauslassöffnung(en) lokal verschlossen werden. Durch einen Verschluss an äußeren Randbereichen kann bei kleinerer Breite einer jeweiligen Kunststofffolie das erforderliche zuzuführende Gasvolumen in die Vakuumkammer angepasst und reduziert werden.
Die Gaszuführungseinheit kann an die Geometrie eines Wickelspaltes durch entsprechende Gestaltung vorteilhaft angepasst werden. Hierzu kann sie keilförmig, mit möglichst kleinem Keilwinkel ausgebildet und trotzdem für die Gaszufuhr innen hohl sein. Die eine oder auch eine Vielzahl von Gasauslassöffnung(en) kann/können dann an der in Richtung auf den Wickelspalt weisenden Kante der Gaszuführungseinheit ausgebildet sein.
Dabei sollte eine Gaszuführungseinheit generell so ausgebildet und beim Nachführen manipulierbar sein, dass die Gasströmung so nah wie möglich in den Wickelspalt eingeführt wird, ohne dass eine Berührung mit der Kunststofffolie auftreten kann.
Der Abstand von Gasauslassöffnung(en) sollte dabei möglichst kleiner als 5 mm zur an der äußersten Lage der auf einer Rolle noch aufgewickelten und der bereits davon abgewickelten Kunststofffolie gehalten sein.
Für die Ausbildung der Gasströmung sollte möglichst ein inertes Gas eingesetzt werden, das keinen Einfluss auf den in einer Vakuumkammer durchzuführenden Prozess hat. In jedem Fall können dabei Argon oder Helium eingesetzt werden. Unter bestimmten Vorraussetzungen könnte aber auch Stickstoff eingesetzt werden. Dies ist aber nur dann möglich, wenn auf Kunststofffolien Schichten aus Werkstoffen ausgebildet werden, die mit Stickstoff chemisch nicht reagieren.
Wie bereits angedeutet, ist es erforderlich die Gaszuführungseinheit beim Ab- oder auch Aufwickeln nachzuführen, um eine Anpassung an die sich verändernde Position des Wickelspaltes, bei sich veränderndem Außendurchmesser einer Rolle mit darauf aufgewickelter Kunststofffolie, vornehmen zu können.
Hierzu kann mindestens ein Sensor zur Bestimmung des jeweiligen Außendurchmessers vorhanden sein. Dabei ist es ebenfalls erwünscht keine unmittelbare Berührung vorzunehmen, so dass ein solcher Sensor den Außendurchmesser berührungslos bestimmen sollte.
Es kann dabei der jeweilige Außendurchmesser direkt aber auch die Position eines ohnehin vorhandenen Andruckarmes ermittelt werden.
Die mit solchen Sensoren erfassten Messsignale können einer elektronischen Steuerung für eine Nachführungsvorrichtung zugeführt und diese dann entsprechend gesteuert werden.
Eine Nachführungsvorrichtung kann dabei mit Hebelgetrieben gebildet sein. Solche Hebelgetriebe können so berechnet und hergestellt worden sein, dass eine Bahnkurve mit der Gaszuführungseinheit nachgefahren werden kann, die die sich in Abhängigkeit der sich verändernden Außendurchmesser von auf Rollen aufgewickelter Kunststofffolie verändernde Position eines Wickelspaltes berücksichtigt.
Dies kann aber auch mit entsprechenden an den äußeren Rändern angeordneten Schlitzen erreicht werden, die entsprechend solcher Bahnkurven geformt sind und dabei Führungen für die jeweilige Gaszuführungseinheit darstellen. Diese kann mit mindestens einem Antrieb dann innerhalb der Schlitze hin und her bewegt werden, so dass die jeweils günstigste Position der Gaszuführungseinheit angefahren werden kann.
Mit der Erfindung können Fehler sowohl in ihrer Anzahl, wie auch in ihrer nachteiligen Wirkung verhindert zumindest jedoch deutlich reduziert werden. Die Qualität der bearbeiteten Kunststofffolie kann so verbessert und Ausschuss reduziert oder ganz vermieden werden.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
1 in schematischer Form eine auftretende Ladungstrennung beim Abwickeln;
2 den Effekt von elektrischen Überschlägen beim Ab- oder Aufwickeln;
3 in schematischer Form eine Gaszuführung in einen Wickelspalt beim Ab- und Aufwickeln von Kunst stofffolie und
4 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung.
Mit 1 soll verdeutlicht werden, dass beim Abwickeln einer Kunststofffolie aus PET die nach außen weisende Oberfläche elektrisch positiv aufgeladen und die Unterseite dann elektrisch negativ aufgeladen sein kann. Dadurch kann es zu Entladungen zwischen der noch aufgewickelten Kunststofffolie und bereits abgewickelter Kunststofffolie, wie mit 2 verdeutlicht kommen. Durch den dadurch hervorgerufenen Energieeintrag in die Kunststofffolie können Fehler auftreten, die bis zur Ausbildung von Löchern in der Kunststofffolie führen.
In nicht dargestellter Form können aber auch Partikel auf einer Oberfläche einer elektrostatisch aufgeladenen Kunststofffolie anhaften und dort auch haften bleiben. Bei der nachfolgenden Ausbildung einer oder auch mehrerer Schichten werden so gehaltene Partikel dann in die Schicht oder ein Schichtsystem eingeschlossen und stellen einen Fehler dar.
Mit 3 soll mit den beiden Darstellungen verdeutlicht werden, dass die Erfindung sowohl beim Ab-, wie auch beim Aufwickeln von Kunststofffolie eingesetzt werden kann, indem Gas in den jeweils ausgebildeten Wickelspalt zugeführt wird.
4 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei der eine Gaszuführungseinheit 1 bei sich veränderndem Außendurchmesser nachgeführt werden kann. So ist ein Hebelgetriebe vorgesehen, mit dem die Positionen von Gaszuführungseinheit 1 und Wickel spalt angepasst werden können. Mit einem Hebelgetriebe kann eine Bahnkurve nachgefahren werden, die die sich in Abhängigkeit des jeweiligen Außendurchmessers verändernde Position des Wickelspaltes berücksichtigt, was in 4 mit zwei dargestellten Positionen 1 und 2 anschaulich gemacht werden soll. Die Nachführung muss dabei zweidimensional realisiert werden. Es müssen dabei auch Nichtlinearitäten bei der jeweiligen Bahnkurve berücksichtigt sein. Beim Abfahren einer vorab berechneten Bahnkurve kann auch die jeweilige Dicke der Kunststofffolie berücksichtigt werden, was mit einer angepassten Vorschubgeschwindigkeit einer Nachführvorrichtung berücksichtigt werden kann.

Claims

Anordnung zur elektrischen Entladung von Kunststofffolien im Vakuum beim Ab- und/oder Aufwickeln von oder auf Rollen, bei der eine Gaszuführungseinheit (1) im Bereich eines Wickelspaltes angeordnet ist und dabei eine Gasströmung in den Wickelspalt über die Breite der Kunststofffolie durch einen oder mehrere Gasauslassöffnung(en) gerichtet ist; und eine Nachführungsvorrichtung an der Gaszuführungseinheit (1) vorhanden ist, mit der, der sich beim Ab- und/oder Aufwickeln verändernde Abstand und die Position zum Wickelspalt so berücksichtigt ist, dass der Abstand der Gaszuführungseinheit (1) zum Wickelspalt konstant gehalten ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Gasauslassöffnungen äquidistant zueinander an der Gaszuführungseinheit (1) angeordnet sind und jeweils gleiche freie Querschnitte aufweisen.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasauslassöffnung, als über die gesamte Breite der Kunststofffolie geführte Schlitzdüse ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasauslassöffnung(en) lokal unter Berücksichtigung der jeweiligen Breite einer Kunststofffolie verschließbar ist/sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführungseinheit (1) keilförmig ausgebildet und die Kante des Keiles mit der/den Gasauslassöffnung(en) in Richtung des Wickelspaltes ausgerichtet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasströmung mit einem inerten Gas gebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasströmung mit Argon oder Helium gebildet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor zur Bestimmung des Außendurchmessers einer Kunststofffolienrolle vorhanden ist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor den Außendurchmesser berührungslos bestimmt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor mit einer elektronischen Steuerung für die Nachführungsvorrichtung verbunden ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachführungsvorrichtung mit zwei Hebelgetrieben gebildet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführungseinheit an ihren äußeren Enden in zwei einer Bahnkurve folgenden Schlitzen geführt ist und dabei die Bahnkurve die sich beim Ab- und Aufrollen verändernde Position des Wickelspaltes berücksichtigt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasauslassöffnung(en) in einem Abstand von maximal 5 mm zur Kunststofffolie mittels der Nachführungsvorrichtung gehalten ist/sind.