-
Die
Erfindung betrifft eine Schleusenvorrichtung zum kontinuierlichen
Ein- und Ausbringen von Behältern in und aus einer Vakuumbehandlungskammer.
-
Derartige
Schleusenvorrichtungen werden z. B. für vakuumgestützte
Beschichtungsprozesse benötigt, um z. B. die Gasdichtigkeit
von PET-Flaschen zu erhöhen, die dazu üblicherweise
bei einem Unterdruck von etwa 10 bis 40 mbar behandelt werden. Ein kontinuierliches
Ein- bzw. Ausschleusen ist dabei für einen wirtschaftlichen
Herstellungsprozess unabdingbar.
-
Eine
gattungsgemäße Schleuseneinrichtungen ist z. B.
aus der
EP 0943699
B1 bekannt. Diese Schleuse umfasst ein Karussellgehäuse
mit einem in diesem drehbar gelagerten Schleusenkammerrad, in dem
umfangsseitig Schleusenkammern mit Öffnungen zum Be- und
Entladen von zu schleusenden Behältern vorgesehen sind.
-
Das
Karussellgehäuse umfasst Saugstutzen zum Evakuieren der
Schleusenkammern, die durch umfangsseitige Dichtungen auf dem Schleusenrad von
einander atmosphärisch abgedichtet sind. Die Schleusenkammern
zwischen der Beschickungsstation bzw. der Entladestation im Außenraum
und dem evakuierten Behandlungsraum bilden eine differentielle Druckstufe,
wobei der Schleusenkammerdruck umlaufend in Richtung des Behandlungsraums
von dem im Außenraum üblicherweise herrschenden
atmosphärischen Druck auf den in den Behandlungsraum herrschenden
Druck abnimmt.
-
Aufgrund
der aufwändigen Herstellung des Karussellgehäuses
und des Schleusenkammerrads ist eine nachträgliche Anpassung
der Vorrichtung an unterschiedliche Behältergrößen
und -formen jedoch kostspielig oder gar nicht möglich.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße
Schleusenvorrichtung zu schaffen, die ein kontinuierliches Ein-
und Ausbringen von Behältern in und aus einem Vakuumraum
in einen Raum mit Atmosphärendruck ermöglicht,
die jedoch nicht die vorgenannten nachteiligen Einschränkungen
aufweist.
-
Diese
Aufgabe wird mit einer Schleusenvorrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst. Demnach umfasst die Schleuse mehrere
Kammerelemente, die zu einem umlaufenden, zumindest einen geraden
Abschnitt aufweisenden Transportband zusammengefasst sind und Kammern
zum Aufnehmen der Behälter aufweisen sowie eine Schleusenplatte,
die zumindest teilweise entlang des geraden Abschnitts angeordnet
ist, wobei die Kammerelemente so ausgebildet sind, dass sie miteinander
und mit der Schleusenplatte beim Vorbeilaufen eine solche Abdichtwirkung
erzielen, dass zwischen benachbarten Kammern ein Druckgefälle
erzeugt werden kann.
-
Die
Schleusenvorrichtung kann durch Austauschen der Kammerelemente auf
flexible und kostengünstige Art an geänderte Anforderungen
angepasst werden.
-
Vorteilhafterweise
ist in der Schleusenplatte mindestens eine Absaugöffnung,
mindestens eine Belüftungsöffnung und mindestens
ein sich in Richtung der Vakuumbehandlungskammer öffnendes Übergabefenster
ausgebildet. Dadurch lassen sich die Kammern nach einander evakuieren, übergeben und
belüften.
-
In
einer günstigen Ausführungsform dichten die Kammerelemente
die Vakuumbehandlungskammer beim Überstreichen des Übergabefensters
nach außen ab. Dadurch ist es möglich, das Übergabefenster
breiter auszubilden als die Kammern.
-
Vorzugsweise
ist die Schleusenplatte aus einem abdichtenden Material gefertigt
oder sie umfasst eine Dichtung, an der die Kammerelemente anliegen. In
diesem Fall werden auf der Stirnseite der Kammerelemente keine Dichtungen
benötigt.
-
Vorzugsweise
umfassen die Kammerelemente eine um die Kammer umlaufende und an
der Schleusenplatte anliegende Dichtung. In diesem Fall wird auf
der Schleusenplatte keine Dichtung benötigt.
-
Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Kammerelemente jeweils mindestens eine
seitliche Dichtung umfassen, die die Kammerelemente gegen einander
abdichtet. Dadurch kann das Übergabefenster beim Überfahren
gegen den Außenraum abgedichtet werden.
-
Vorzugsweise
umfasst die Schleusenplatte mehrere Absaugöffnungen und/oder
Belüftungsöffnungen und ist als differentielle
Druckstufe ausgebildet, so dass der Druck in den an den Öffnungen
vorbei laufenden Kammern in Richtung der Vakuumbehandlungskammer
abnimmt. Dadurch können die Flaschen schrittweise an den
Unterdruck in der Behandlungskammer angepasst werden.
-
In
einer günstigen Ausführungsform umfassen die Kammerelemente
Laufrollen, die die Kammerelemente in Richtung der Schleusenplatte
abstützen. Dadurch kann der von den Kammerelementen auf
die Schleusenplatte ausgeübte Anpressdruck, und damit die
beim Vorbeifahren verursachte Reibung, reduziert werden.
-
Eine
besonders günstige Ausführungsform umfasst eine
Auflage, auf der die Rollen laufen und deren Abstand zur Schleusenplatte
eingestellt werden kann. Dies ermöglicht die Einstellung
des Anpressdrucks, so dass eine ausreichende Dichtwirkung erzielt
und unnötig hohe Reibungsverluste vermieden werden können.
-
Günstigerweise
ist die Schleusenplatte auf der den Kammerelementen zugewandten
Seite gehärtet. Dadurch verringert sich der Verschleiß.
-
Vorzugsweise
hängen die Kammerelemente kettenförmig aneinander.
In diesem Fall können die Kammerelemente entlang der Schleusenplatte
sowohl geschoben als auch gezogen werden.
-
Vorteilhaft
ist es ferner, wenn die Kammerelemente Schieber umfassen, mit denen
die Behälter in Richtung des Übergabefensters
bewegt werden können. Dadurch wird die Übergabe
der Behälter am Übergabefenster erleichtert.
-
Vorzugsweise
werden die Schieber an der von der Schleusenplatte abgewandten Seite
der Kammerelemente mit einer Nutkurve gesteuert. Dadurch lässt
sich die Übergabe der Behälter auf einfache Weise
steuern.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten und in Figuren
dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Es zeigen:
-
1 eine
Schrägansicht einer erfindungsgemäßen
Schleusenvorrichtung mit einer angrenzenden Vakuumkammer;
-
2 eine
schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schleusenplatte;
-
3 eine
Schrägansicht eines Kammerelements der Schleusenvorrichtung
aus 1;
-
4 eine
Draufsicht auf einen Teilbereich der Schleusenvorrichtung aus 1 mit
angrenzenden Absaugvorrichtungen und einer angrenzenden Vakuumkammer.
-
Die
in 1 dargestellte, erfindungsgemäße Schleusenvorrichtung 1 umfasst
mehrere, zu einem umlaufenden Transportband verbundene Kammerelemente 3 mit
jeweils einer Kammer 5 zur Aufnahme von je zwei Flaschen 7.
Die Kammerelemente 3 werden mit zwei Umlenksternen 9a, 9b an
einer Schleusenplatte 11 in Richtung des Pfeils A entlang
geführt. Beim Vorbeilaufen an der Schleusenplatte 11 werden die
Kammern 5 mit den Absaugvorrichtungen 13a, b, c über
(in 1 nicht dargestellte) Absaugöffnungen 15a,
b, c evakuiert, wobei der jeweils anliegende Druck p1,
p2, p3 in Laufrichtung
A abnimmt. Nach dem Ein- und Ausschleusen der Flaschen in eine bzw.
aus einer Vakuumkammer 17 (der Übersichtlichkeit
halber offen dargestellt) werden die Kammern mit einer ebenfalls
an der Schleusenplatte 11 vorgesehen Belüftungsvorrichtung 19 über
eine (in 1 nicht dargestellte) Belüftungsöffnung 21 belüftet.
Schematisch angedeutet sind ferner ein Beschickungsbereich 23 und
ein Entladebereich 25, die wie die Umlenksterne 9a,
b unter normalem Außendruck stehen.
-
In 2 ist
die der Vakuumkammer 17 zugewandten Seite der Schleusenplatte 11 schematisch dargestellt.
Diese Seite wird im Folgenden der Einfachheit halber als Vakuumseite
bezeichnet, während die Kammerelemente 3 entlang
der sogenannten Atmosphärenseite laufen. In der Schleusenplatte 11 ist neben
den Absaugöffnungen 15 und der Belüftungsöffnung 21 ein Übergabefenster 27 ausgebildet.
Dieses verbindet die Kammern 5 der vorbei laufenden Kammerelemente 3 mit
der Vakuumkammer 17.
-
3 zeigt
eine Detailansicht eines erfindungsgemäßen Kammerelements 3 mit
einer zur Stirnseite des Kammerelements 3 offenen Kammer 5,
in der zwei Flaschen 7 mit den Klammern 29 gehalten
werden. Auf der Stirnseite des Kammerelements 3 ist eine
Dichtung 31 vorgesehen, die teilweise seitlich um das Kammerelement 3 herum
gezogen ist, so dass eine stirnseitige Dichtfläche 31a und
seitliche Dichtflächen 31b bereit gestellt werden.
Das Kammerelement 3 umfasst ferner Laufrollen 33,
die auf der in 1 gezeigten Laufschiene 35 laufen,
und die das Kammerelement 3 in Richtung der Schleusenplatte 11 abstützen,
sowie in Richtung des Pfeils B bewegliche Schieber 37,
an denen die Klammern 29 befestigt sind.
-
4 zeigt
Kammerelemente 3 beim Vorbeilaufen an den Absaugöffnungen 15a,
b, c. Dabei liegen die stirnseitigen Dichtflächen 31a der
Kammerelemente 3 an der Atmosphärenseite der Schleusenplatte 11 an,
und die seitlichen Dichtflächen 31b benachbarter
Kammerelemente 3 liegen ebenfalls an einander an. Wie der 4 zu
entnehmen ist, sind die Absaugöffnungen 15a, b,
c so voneinander beabstandet, dass die Kammern 5 jeweils
mit höchstens einer Absaugöffnung 15a,
b, c verbunden sind.
-
Die
Kammerelemente 3 hängen gemäß 1 über
Verbindungsglieder 39 zusammen und formen so das umlaufenden
Transportband. Somit können die Kammerelemente 3 wahlweise
an der Schleusenplatte 11 entlang geschoben oder gezogen werden.
-
Die
Kammerelemente 3 könnten jedoch auch auf andere
Weise mit einander verbunden werden, indem sie z. B an einer umlaufenden
Kette oder Trägerband oder dgl. befestigt werden.
-
Die
Kammerelemente 3 sind im Wesentlichen aus Metall und/oder
Kunststoff gefertigt und nehmen bevorzugt zwei Flaschen 7 auf.
Die Kammerelemente könnten jedoch auch eine davon abweichende
Zahl beliebiger Behälter aufnehmen.
-
Die
Dichtung 31 kann als stirnseitige Kunststofffläche
ausgebildet sein. Eine Dichtwirkung mit der Schleusenplatte 11 wird
durch Anpressen der Kunststofffläche an eine ebene Oberfläche
der Schleusenplatte 11 erzielt. Es ist jedoch auch denkbar,
dass zumindest die Atmosphärenseite der Schleusenplatte 11 aus
Kunststoff besteht, und dass die Stirnseite der Kammerelemente 3 aus
Metall ist. Es ist jedoch in jedem Fall eine seitliche Dichtfläche 31b vorzusehen.
Dabei kann es ausreichend sein, die Dichtfläche 31b nur
auf einer Seite des Kammerelements 3 vorzusehen. Ausschlaggebend
ist, dass eine ausreichende Dichtwirkung zwischen benachbarten Kammerelementen 3 erzielt
wird, wenn die Kammerelemente 3 an dem Übergabefenster 27 vorbei
laufen.
-
Die
gesamte Dichtfläche zwischen zwei benachbarten Kammern
ist so breit, dass die Absaugöffnungen 15a, b,
c durch diese beiden Dichtungen vollständig überdeckt
werden. So wird verhindert, dass beim Überstreichen der
Absaugöffnungen benachbarte Kammern kurzzeitig vakuumtechnisch verbunden
sind, solange noch ein unterschiedlicher Druck in benachbarten Kammern
herrscht.
-
Die
Laufrollen 33 sind kugelgelagert und weisen im Vergleich
zu üblichen Gleitreibwerten, wie z. B. von PTFE auf poliertem Stahl,
einen deutlich niedrigeren Rollreibwert auf. Dadurch können
die Kammerelemente 3 bei nur geringem Reibungsverlust durch
die Laufrollen 33 abgestützt werden, so dass die
durch den Luftdruck ausgeübte Kraft nicht vollständig
auf den Dichtflächen 31a lastet, sondern eine deutlich
geringere Kraft, die jedoch ausreichend ist, die Dichtheit zu gewährleisten.
Es ist jedoch nicht zwingend notwenig, die Laufrollen 33 vorzusehen.
-
Gemäß 1 laufen
die Laufrollen auf speziellen Laufschienen 35, deren Abstand
von der Schleusenplatte 11 verstellbar ist. Damit kann
einerseits die Druckkraft anteilig auf die Laufrollen 33 und die
Dichtungen 31 verteilt werden, anderseits kann durch kontinuierliches
Nachstellen des Abstandes der verschleißbedingte Abrieb
der Dichtungen 31 kompensiert werden.
-
Die
Schieber 37 lassen sich z. B. durch zwei Stahlstangen realisieren,
die auf der Rückseite der Kammerelemente 3 geeignet
geführt und mit (nicht dargestellten) Wellendichtringen
abgedichtet sind.
-
Die
Steuerung der Schieber 37 erfolgt bevorzugt mit einer (nicht
dargestellten) Nutkurve. Eine solche Steuerung lässt sich
auf einfache Weise bewerkstelligen. Je nach Position des Kammerelements 3 auf
der Schleusenplatte 11 zieht der Schieber 37 die
Flaschen in die Kammer 5 hinein oder schiebt sie heraus
und übergibt sie an einen Übergabestern. Dieser
kann z. B. aktive Klammern haben, damit die Flaschen sicher übergeben
werden. Zur Veranschaulichung ist der Schieber 37a in 1 in einer
in Richtung der Vakuumkammer 17 vorgeschobenen Übergabeposition
dargestellt. Die benachbarten Schieber 37 befinden sich
dagegen in der normalen Transportposition.
-
Für
die Übergabe der Flaschen 7 in den Vakuumbereich 17 können
die Flaschen 7 alternativ durch einen Teilungsverzugstern
abgeholt werden. In diesem Fall werden die Flaschen 7 in
den Kammern 5 lediglich durch einfache Klammern 29 gehalten. Eine
weitere Möglichkeit der Übergabe besteht darin, die
Flaschen 7 durch einen einfachen Stern mit gesteuerten
Klammern 29 direkt in der Kammer 5 abzuholen.
-
Die
Schleusenplatte 11 ist bevorzugt aus Stahl gefertigt und
sollte auf der Atmosphärenseite besonders gehärtet
sein, um Verschleiß zu reduzieren. Ist die Atmosphärenseite
der Schleusenplatte 11 aus Kunststoff gefertigt, sollten
die Stirnseiten der Kammerelemente 3 gehärtet
sein.
-
Die
in 2 dargestellten Absaug- und Belüftungsöffnungen 15a,
b, c, 21 sind schlitzförmig. Es sind stattdessen
jedoch auch mehrere, z. B. übereinander angeordnete Bohrungen
oder anders geformte Öffnungen denkbar. Die Abstände
zwischen benachbarten Öffnungen 15a, b, c, 21 und 27 müssen
jedoch mindestens so groß sein, dass ein Überströmen zwischen
Bereichen unterschiedlichen Drucks vermieden wird.
-
In 1, 2 und 4 sind
jeweils drei Absaugvorrichtungen 13a, b, c bzw. drei Absaugöffnungen 15a,
b, c gezeigt, die eine differentielle Druckstufe bilden, bei der
der Druck in Richtung der Vakuumkammer 17 abnimmt. Es ist
jedoch auch eine davon abweichende Zahl von Druckstufen möglich. Ebenso
können belüftungsseitig mehrere Druckstufen mit
in Laufrichtung A steigendem Druck angeordnet werden.
-
Die
Absaugvorrichtungen 13a, b, c umfassen vorzugsweise geeignete
Pumpen. Es ist jedoch auch möglich, das an der Belüftungsöffnung 21 anliegende Vakuum
aus den vorbei laufenden Kammern 5 zu recyceln und z. B.
in die Absaugvorrichtungen 13a der ersten Stufe zurück
zu leiten.
-
Ebenso
kann die Belüftungsvorrichtung 19 eine Pumpe umfassen.
Es ist jedoch auch möglich, die Kammern 5 über
eine (oder mehrere) geeignet dimensionierte Belüftungsöffnung 21 (Düsen)
direkt mit der umgebenden Raumluft zu verbinden.
-
Um
eine effiziente Übergabe der Flaschen 7 durch
das Übergabefenster 27 zu gewährleisten,
ist dieses mindestens so breit wie die Kammern 5. Durch
ein ausreichend großes oder durch ein weiteres Übergabefenster 27 können
entleerte Kammern 5 wieder umgehend mit behandelten Flaschen 7 bestückt
werden.
-
Nachfolgend
wird die Funktionsweise der im Ausführungsbeispiel gezeigten
Schleusenvorrichtung erläutert.
-
Das
aus den Kammerelementen 3 gebildete Transportband wird
kontinuierlich angetrieben, z. B. durch einen auf den Umlenkstern 9a wirkenden
Motor (nicht dargestellt). An den Absaugöffnungen 13a, b,
c liegt jeweils kontinuierlich ein Unterdruck p1,
p2, p3 an, wobei
der Druck in Richtung der Vakuumkammer 17 abnimmt (p1 > p2 > p3)
-
Um
Flaschen 7 kontinuierlich in den Vakuumbereich 17 einzuschleusen,
werden die einzelnen Kammerelemente 3 zunächst
nacheinander an einer geeigneten Beschickungsstation (z. B. mit
einem üblichen Sternrad) im Bereich 23 mit Flaschen 7 bestückt
und hintereinander über die entlang eines geraden Transportstreckenabschnitts
angeordnete Schleusenplatte 11 transportiert.
-
Läuft
ein Kammerelement 3 über die erste Absaugöffnung 13a,
so wird dessen Kammer 5 bei gleichzeitig fortgesetztem
Bandtransport bis maximal zum Absaugdruck p1 evakuiert.
Wird die Kammer nun weiter auf der Schleusenplatte bewegt, so dass
die Kammer 5 nicht mehr mit der Absaugöffnung 13a verbunden ist,
wird das Kammerelement 3 durch das zwischen der Umgebungsluft
und der Kammer 5 herrschende Druckgefälle weiterhin
gegen die Schleusenplatte 11 gepresst, so dass der Unterdruck in
der Kammer 5 erhalten bleibt. Läuft das Kammerelement
nun über die zweite Absaugöffnung 13b, wird
die Kammer 5 bis maximal zum Absaugdruck p2 evakuiert.
Durch Hintereinanderschalten mehrerer derartiger Absaugstufen werden
die Kammern 5, und mit ihnen die Flaschen 7, schrittweise
auf einen für die Einschleusung in den Vakuumbereich 17 geeigneten
Unterdruck gebracht.
-
Anschließend
laufen die Flaschen an dem Übergabefenster 27 vorbei.
Dabei werden die Flaschen 7 mit den Schiebern 37 in
die Vakuumkammer 17 vorgeschoben und an einen Übergabestern
zur Weiterbehandlung im Vakuum (z. B. zu einer Plasmabeschichtung
o. Ä.) übergeben. Die entleerten Kammerelemente 3 werden
dann zu einem zweiten Übergabestern weiter transportiert,
der diese durch das Übergabefenster 27, oder ein
weiteres Übergabefenster 27, mit behandelten Flaschen 7 bestückt. Währenddessen
dichten die Kammerelemente 3 das Übergabefenster 27 gegen
den umgebenden Atmosphärendruck ab.
-
Anschließend
laufen die Kammerelemente 3 über die Belüftungsöffnung 21.
Dadurch wird der Druck in den Kammern 5 wieder schrittweise
angehoben. Dies kann bei Bedarf in mehreren Stufen erfolgen. Das
Vorgehen ist dabei analog zur oben beschriebenen schrittweisen Evakuierung,
jedoch mit umgekehrten Vorzeichen.
-
Sind
die Flaschen 7 schließlich wieder bei Atmosphärendruck
angelangt, werden sie zur Entladestation 25 transportiert
und dort entnommen.
-
Im
Gegensatz zur bekannten Karussellschleuse kommt die erfindungsgemäße
Schleuse ohne kostspielige Komponenten aus, wie z. B. einen aufwändig
herzustellenden Kammerrotor oder das Rotorgehäuse. Stattdessen
können mit der Erfindung unterschiedliche differenzielle
Druckstufen mit im Wesentlichen einheitlichen bzw. standardisierten Komponenten,
wie z. B. den Kammerelementen 3, realisiert und bei Bedarf
modifiziert werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-