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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transport von Substraten in Substratbehandlungsanlagen, eine uni- oder bidirektional betreibbare Antriebseinrichtung für eine Anlagenkomponente einer Substratbehandlungsanlage, und eine Substratbehandlungsanlage mit einer solchen Antriebseinrichtung.
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Unter einer Substratbehandlungsanlage wird dabei eine Anlage zur Durchführung technischer Behandlungen an Substraten, wie beispielsweise Ätz-, Beschichtungs- oder Umwandlungsprozessen usw., verstanden. Derartige Anlagen weisen üblicherweise eine Prozesskammer sowie eine oder mehrere Behandlungseinrichtungen, wie Beschichtungsquellen oder Ätzeinrichtungen auf. Weitere Anlagenkomponenten, wie Transporteinrichtungen, Speichereinrichtungen, Heizeinrichtungen, Kühleinrichtungen, Gaszufuhreinrichtungen und Gasabsaugeinrichtungen usw. können ebenfalls vorgesehen sein, von denen einige eine Antriebseinrichtung aufweisen.
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Aus der Patentanmeldung
WO 2008/003792 A2 ist beispielsweise eine Transporteinrichtung für rohrförmige Substrate innerhalb einer Substratbehandlungsanlage mit einer Antriebseinrichtung bekannt.
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Einige dieser zusätzlichen Anlagenkomponenten können auch ganz oder teilweise außerhalb der Prozesskammer, im Falle von Substratbehandlungsanlagen also atmosphärenseitig, beispielsweise am Eingang oder Ausgang der Prozesskammer, angeordnet sein.
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Beim Transport von Substraten durch Substratbehandlungsanlagen sind Antriebseinrichtungen bekannt, bei denen Bewegungen durch Zugmittel wie Zahnriemen, Bogenzahnketten, Rollenketten, Metallbänder oder Kardanwellen mit Kegelradverzahnung auf Substrate, Substrathalter (Carrier) oder Messinstrumente entweder direkt oder über weitere Transportmittel, wie Transportrahmen, Transportbehälter, Transportrollen oder Transportwalzen oder Kombinationen derartiger Transportmittel, welche wiederum durch das Zugmittel der Antriebseinrichtung angetrieben werden, übertragen werden. Durchgehend ist bei diesen Antriebseinrichtungen ein mehr oder weniger großer unerwünschter Polygoneffekt nachweisbar, wodurch die Geschwindigkeit des Zugmittels periodisch um eine mittlere Geschwindigkeit schwankt. Auch Stahlseile finden in derartigen Antriebseinrichtungen Verwendung als Zugmittel, haben aber mit ihrer endlosen Verbindung und innerer Reibung der Litzen technische Grenzen erreicht.
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Die Antriebseinrichtungen von Anlagenkomponenten für Substratbehandlungsanlagen stellen eine sensible mechanische Komponente dar, weil vom gleichmäßigen Lauf beispielsweise einer Transporteinrichtung einer Vakuumbeschichtungsanlage die Qualität der Beschichtung abhängt. Ist die Transportgeschwindigkeit der Substrate nicht konstant, wie dies beispielsweise aufgrund des oben beschriebenen Polygoneffekts geschehen kann, so wird die Homogenität der sich ausbildenden Schicht negativ beeinflusst.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Transportverfahren für Substrate sowie eine Antriebseinrichtung, insbesondere für eine Transporteinrichtung einer Substratbehandlungsanlage, zu entwickeln, wobei Polygoneffekte gegenüber bekannten Lösungen stark verringert oder ganz verhindert werden sollen. Ferner besteht eine Aufgabe darin, eine Antriebseinrichtung anzugeben, welche geeignet ist, eine Transporteinrichtung mit nur einem Motor oder anderen Antriebsmittel bidirektional anzutreiben, d. h. einen polygoneffektarmen oder -freien Reversierbetrieb zu ermöglichen, bei dem Substrate abwechselnd in beiden Richtungen durch die Substratbehandlungsanlage bewegt werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Transport von Substraten in Substratbehandlungsanlagen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, eine Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 3 sowie eine Substratbehandlungsanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 11; vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Es wird daher ein Verfahren zum Transport von Substraten in Substratbehandlungsanlagen vorgeschlagen, bei dem ein Substrat mittels einer Transporteinrichtung in der Substratbehandlungsanlage bewegt wird, wobei die Transporteinrichtung durch eine Antriebseinrichtung mit einem Antriebsmittel und einem Zugmittel angetrieben wird, und wobei während des Betriebs des Antriebsmittels das Lasttrum und das Leertrum des Zugmittels gleichzeitig gespannt werden.
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Eine derartige Transporteinrichtung kann beispielsweise mehrere in der Längserstreckung einer Substratbehandlungsanlage hintereinander und parallel zueinander angeordnete Transportwalzen umfassen, auf denen tafelförmige Substrate liegend durch die Substratbehandlungsanlage bewegt werden, so dass die obersten Mantellinien der Transportwalzen die Transportebene definieren. Derartige Transportwalzen weisen häufig an einem Ende ein angetriebenes Rad auf, und eines oder mehrere angetriebene Räder sind von einem endlosen Zugmittel umfasst, welches die angetriebenen Räder antreibt. Dabei überträgt das Zugmittel auf das oder die angetriebenen Räder eine Bewegung, die durch ein Antriebsmittel, beispielsweise einen Elektromotor, erzeugt und durch ein antreibendes Rad auf das Zugmittel übertragen wird.
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Das Zugmittel kann dabei ein Seil, eine Kette, ein Riemen, beispielsweise Zahn-, Keil-, Rund-, Metallband- oder Flachriemen sein; dementsprechend können das antreibende Rad und die angetriebenen Räder die zum gewählten Zugmittel passenden Maschinenelemente, also beispielsweise Zahnriemenräder, Kettenritzel oder Riemenscheiben verschiedener Ausführungen sein.
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Bei der oben beschriebenen Transporteinrichtung wird der obere Teil des Zugmittels als Obertrum, der untere Teil entsprechend als Untertrum bezeichnet. Das Antriebsmittel greift in das Obertrum oder das Untertrum ein, wobei das Zugmittel hierzu entsprechend oberhalb oder unterhalb der Transportwalzen und damit oberhalb oder unterhalb der angetriebenen Räder angeordnet ist und das Zugmittel an dieser Stelle auch um das antreibende Rad geführt ist. Nachfolgend wird der auf das antreibende Rad zu laufende Teil des Zugmittels, welcher auf Zug belastet ist, als Lasttrum bezeichnet, und der vom antreibenden Rad weg laufende Teil des Zugmittels, welcher lastfrei ist, als Leertrum bezeichnet. Wird nun die Bewegungsrichtung des Antriebsmittels umgekehrt, so wird das bisherige Leertrum zum Lasttrum und das bisherige Lasttrum wird zum Leertrum.
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Es wurde nunmehr festgestellt, dass Polygoneffekte stark vermindert werden können, wenn zumindest das Leertrum während des Betriebs des Antriebsmittels gespannt wird. Dadurch wird die Transportgeschwindigkeit wesentlich gleichmäßiger, so dass beispielsweise bei Beschichtungsverfahren die Schichtqualität signifikant verbessert werden kann. Aber selbstverständlich ist das vorgeschlagene Verfahren auch bei Seil- oder Riemenantrieben etc. nutzbringend einsetzbar, weil hier die Spannung des Leertrums die Reibung des Zugmittels mit den angetriebenen Rädern erhöht und damit – insbesondere, wenn das Zugmittel sich aufgrund der Prozesstemperatur verlängert – verhindert wird, dass das Zugmittel rutscht.
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Der sogenannte Reversierbetrieb dient dazu, Substrate zwei- oder mehrmals durch die Substratbehandlungsanlage zu bewegen, beispielsweise um mehrschichtige Beschichtungen herzustellen oder/und um die Länge der Substratbehandlungsanlage zu verkürzen (z. B. für Heizprozesse).
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In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das gleichzeitige Spannen von Lasttrum und Leertrum des Zugmittels dadurch erfolgt, dass auf das Antriebsmittel eine von der Transporteinrichtung weg weisende Spannkraft ausgeübt wird.
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Weiterhin wird eine Antriebseinrichtung für eine Transporteinrichtung einer Substratbehandlungsanlage vorgeschlagen, die ein Antriebsmittel mit einem antreibenden Rad und ein Zugmittel umfasst, welches um das antreibende Rad und mindestens ein angetriebenes Rad der Transporteinrichtung geführt ist und diese im Betrieb der Substratbehandlungsanlage antreibt, wobei das Antriebsmittel relativ zur Transporteinrichtung beweglich gelagert ist und die Antriebseinrichtung weiterhin mindestens ein Spannmittel umfasst, das mit dem Antriebsmittel zumindest während des Betriebs der Antriebseinrichtung so in Wirkverbindung bringbar ist, dass auf das Antriebsmittel eine von der Transporteinrichtung weg weisende Spannkraft wirkt.
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In einer Weiterbildung der Antriebseinrichtung ist vorgesehen, dass das Spannmittel mindestens ein elastisches oder hydraulisches oder pneumatisches Betätigungsmittel umfasst. Das Betätigungsmittel kann dabei so angeordnet sein, dass es eine Spannkraft erzeugt, die vom Spannmittel auf das Antriebsmittel wirkt.
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Beispielsweise kann in einer Ausgestaltung das Spannmittel durch ein als Feder ausgebildetes elastisches Betätigungsmittel belastet sein.
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In einer anderen Ausgestaltung wird die Spannkraft durch ein hydraulisches oder pneumatisches Betätigungsmittel erzeugt. Ein solches Betätigungsmittel kann beispielsweise einen oder mehr in gleicher Richtung oder entgegengesetzt wirkende Hydraulik- oder Pneumatikzylinder umfassen.
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Vorteilhaft kann weiter vorgesehen sein, dass das Antriebsmittel in einem Loslager, relativ zur Transporteinrichtung verschiebbar, gelagert ist. Hierdurch können durch die Wirkung der Spannkraft auftretende Auslenkungen des Zugmittels ausgeglichen werden, wobei das Gewicht des Antriebsmittels die Gegenkraft bildet, damit die vom Spannmittel erzeugte Spannkraft tatsächlich eine Zugbelastung im Zugmittel erzeugt.
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Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass das Antriebsmittel im Loslager elastisch gelagert ist. Dabei kann beispielsweise eine weitere Feder so angeordnet sein, dass sie eine Rückstellkraft auf das Antriebsmittel erzeugt, die der durch die Auslenkung des Zugmittels bedingten Verschiebung des Antriebsmittels entgegenwirkt.
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Schließlich wird eine Substratbehandlungsanlage vorgeschlagen, die eine Transporteinrichtung sowie eine Antriebseinrichtung der oben beschriebenen Art umfasst. Mit dieser Substratbehandlungsanlage ist es möglich, Substrate mit gleichmäßiger Transportgeschwindigkeit zu behandeln und so qualitativ hochwertige Beschichtungs- oder sonstige Behandlungsergebnisse zu erzielen. Ist das Antriebsmittel für bidirektionalen Antrieb der Transporteinrichtung ausgelegt, so lassen sich die gleichen Vorteile auch im Reversierbetrieb erzielen.
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In einer Ausgestaltung der Substratbehandlungsanlage sind das Antriebsmittel oder/und das pneumatische Betätigungsmittel außerhalb der Substratbehandlungsanlage angeordnet. Hierzu können an der Prozesskammer vakuumdichte Drehdurchführungen vorgesehen sein. Dadurch werden der umbaute Raum und damit das zu evakuierende Volumen deutlich reduziert. Außerdem sind das Antriebsmittel oder/und das pneumatische Betätigungsmittel zu Wartungszwecken wesentlich leichter zugänglich.
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Nachfolgend werden die beschriebenen Verbesserungen anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
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1 einen Längsschnitt durch eine Substratbehandlungseinrichtung mit einer Transporteinrichtung und einer Antriebseinrichtung,
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2 eine Darstellung der Antriebseinrichtung eines ersten Ausführungsbeispiels,
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3 eine Darstellung der Antriebseinrichtung eines zweiten Ausführungsbeispiels, und
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4 eine Darstellung der Antriebseinrichtung eines dritten Ausführungsbeispiels.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Substratbehandlungsanlage 1. In der Prozesskammer 11 der Substratbehandlungsanlage 1 ist eine Transporteinrichtung 2 angeordnet, die zum liegenden Transport tafelförmiger Substrate an einer Beschichtungsquelle 12 vorbei eingerichtet ist, welche eine Anzahl von beidseitig in je einer Lagerbank 21 drehbar gelagerten Transportwalzen, die in der gewählten Darstellung durch die Lagerbank 21 verdeckt sind, umfasst. Die Transportwalzen weisen an einem Ende je ein angetriebenes Rad 22 auf. Die angetriebenen Räder 22 stehen mit einem Zugmittel 31, beispielsweise einer Zahnkette, in Kontakt, welches die angetriebenen Räder 22 antreibt.
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Hierzu wird das Untertrum der Zahnkette 31 über Umlenkräder 23 und um das antreibende Rad 35 einer Antriebseinrichtung 3 geführt, so dass eine von einem hier nicht dargestellten Elektromotor 34 erzeugte Bewegung des antreibenden Rades 35 durch die Zahnkette 31 auf die angetriebenen Räder 22 der Transportwalzen übertragen werden.
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Das antreibende Rad 35 der Antriebseinrichtung 3 und das Spannmittel 4 sind in einem Hilfsgehäuse 13 untergebracht, welches an der Unterseite der Prozesskammer 11 befestigt ist.
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Ein Spannmittel 4, das in diesem Fall pneumatische Kurzhubzylinder 43 und ein Joch 44 umfasst, übt eine von der Transporteinrichtung 2 weg weisende Kraft auf das antreibende Rad 35 – und damit auf das hier nicht dargestellte Antriebsmittel 34 – aus, so dass das Zugmittel 31 gespannt wird.
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Ein konkretes Ausführungsbeispiel ist in 2 dargestellt. Darin ist das Hilfsgehäuse 13 zwischen dem Kammerflansch 131, der zur Befestigung an der Prozesskammer 11 dient, und einem Abschlussflansch 132 beweglich gelagert. Dazu ist das Hilfsgehäuse 13 mittels Gleitbuchsen 46 auf Führungsstäben 45 senkrecht zur Transportrichtung der Substrate in der Prozesskammer 11 beweglich gelagert.
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Pneumatische Betätigungsmittel 43 sind mit je einem ihrer Enden mit dem Abschlussflansch 132 und dem Hilfsgehäuse 13 verbunden. Sie sind dadurch in der Lage, über das Hilfsgehäuse 13 und das darin drehbar gelagerte antreibende Rad 35 eine Kraft auf das mit dem antreibenden Rad verbundene, hier nicht dargestellte Antriebsmittel 34, das sich außerhalb des Hilfsgehäuses 13 befindet, auszuüben. Die Faltenbälge 133, die sich beidseitig vom Hilfsgehäuse 13 zum Kammerflansch 131 und zum Abschlussflansch 132 erstrecken, sorgen für den vakuumdichten Abschluss des Hilfsgehäuses 13.
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3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem das Antriebsmittel 34 innerhalb des Hilfsgehäuses 13 angeordnet ist. In diesem Fall ist das Antriebsmittel 34 relativ zum Hilfsgehäuse 13 und, da dieses starre Außenwände aufweist, auch relativ zur Transporteinrichtung 2 gelagert und die Betätigungsmittel 43 üben die Spannkraft direkt auf das Antriebsmittel aus, die durch das antreibende Rad 35 auf das Zugmittel 31 übertragen wird. Die Versorgung des Antriebsmittels 34 erfolgt durch eine Elektrodurchführung 48 in der Wand des Hilfsgehäuses 13.
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Bei einem dritten Ausführungsbeispiel ist das Antriebsmittel 34 wiederum außerhalb des Hilfsgehäuses 13 angeordnet. Es ist über eine vakuumdicht am Hilfsgehäuse 13 angeordnete, drehbare Exzenterscheibe 47 am Hilfsgehäuse 13 angebracht. Wird die Exzenterscheibe 47 gedreht, so ändert sich die Position des Antriebsmittels 34 relativ zur Transporteinrichtung 2 auch hinsichtlich des senkrechten Abstands zwischen beiden. Dadurch kann auf das Antriebsmittel 34 und in der Folge auch auf das antreibende Rad 35 sowie das Zugmittel 31 eine Spannkraft ausgeübt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Substratbehandlungsanlage
- 11
- Prozesskammer
- 12
- Behandlungseinrichtung, Beschichtungsquelle
- 13
- Hilfsgehäuse
- 131
- Kammerflansch
- 132
- Abschlussflansch
- 133
- Faltenbalg
- 14
- Drehdurchführung
- 2
- Transporteinrichtung
- 21
- Lagerbank
- 22
- angetriebenes Rad
- 23
- Umlenkrad
- 3
- Antriebseinrichtung
- 31
- Zugmittel, Zahnkette
- 32
- Leertrum
- 33
- Lasttrum
- 34
- Antriebsmittel, Elektromotor
- 35
- antreibendes Rad
- 36
- Winkelgetriebe
- 4
- Spannmittel
- 41
- Hebel
- 42
- Andruckrad
- 43
- Betätigungsmittel
- 44
- Joch
- 45
- Führungsstab
- 46
- Gleitbuchse
- 47
- Exzenterscheibe
- 48
- Elektrodurchführung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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