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Die
Erfindung betrifft eine Befestigung von Deckeln auf Vakuumkammern,
insbesondere auf Schleusenkammern, aus denen nach Durchführung eines
vakuumtechnologischen Prozesses Substrate ausgeschleust werden.
Die Deckel sind durch Schraubverbindung vakuumdicht mit der Vakuumkammer
(Gehäuse)
verbunden, und dienen im Wesentlichen dem Belüften der Schleuse, aber auch dem
Zugang zu den Einbauten in der Vakuumkammer zur Durchführung von
Wartungsarbeiten und Beseitigung von Störungen.
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Der
vakuumtechnologische Prozess erfordert zu definierten Zeiten das
Ausschleusen der Substrate. Dieser Vorgang geschieht in außerordentlich kurzer
Zeit, den er bestimmt auch weitgehend die Produktivität der Anlage.
Dazu wird die Schleusenkammer geflutet, indem beispielsweise komprimierten
Stickstoff oder trockene Druckluft in die Schleusenkammer eingelassen
wird. Es entsteht dabei vorerst in der Schleusenkammer für kurze
Zeit ein Überdruck,
der auf den Deckel mit seiner großen Angriffsfläche eine
solche Kraft erzeugt, dass der Deckel geringfügig ausgehoben wird, und zwar
soweit und so lange, bis der aufgebaute Überdruck ausgeglichen ist.
Danach fällt
der Deckel wieder auf die Kammer zurück.
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Dieses
zyklische Anheben und Herunterfallen des Deckels hat zur Folge,
dass sich die Schraubverbindungen mit der Zeit lockern, wodurch
die Dichtflächen
beschädigt
oder an dem Deckel angebrachte Bauteile beschädigt werden, und/oder auch
giftige Gase, Stäube
oder Pulver austreten können.
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Es
ist auch vom Aufwand her nicht vertretbar, in bestimmten zeitlichem
Abstand die Schraubverbindungen zu kontrollieren und wieder nachzuziehen.
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Es
ist auf anderen Gebieten des Maschinenbaus bekannt, bei Schraubverbindungen,
bei denen die Gefahr des ständigen
Lockerns von Schrauben besteht, eine Spanntechnik einzu setzen, bei
welcher eine Spannmutter mit eingebauter Überlastungsmechanik, deren
Drehmoment einstellbar ist, kombiniert ist. Das Ausrückmoment
wird über
eine Kugelrastmechanik erzeugt. Dabei ist die Kugelrastmechanik
konstruktiv derart gestaltet, dass das Lösemoment höher als das Spannmoment liegt.
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Alle
diese bekannten Lösungen
haben den Nachteil, dass das Spannen und die Kontrolle vom Bedienpersonal
ausgeführt
werden müssen.
Da bekanntlich diese Arbeiten beim Anlagenbetreiber, von Personal
ausgeführt
werden, welches nicht das nötige
Verständnis
für das
vakuumtechnische Problem hat, d. h., die Folgen, insbesondere den
Schaden bei nicht gewissenhafter Arbeit nicht abschätzen kann oder überhaupt
nicht erkennt, dadurch oberflächlich oder
routinemäßig vorgenommen
werden. Es kann auch passieren, dass der Anlagenbediener (Operator)
das erforderliche Nachziehen der Befestigungsschrauben vergisst.
Das bedeutet, dass die gewissenhafte und ordnungsgemäße Ausführung der
Arbeiten ausschließlich
vom Bedienpersonal abhängt. Erhärtet wird
diese Tatsache noch dadurch, dass teilweise vom Anlagenbetreiber
sogar aus Kostengründen
wenig qualifiziertes Personal eingesetzt wird.
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Andere
an sich bekannte Feststell- bzw. Klemmvorrichtungen für Schraubverbindungen
im Maschinenbau sind dem jeweiligen Anwendungsfall angepasste Speziallösungen,
die weder vom Aufwand noch von der Funktionsweise für die Befestigung
von Deckeln auf Vakuumkammern unter den vorbeschriebenen Bedingungen
einsetzbar sind.
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Es
ist eine Lösung
bekannt, die darin besteht, dass mehrere radial gleitbare Bolzen
so angeordnet und ausgeformt sind, dass sie an einem kugelförmigen Ende
in einer Aussparung des Handrades geführt sind, welches sich auf
einer Spindel, die mit dem Deckel verbunden ist dreht. Beim Drehen
des Handrades bewirken die Bolzen durch ihre Ausformung eine Verrieglung
der Tür.
(
DE-OS 1 034 154 A )
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Diese
Ausführung
ist zwar für
Vakuumkammern gedacht, aber erfüllt
nicht die Anforderungen, die an Vakuumkammern, insbesondere für Schleusen
bei sich ständig
und in kurzen Intervallen änderndem
Druck eingesetzt werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Befestigung von Deckeln
auf Vakuumkammern, insbesondere auf Gehäusen von Vakuumschleusen zu
schaffen, die als eine Schraubverbindung selbsttätig festziehend ist und hemmend
gegen das Lösen bzw.
Lockern wirkt. Das bedeutet, die Schraubverbindung soll derart sicher
sein, dass der Deckel auch durch das ständig im Takt von wenigen Sekunden wechselnde
Evakuieren und Belüften
in Verbindung mit einer starken Druckerhöhung an das Gehäuse gepresst
wird. Die Einrichtung soll unab hängig
von Einflüssen
und Unachtsamkeiten des Bedienpersonals mit absoluter Sicherheit
die Anforderungen auf dauernde Dichtheit und Festigkeit über unbegrenzte Zeit
gewährleisten.
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Der
Aufwand für
die Herstellung und Montage der Einrichtung muss relativ gering
sein, aber auch im Fall von Störungen
und zum Zweck der Wartung leicht und schnell lösbar sein. Es sollen keine Spezialwerkzeuge
erforderlich sein.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass in bekannter Weise die Deckel mittels Pratzen und einer Schraubverbindung
gegen das Gehäuse
mit einer dazwischen gelegten Dichtung gedrückt werden. In die dazu erforderlichen
Bohrungen im Gehäuse
wird erfindungsgemäß ein Bolzen eingesetzt,
der in seinem oberen Teil, der über
das Gehäuse
hinaus ragt, als Kugelspindel ausgestaltet ist. Über den gesamten Umfang der
Kugelspindel ist eine gewindeähnliche
Nut eingebracht, die in ihrer Geometrie halbkugelförmig ist.
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Über die
gesamte Kugelspindel ist ein hohler Körper angeordnet, und in dem
Zwischenraum zwischen diesem Körper
und der Kugelspindel ist eine Kugelspindelmutter, die den unteren
Teil umgibt, angeordnet. In die Innenwand dieser Kugelspindelmutter
ist eine gleiche gewindeähnliche
Nut wie auf der Kugelspindel eingebracht. Die im Prinzip aus zwei Hälften bestehende
Nut mit Kugelquerschnitt ist mit Kugeln ausgefüllt. Diese Hülse muss
sich sehr leicht drehen, aber darf sich in axialer Richtung nicht
verschieben. Um das zu sichern, ist ein Spannring in Höhe der Oberkante
der Hülse
in den Körper
eingesetzt.
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Im
oberen Bereich des Körpers
ist eine Scheibe in Verbindung mit einer Stellschraube zur Arretierung
angeordnet.
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Um
ein Verdrehen des Körpers
auf der Pratze zu verhindern, ist es vorteilhaft, zwischen die beiden
Auflageflächen
einen Ring aus einem Material mit relativ hoher Reibung, beispielsweise
ein Elastomer zwischenzulegen, oder die sich berührenden Oberflächen aufzurauen.
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Es
können
auch die Bolzen in das Gehäuse eingeschraubt
werden.
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Es
ist vorteilhaft, zum besseren Gleiten der Kugeln die Nuten zu polieren.
Die Kugeln sind vorteilhafterweise aus gehärtetem Stahl.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass der Körper verkürzt wird,
indem die Kugelgewindemutter annähernd
so lang wie die Kugelspindel ausgeführt ist, und die Scheibe mit
der Stellschraube die Begrenzung gegen eine Axialbewegung der Hülse darstellt.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn der Körper außen sechskantförmig ist,
um diesen, falls erforderlich, mit einem Sechskantschlüssel wieder
zu lösen.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn der Körper an
seinem oberen Ende mit einer Kappe verschlossen ist. Dadurch können keine
Fremdkörper
in den Körper
gelangen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Deckelbefestigung besteht
darin, dass im Bereich jeder Pratze ist ein Sensor so angeordnet,
dass er erfasst, wenn eine Pratze nicht richtig auf dem Deckel aufliegt.
Somit ist die Gefahr beseitigt, dass der Deckel durch Unachtsamkeit
des Bedienpersonals nicht richtig geschlossen ist.
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Die
gesamte erfindungsgemäße Einrichtung hat
den entscheidenden Vorteil, dass mit absoluter Sicherheit der Deckel
auf dem Gehäuse
durch das selbsttätige
Nachsetzen des Körpers
im Zusammenwirken mit der Kugelspindel und Hülse fest, d. h. vakuumdicht
aufliegt. Der ständige
Wechsel des Druckes durch das Belüften und Evakuieren nimmt keinen
Einfluss auf die Dichtheit, denn die Einrichtung wirkt sofort durch
Nachsetzen der Spindel.
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Damit
sind Mängel,
insbesondere Bedienfehler ausgeschlossen, die von Bedienpersonal durch
unzureichende Kontrolle und Ausführung
der damit zusammenhängenden
Arbeiten hervorgerufen werden. Das führt weiterhin dazu, dass an
der Anlage, d. h. der Schleuse diesbezüglich keine Schäden auftreten
können,
die zu Produktionsstörungen
führen.
Eine Schleuse bestimmt mit entscheidend die Taktzeit und damit die
Produktivität
der Anlage, was eine absolute Zuverlässigkeit derselben erfordert.
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An
einem Ausführungsbeispiel
wird die Erfindung beschrieben.
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In
der zugehörigen
Zeichnung zeigen:
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1:
eine Befestigung im Schnitt,
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2:
einen Ausschnitt A der Kugelführung mit
Kugelspindel, Hülse
und Körper.
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In
das Gehäuse 1 der
Vakuumkammer ist in eine Bohrung 2 in bekannter Weise ein
Bolzen 3 mit einer Mutter 4 und Scheibe eingeschraubt.
Der Bolzen 3 ist oberhalb des Gehäuses 1 bis zu seinem Ende
als Kugelspindel 5 ausgebildet, und ist ein Bauteil. Der
Deckel 6 des Gehäuses 1 schließt die Öffnung (nicht
gezeichnet) des Gehäuses 1 in
bekannter Weise. Zwischen dem Deckel 6 und dem Gehäuse 1 ist
wie üblich
eine Dichtung angebracht. (Nicht gezeichnet) Die Kugelspindel 5 ist
von einer Kugelgewindemutter 7 umgeben. Über den
Umfang der Kugelspindel 5 und die Innenwandung der Kugelgewindemutter 7 ist über ihre
gesamte Länge
gewindeähnlich
eine halbkugelförmige
Nut 8.1 und 8.2 eingebracht. Diese Nuten 8.1; 8.2 sind
derart ausgebildet, dass sich zwischen der Kugelspindel 5 und
der Kugelgewindemutter 7 die Kugeln 9 leicht bewegen
können.
Die Kugelspindelmutter 7 ist mit dem Körper 10 kraftschlüssig, z.
B. mit einer Passfeder, verbunden. Die Kugelgewindemutter 7 und
der Körper 10 werden durch
die Schwerkraft ständig
nach unten bewegt.
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Das
untere Ende des Körpers 10 bis
auf eine Öffnung 11 für die Durchführung der
Kugelspindel 5 verschlossen ist. Auf dem Deckel 6 ist
in bekannter Weise eine Pratze 12 fixiert, die eine Bohrung 13 für die Durchführung der
Kugelspindel 5 besitzt, und zum Öffnen des Deckels 6 zur
Seite schwenkbar ist.
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In
dem Körper 10 ist
in Höhe
der Oberkante der Kugelgewindemutter 7 ein Spannelement 14 in den
Körper 10 eingesetzt,
damit die Kugelgewindemutter 7 axial nicht verschiebbar
ist. Die im oberen Teil der Kugelspindel 5 in Verbindung
mit der Scheibe 15 angeordnete Stellschraube 16 dient
der Begrenzung des Verstellbereiches im Zusammenwirken mit dem Spannelement 14,
wenn die Kugelspindelmutter 7 mit dem Körper 10 nach oben
gedreht wird. Eine Kappe 17 verschließt den Körper 10 nach oben.
Zwischen der unteren Fläche
des Körpers 10 und
der Oberfläche
der Pratze 12 ist ein Ring 18 aus einem Elastomer
als Sicherungselement angeordnet, der eine Reibung hervorruft.
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Zur
Kontrolle, dass auch alle den Deckel 6 verschließenden Pratzen 12 sich
in richtiger Position befinden, sind im Bereich jeder Pratze 12 entsprechend
Sensoren 19 angeordnet, die ein Signal erzeugen, wenn der
Deckel 6 nicht vollständig
mit allen erforderlichen Mitteln bestückt ist.
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Die
Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung
ist folgende:
Der Deckel 6 wird auf die Öffnung im
Gehäuse 1 aufgelegt,
nachdem die Kugelspindeln 5 mit dem Bolzen 3 in
das Gehäuse 1 eingesetzt
sind. Die Pratzen 12 werden auf die Kugelspindeln 5 so
aufgesetzt, dass sie auf dem Deckel 1 aufliegen und fixiert
sind.
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Nunmehr
wird die Einrichtung fixiert, indem der Körper 10 auf die Kugelspindel 5 aufgesetzt
und nach unten gedreht wird. Aufgrund seines Eigengewichts und der
geringen Reibung der Kugelgewindemutter 7 um die Kugelspindel 5 bewegt
sich der mit ihr verbundene Körper 10 nach
unten gegen die Pratze 12 drückend. Der Ring 18 mit
seiner Reibung bewirkt eine hohe Selbsthemmung und verhindert das Lösen der
Verbindung zwischen der Pratze 12 und dem Körper 10.
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Sobald
das Vakuum in der Schleusenkammer erzeugt wird, entsteht zwischen
dem Körper 10 und
der Pratze 12 bedingt durch den Druckunterschied ein geringer
Spalt. Dadurch wird sofort der Ring 18 frei, und der Körper 10 bewegt
sich, durch seine Schwerkraft weiter nach unten, und liegt wieder gegen
die Pratze 12 drückend
fest auf.
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Dadurch
wird der Deckel 6 ständig
gegen das Gehäuse 1 gedrückt, unabhängig von
jeder Einwirkung von Bedienpersonal und den Druckverhältnissen
in der Schleusenkammer. Durch das ständige in kurzer Zeit wechselnde
Be- und Entlüften
wird der Deckel 6 dauernd, wenn auch nur geringfügig abgehoben
und fällt
wieder zurück.
Diese zyklische Bewegung wird durch die erfindungsgemäße Einrichtung kompensiert,
sodass der Druck der Pratzen 12 auf den Deckel 6 annähernd konstant
bleibt.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Bohrung
- 3
- Bolzen
- 4
- Mutter
und Scheibe
- 5
- Kugelspindel
- 6
- Deckel
- 7
- Kugelspindelmutter
- 8.1
- Nut
- 8.2
- Nut
- 9
- Kugel
- 10
- Körper
- 11
- Öffnung
- 12
- Pratze
- 13
- Bohrung
- 14
- Spannelement
- 15
- Scheibe
- 16
- Stellschraube
- 17
- Kappe
- 18
- Ring
- 19
- Sensor