-
Die
Erfindung betrifft eine Transporteinrichtung für langgestreckte Substrate,
eine Be- und Entladeeinrichtung und ein Verfahren zum Be- und Entladen
der Transporteinrichtung.
-
Aus
der deutschen Patentanmeldung
10 2006
031 826.9 , deren Inhalt hiermit durch Verweisung vollumfänglich zum
Bestandteil der vorliegenden Anmeldung gemacht wird, ist eine Transporteinrichtung
(Carrier) für
den Transport langgestreckter Substrate durch eine Vakuumbeschichtungsanlage bekannt,
die einen im wesentlichen rechteckigen Rahmen umfasst, der zur drehbaren
Lagerung von Halteelementen (beispielsweise sogenannten Inserts)
ausgebildet ist. Die Halteelemente sind so ausgebildet, dass sie
mit je einem Ende eines langgestreckten Substrats verbindbar sind.
Die Substrate mit den an ihren Enden angeordneten Halteelementen
sind im Carrier so angeordnet, dass die Enden der beiden Halteelemente
an gegenüberliegenden Seiten
des Rahmens drehbar gelagert sind.
-
Ein
erster Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist eine Weiterentwicklung
der oben beschriebenen Transporteinrichtung. Ein weiterer Gegenstand
der Anmeldung betrifft eine Be- und Entladeeinrichtung zum Be- und
Entladen der Transporteinrichtung. Noch ein weiterer Gegenstand
der Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Be- und Entladen der Transporteinrichtung.
-
Die
erfindungsgemäße Transporteinrichtung zum
Transport langgestreckter Substrate durch eine Vakuumbeschichtungsanlage
umfasst einen im wesentlichen rechteckigen Rahmen und zwei Gruppen von
Halteelementen, die an gegenüberliegenden Seiten
des Rahmens drehbar so gelagert sind, dass je zwei gegenüberliegend
angeordnete Halteelemente mit den beiden Enden eines Substrats verbindbar sind.
Weiterhin ist mindestens eine Aufnahmeleiste vorgesehen, die mit
einer Gruppe von Halteelementen so in Wirkverbindung steht, dass
die Halteelemente dieser Gruppe zur wahlweisen Vergrößerung oder
Verkleinerung ihres Abstands zu den Halteelementen der anderen Gruppe
verschiebbar sind.
-
Die
Transporteinrichtung kann zur Beschichtung langgestreckter Substrate
in einer Vakuumbeschichtungsanlage verwendet werden und ermöglicht einen
gleichzeitigen Austausch aller in der Transporteinrichtung gehaltenen
Substrate, wodurch der Austausch der Substrate automatisiert werden kann
und die dafür
benötigte
Zeit deutlich verringert wird. Gleichzeitig werden Verunreinigungen
der Substrate vermieden. Horizontale Anordnungen der Transporteinrichtung
in der Vakuumbeschichtungsanlage sind dabei ebenso möglich wie
vertikale Anordnungen, bei denen die Substrate aufrecht stehend durch
die Vakuumbeschichtungsanlage transportiert werden.
-
Der
Rahmen kann beispielsweise von miteinander verbundenen Längs- und
Querholmen gebildet sein, wobei sich die Angaben „längs" und „quer" auf die Lage des
jeweiligen Holms relativ zur Anordnung der langgestreckten Substrate
innerhalb der Transporteinrichtung beziehen. Dementsprechend ist
ein Längsholm
ein Rahmenelement, das parallel zu den langgestreckten Substraten
ausgerichtet ist, während
ein Querholm senkrecht dazu angeordnet ist. Wie nachfolgend noch
dargelegt wird, ist es sinnvoll, die Transporteinrichtung innerhalb
einer Vakuumbeschichtungsanlage so anzuordnen, dass die hier als
Längsholme
bezeichneten Rahmenelemente quer zur Transportrichtung ausgerichtet sind,
d.h. dass die Querholme parallel zur Transportrichtung der Substrate
angeordnet sind. Sowohl die Längsholme
als auch die Querholme können
beispielsweise aus einem Rechteckhohlprofil gefertigt sein.
-
Die
Halteelemente können
beispielsweise als rotationssymmetrische Bauteile ausgeführt sein, deren
eines Ende konisch ausgeführt
ist, um in das Ende eines rohrförmigen
Substrats eingreifen zu können
(sogenannte Inserts). Zur Herstellung der Wirkverbindung mit der
Aufnahmeleiste kann das andere Ende eines derartigen Inserts beispielsweise eine
umlaufende Nut aufweisen, in die die Aufnahmeleiste eingereift und
die die Übertragung
einer in der Längsrichtung
des Inserts wirkenden Kraft ermöglicht,
um das Insert einer Gruppe in dieser Richtung zur Vergrößerung oder
Verkleinerung seines Abstands zu dem gegenüberliegend angeordneten Insert
der anderen Gruppe zu verschieben. Wird als Material für die Inserts
beispielsweise Keramik gewählt,
so sind diese wartungsfrei, kostengünstig herstellbar und für den Einsatz
bei hohen Temperaturen geeignet. Andere Ausführungen der Halteelemente, die
zur Verbindung mit einem Ende eines langgestreckten Substrats ausgebildet
sind, sind ebenso möglich
und werden daher als vom beanspruchten Gegenstand mit umfasst angesehen.
-
In
einer Ausgestaltung der Transporteinrichtung kann vorgesehen sein,
dass für
jede Gruppe von Halteelementen je eine Aufnahmeleiste vorgesehen ist,
so dass beide Gruppen von Halteelementen unabhängig voneinander gleichzeitig
oder nacheinander verschoben werden können.
-
Weiter
kann vorgesehen sein, dass jede Aufnahmeleiste mit dem Rahmen lösbar verbindbar
ist, so dass die Lage der Halteelemente gegen ungewollte Verschiebungen
gesichert ist, wenn die Transporteinrichtung mit Substraten bestückt ist.
Die lösbare Verbindung
der Aufnahmeleiste kann beispielsweise so ausgeführt sein, dass die Aufnahmeleiste
mit einem Querholm des Rahmens lösbar
verbindbar ist. Selbstverständlich
kann die lösbare
Verbindung der Aufnahmeleiste mit gleichem Effekt auch zu dem oder
den Längsholmen
realisiert sein und ist daher von der beanspruchten technischen
Lehre mit umfasst.
-
In
weiterer Ausgestaltung der Transporteinrichtung weisen die Aufnahmeleiste
und der Rahmen komplementär
ausgestaltete Verbindungsmittel auf, die durch eine Relativverschiebung
zwischen der Aufnahmeleiste und dem Rahmen in der Normalenrichtung
des durch den Rahmen gebildeten Ebene wahlweise verbunden oder gelöst werden
können. Bei
dieser Ausgestaltung wird die Aufnahmeleiste zunächst quer zur Längsrichtung
der Substrate verschoben, um die Verriegelung mit dem Rahmen zu lösen und
anschließend
die Aufnahmeleiste in der Rahmenebene verschoben, um die Substrate
von den Halteelementen zu lösen.
Mit gleicher Wirkung können
jedoch Verbindungsmittel vorgesehen sein, die durch eine Relativverschiebung
zwischen der Aufnahmeleiste und dem Rahmen in der durch den Rahmen
gebildeten Ebene wahlweise verbunden oder gelöst werden können. Derartige Ausgestaltungen
werden daher als von der beanspruchten Transporteinrichtung mit
umfasst angesehen.
-
Die
Halteelemente können
beispielsweise in dafür
vorgesehenen Öffnungen
von Querholmen des Rahmens gelagert sein. Bei einem rotationssymmetrischen
Halteelement der oben beschriebenen Art kann dieses in einem mittleren
Bereich ohne weitere Lagereinrichtungen in einem oder mehreren Querholmen
gelagert sein, das heißt
der mittlere Bereich des Halteelements und die Öffnung des Querholms oder der
Querholme bilden das Lager des Halteelements im Rahmen. Falls beispielsweise
an jeder Seite des Rahmens zwei parallel angeordnete Querholme vorgesehen
sind, die je eine Öffnung
für jedes Halteelement
aufweisen, wird eine besonders stabile Lagerung des Halteelements
erzielt, da ein Kippen des Halteelements durch die gleichzeitige
Lagerung in zwei Querholmen wirksam verhindert wird. Die Lagerung
der Halteelemente in Öffnungen
des Querholms ohne weitere Lagereinrichtungen ist wartungsfrei,
kostengünstig
herstellbar und für
die Verwendung der Transporteinrichtung bei hohen Temperaturen geeignet.
-
Zur
gleichmäßigen und
allseitigen Beschichtung der langgestreckten, beispielsweise rohrförmigen Substrate
kann weiterhin mindestens ein Antriebsmittel zum Drehen der Halteelemente
vorgesehen sein. Das Antriebsmittel kann beispielsweise einen antreibbaren
Seilzug umfassen, der mit den Halteelementen so in Wirkverbindung
steht, dass die Reibung zwischen dem sich bewegenden Seilzug und
den Halteelementen die Halteelemente in Rotation versetzt. Der Antrieb
des Seilzugs kann beispielsweise elektromotorisch erfolgen. Wie
oben bereits dargelegt, ist es insbesondere in dem Fall, dass die
Substrate während
des Beschichtungsvorgang gedreht werden sollen, sinnvoll, die Transporteinrichtung
in der Vakuumbeschichtungsanlage so anzuordnen, dass die Querholme
der Transporteinrichtung parallel zur Transportrichtung der Substrate
angeordnet sind
-
Die
Verbindung zwischen dem Rahmen und der Aufnahmeleiste kann beispielsweise
so ausgestaltet sein, dass sie durch eine Relativverschiebung zwischen
der Aufnahmeleiste und dem Rahmen in der Normalenrichtung der von
dem durch die Längs- und
Querholme gebildeten Ebene zusammengefügt und in der entgegengesetzten
Richtung gelöst
werden kann. Dadurch wird es möglich,
die Aufnahmeleiste einer in einer Vakuumbeschichtungsanlage horizontal
angeordneten Transporteinrichtung der beschriebenen Art durch Anheben
vom Rahmen zu lösen
und durch Absenken mit dem Rahmen zu verbinden.
-
Die
erfindungsgemäße Transporteinrichtung ermöglicht ein
einfaches und automatisierbares Be- und Entladen des Rahmens mit
langgestreckten Substraten. Hierfür wird nachfolgend ein Verfahren vorgeschlagen,
das besonders vorteilhaft unter Verwendung der ebenfalls nachfolgend
beschriebenen Be- und Entladeeinrichtung durchgeführt werden kann.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Be- und Entladen der Transporteinrichtung mit langgestreckten
Substraten umfasst die folgenden Schritte:
- 1.
Lösen der
Verbindung zwischen der Aufnahmeleiste und dem Rahmen,
- 2. Verschieben der Aufnahmeleiste und der mit ihr verbundenen
Gruppe von Halteelementen zur Vergrößerung des Abstands zu der
anderen Gruppe von Halteelementen, bis die Halteelemente von den
langgestreckten Substraten gelöst sind,
- 3. Entnehmen der freiliegenden langgestreckten Substrate,
- 4. Einlegen einer neuen Charge langgestreckter Substrate,
- 5. Verschieben der Aufnahmeleiste und der mit ihr verbundenen
Gruppe von Halteelementen zur Verkleinerung des Abstands zu der
anderen Gruppe von Halteelementen, bis die Halteelemente mit den
langgestreckten Substraten verbunden sind,
- 6. Herstellen der Verbindung zwischen der Aufnahmeleiste und
dem Rahmen.
-
Wenn
die Verbindung zwischen der oder den Aufnahmeleisten und dem Rahmen
durch eine Relativverschiebung in der Normalenrichtung der durch den
Rahmen gebildeten Ebene erfolgt, so bedeuten die Schritte 1 und
6 des oben beschriebenen Verfahrens, dass eine derartige Relativverschiebung
in der jeweils zutreffenden Richtung durchgeführt wird. Beispielsweise kann
dies bei einer horizontal angeordneten Transporteinrichtung bedeuten,
dass die Aufnahmeleiste oder Aufnahmeleisten angehoben werden, während der
Rahmen an seinem Platz verbleibt. Von der beanspruchten technischen
Lehre mit umfasst sind hingegen auch Ausgestaltungen des Verfahrens,
bei denen der Rahmen angehoben wird, während die Aufnahmeleiste oder
Aufnahmeleisten an ihrem Platz verbleiben.
-
Vorteilhaft
kann vorgesehen sein, dass vor dem zweiten Schritt, das heißt vor dem
Verschieben der Aufnahmeleiste in auswärtiger Richtung zur Vergrößerung des
Abstands zwischen beiden Gruppen von Halteelementen, eine Ablageeinrichtung
(Tray) in eine Position unterhalb des Rahmens bewegt wird, so dass
die Substrate auf der Ablageeinrichtung abgelegt werden. Wenn das
Lösen der
Verbindung zwischen der Aufnahmeleiste und dem Rahmen wie oben beschrieben
durch Anheben der Aufnahmeleiste erfolgt, ist es vorteilhaft, auch
die Ablageeinrichtung anzuheben, so dass die Substrate direkt aufgenommen
werden und nicht auf die Ablageeinrichtung fallen. Wenn eine Ablageeinrichtung
vorgesehen ist, so kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der dritte Schritt,
das heißt
das Entnehmen der freiliegenden Substrate darin besteht, die Ablageeinrichtung
abzusenken und aus ihrer Position unterhalb des Rahmens zu entfernen.
-
In
gleicher Weise kann der vierte Schritt, das heißt das Einlegen einer neuen
Charge von Substraten darin bestehen, eine mit Substraten bestückte Ablageeinrichtung
in eine Position unterhalb des Rahmens zu bewegen und gegebenenfalls
anzuheben und nach dem fünften
Schritt, das heißt
nach dem Verschieben der Aufnahmeleiste in einwärtiger Richtung zur Verkleinerung
des Abstands zwischen beiden Gruppen von Halteelementen, vorgesehen sein,
die Ablageeinrichtung abzusenken und aus ihrer Position unterhalb
des Rahmens zu entfernen.
-
Zur
Durchführung
dieses Verfahrens wird eine Be- und Entladeeinrichtung vorgeschlagen,
die mindestens einen Manipulator mit einer Antriebseinrichtung zur
Durchführung
der Schritte 2 und 5, das heißt
zum Verschieben der Aufnahmeleiste in einwärtiger und auswärtiger Richtung
umfasst. Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass der Manipulator
so ausgeführt
ist, dass er auch in der Normalenrichtung der vom Rahmen gebildeten
Ebene bewegbar ist. Dadurch ist es möglich, die Verbindung zwischen Aufnahmeleiste
und Rahmen in den Fällen
herzustellen, in denen dafür
eine Relativverschiebung in der Normalenrichtung erforderlich ist.
Beispielsweise kann der Manipulator als Greiferklaue ausgebildet sein,
die in den erforderlichen Richtungen bewegbar ist.
-
Es
hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, den Manipulator als Betätigergabel
auszuführen,
die in dafür
vorgesehene Öffnungen
der Aufnahmeleiste eingreift und diese anhebt. Weiter vorteilhaft
kann vorgesehen sein, dass der Manipulator zusätzlich einen Niederhalter umfasst.
Der Niederhalter kann so angeordnet sein, dass er mit der Betätigergabel
zusammenwirkend eine Greiferklaue bildet, wobei der Niederhalter
zunächst
die Aufnahmeleiste in Position hält,
bis die Betätigergabel
in die dafür
vorgesehenen Öffnungen
der Aufnahmeleiste eingegriffen hat und anschließend gemeinsam mit der Betätigergabel
die Ein- bzw. Auswärtsbewegung
der Aufnahmeleiste sowie gegebenenfalls die Hubbewegung vollzieht.
-
Der
Manipulator ist das Kernstück
der beanspruchten Be- und Entladeeinrichtung. Mit seiner Hilfe werden
die Grundfunktionen des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich das
Verbinden und Lösen der
Aufnahmeleiste vom Rahmen sowie das Verbinden und Lösen der
Halteelemente von den langgestreckten Substraten realisiert.
-
Weiter
vorteilhaft kann die Be- und Entladeeinrichtung eine Hebeeinrichtung
aufweisen, die beispielsweise so ausgeführt sein kann, dass sie einem doppelten
Zweck dient. Die Hebeeinrichtung kann einerseits der Positionierung
der Ablageeinrichtung, das heißt
der Bewegung der Ablageeinrichtung in eine Position unterhalb des
Rahmens bzw. darunter hervor oder/und der Hub- und Senkbewegung
der Ablageeinrichtung dienen. Andererseits kann die Hebeeinrichtung
gleichzeitig dazu dienen, die freien Enden der Halteelemente zu
stützen,
während
die Aufnahmeleiste und die daran angeordneten Halteelemente auswärts bewegt
werden bzw. in der auswärtigen
Position verharren. Die Hebeeinrichtung sorgt dafür, dass
die Halteelemente bei der Einwärtsbewegung
bzw. Auswärtsbewegung
der Aufnahmeleiste einerseits geführt werden und andererseits
nicht beschädigt
werden.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen
erläutert.
Dabei zeigen
-
1 den
Aufbau der erfindungsgemäßen Transporteinrichtung
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in perspektivischer
Ansicht und einer Teilschnittdarstellung und
-
2 bis 10 verschiedene
Phasen des erfindungsgemäßen Verfahrens
gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens.
-
Die
Darstellungen der 2 bis 10 beinhalten
jeweils einen Halbschnitt der in Transportrichtung gesehen rechten
Seite der erfindungsgemäßen Transporteinrichtung sowie der erfindungsgemäßen Be-
und Entladeeinrichtung.
-
Wie
aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Transporteinrichtung
der vorteilhaften Ausgestaltung Längsholme 1, Querholme 5 und 5a,
Aufnahmeleisten 3 sowie in den Aufnahmeleisten 3 drehbar
gelagerte Halteelemente, die im Ausführungsbeispiel als Inserts 2 ausgeführt sind.
Die Längsholme 1 und
die Querholme 5 und 5a bilden einen rechteckigen
Rahmen. Die Inserts 2 sind mit den Enden der langgestreckten
Substrate 4 verbunden, so dass auch diese drehbar gelagert
sind. In den Querholmen 5 und 5a sind jeweils Öffnungen 11 vorgesehen,
in denen die Inserts 2 gelagert sind. Zur Verbindung der
Aufnahmeleiste 3 mit dem Rahmen sind an der Aufnahmeleiste 3 und
den beiden Längsholmen 1 komplementäre Verbindungsmittel 10 vorgesehen,
die das lösbare
Zusammenfügen
senkrecht zur Ebene des Rahmens ermöglichen.
-
Der
Ablauf der Entnahme einer ersten Charge von Substraten 4 und
der anschließenden
Aufnahme einer zweiten Charge von Substraten 4 ist in den nachfolgenden
Darstellungen der 2 bis 10 dargestellt.
-
Zunächst wird,
wie in 2 dargestellt, die erfindungsgemäße Transporteinrichtung
in die erfindungsgemäße Be- und
Entladeeinrichtung eingefahren oder die Be- und Entladeeinrichtung
zur Transporteinrichtung bewegt. Diese Be- und Entladeeinrichtung
umfasst einen Niederhalter 6, eine Betätigergabel 7 und eine
Hebeeinrichtung 8.
-
Weiterhin
umfasst die erfindungsgemäße Be- und
Entladeeinrichtung, wie aus 3 zu ersehen
ist, eine Ablageeinrichtung (Tray) 9. Die leere Ablageeinrichtung 9 wird
in die Be- und Entladeeinrichtung eingefahren und auf der Hebeeinrichtung 8 abgelegt.
-
4 zeigt,
wie die Hebeeinrichtung 8 mit der Ablageeinrichtung 9 und
die Betätigergabel 7 gemeinsam
eine Aufwärtsbewegung
vollführen,
während
der Niederhalter 6 in seiner Position verbleibt. Die Betätigergabel 7 greift
in eine dafür
vorgesehene Öffnung
der Aufnahmeleiste 3 ein.
-
Nachdem
die Betätigergabel 7 in
die Öffnung der
Aufnahmeleiste 3 eingegriffen hat, bewegen sich die Betätigergabel 7 und
der Niederhalter 6 aufwärts, um
die Verbindung zwischen der Aufnahmeleiste 3 und dem Rahmen 1, 5, 5a zu
lösen,
wie in 5 dargestellt.
-
Anschließend (6)
bewegen sich die Betätigergabel 7 und
der Niederhalter 6 gemeinsam in der Richtung der Längsholme 1 auswärts, wodurch sich
die Verbindung zwischen den Inserts 2 und den Substraten 4 löst. Dabei
werden die freien Enden der Inserts 2 von der Hebeeinrichtung 8 und
die Substrate 4 von der Ablageeinrichtung 9 gestützt.
-
Im
nächsten
Schritt (7) wird die Hebeeinrichtung 8 und
mit ihr die auf ihr liegende Ablageeinrichtung 9 mit den
Substraten 4 abgesenkt.
-
Dann
(8) werden die Betätigergabel 7, der
Niederhalter 6 und mit ihnen die Aufnahmeleiste 3 und
die daran befestigten Inserts 2 wieder einwärts bewegt.
-
Aus 9 ist
ersichtlich, dass nach dem Abschluss der Einwärtsbewegung die Betätigergabel 7, der
Niederhalter 6 und mit ihnen die Aufnahmeleiste 3 und
die daran befestigten Inserts 2 abgesenkt werden. Dadurch
wird die Aufnahmeleiste 3 mit dem Rahmen 1, 5, 5a verbunden.
-
Sobald
die Verbindung zwischen der Aufnahmeleiste 3 und dem Rahmen 1, 5, 5a hergestellt
ist, wird die Betätigergabel 7 ohne
den Niederhalter 6 weiter abgesenkt, bis sie keine Verbindung
zur Transporteinrichtung mehr hat (10). Die
Ablageeinrichtung 9 wird aus dem Bereich unterhalb der Transporteinrichtung
entnommen, so dass die beschichteten Substrate 4 zugänglich sind.
Anschließend
kann die nunmehr leere Transporteinrichtung mit neuen Substraten 4 bestückt werden.
-
In
den Figuren sind die konstruktiven Merkmale der Transporteinrichtung
wie auch der Be- und Entladeeinrichtung stark vereinfacht und schematisiert.
In einer realen Vakuumbeschichtungsanlage werden zweckmäßigerweise
zwei identisch aufgebaute Be- und Entladeeinrichtungen angeordnet,
und zwar eine erste Be- und Entladeeinrichtung am Anfang der Vakuumbeschichtungsanlage,
um die Anlage mit zu beschichtenden Substraten zu beschicken und
eine zweite Be- und Entladeeinrichtung am Ende der Vakuumbeschichtungsanlage,
um die beschichteten Substrate aus der Anlage entnehmen zu können. Beide
Be- und Entladeeinrichtungen sind konstruktiv gleich aufgebaut,
der Beladevorgang findet in umgekehrter Reihenfolge zu dem oben
beschriebenen Entladevorgang statt.
-
- 1
- Längsholm
- 2
- Halteelement,
Insert
- 3
- Aufnahmeleiste
- 4
- Substrat
- 5
- Querholm
- 5a
- Querholm
- 6
- Niederhalter
- 7
- Betätigergabel
- 8
- Hebeeinrichtung
- 9
- Ablageeinrichtung,
Tray
- 10
- Verbindungsmittel
- 11
- Öffnung