-
Die Erfindung betrifft eine Wärmeschutzeinrichtung für elektronische Datenaufzeichnungsgeräte zur Prozesskontrolle thermischer Prozesse, insbesondere in Vakuumbehandlungsanlagen. Eine solche Wärmeschutzeinrichtung besteht aus einem Gehäuse mit einer einen Aufnahmeraum bildenden Gehäusewandung, die eine Volumenausgleichsöffnung und Kabeldurchführungen zwischen dem Aufnahmeraum und der Außenseite aufweist.
-
Bei der Vakuumbehandlung von Substraten, die der weiteren Verwendung im Rahmen der Photovoltaik dienen, ist es erforderlich, Beschichtungsprozesse bei relativ hohen Temperaturen des Substrats und gegebenenfalls auch unter Beheizung des Substrats durchzuführen. Dabei ist es von entscheidender Bedeutung, welchen Temperaturverlauf ein solches Substrat im Rahmen der Beschichtung aufweist. Aber auch andere Parameter, wie zum Beispiel Druckverlauf, können für die Qualität der Schichtabscheidung von entscheidender Bedeutung sein. Um nun auswerten zu können, welche Bedingungen während der Beschichtung am Substrat vorhanden waren und damit Rückschlüsse auf den Vakuumbehandlungsprozess zu ziehen, die ihrerseits wiederum zu einer Verbesserung der Prozessgestaltung führen können, ist es zweckmäßig, verschiedene Parameter oder Parameterveränderungen aufzuzeichnen. Hierfür finden Datenaufzeichnungsgeräte, sogenannte Datenlogger, Anwendung.
-
Ein Datenlogger ist eine prozessgesteuerte Speichereinheit, welche Daten in einem bestimmten Rhythmus über eine Schnittstelle oder einen Sensor aufnimmt und auf einem Speichermedium ablegt. Zum Zwecke des Aufzeichnens von Messdaten ist ein solcher Datenlogger mit Sensoren, beispielsweise mit Temperatursensoren oder Drucksensoren verbunden.
-
In der
DE 101 55 131 A1 wird ein elektronisches Gerät mit einem Sensor beschrieben, der in einem Schutzgehäuse angeordnet ist. Das Schutzgehäuse weist dabei einen Abstand von dem Gehäuse der Sensoren auf, sodass zwischen dem Sensor bzw. dessen Gehäuse und dem Schutzgehäuse ein Zwischenraum entsteht. Dieser Zwischenraum bewirkt, dass ein Wärmetransport zu dem Sensor erschwert wird.
-
In der
DE 38 39 884 A1 ist eine Vorrichtung zum Schützen eines Messgerätes beschrieben, welches sich in einer Gasströmung befindet. Dabei ist ein strömungsgünstiges Gehäuse vorgesehen, in das das Messgerät in einer Vertiefung versenkt wird, sodass ein Abstand zu der angeströmten Fläche entsteht, wobei die Anordnung so gewählt ist, dass die Strömung selbst für eine Temperaturabsenkung an dem Messgerät sorgt.
-
In der
DE 299 04 858 U1 ist eine Vorrichtung zur Messwerterfassung mit einer elektronischen Schaltung beschrieben, die von einem mindestens zweiteilig ausgebildeten Körper aus einer wasseraufnahmefähigen Keramik umschlossen ist. Dadurch wird es möglich, dass die Keramik mit Wasser getränkt wird, welches beim Einbringen in eine Hochtemperaturumgebung verdampft und durch die Verdunstungskälte das im Inneren der Keramik befindliche Instrument geschützt wird.
-
In der
AT 399 612 B wird eine Messanordnung für erschwerte klimatische Bedingungen beschrieben, die in einem thermisch isolierten Behälter angeordnet ist, wobei der thermisch isolierte Behälter zwei zueinander entgegengesetzt ausgerichtete ineinander angeordnete Dewar-Gefäße enthält, von denen das innere Dewar-Gefäß die Messelektronik aufnimmt. Durch diese Anordnung wird ebenfalls ein Wärmetransport von der äußeren Umgebung zu der Messanordnung erschwert.
-
In der
EP 0 186 779 A2 wird eine Vorrichtung zur Erfassung von Messwerten physikalischer Größen beschrieben, die ein Gehäuse umfasst, das aus einer doppelwandigen Ummantelung und einem dazwischen eingebetteten Dämmstoff besteht. Der Dämmstoff bewirkt, dass ein Wärmetransport von der äußeren Umgebung auf die Messwerteinrichtung erschwert wird.
-
In der
DE 34 44 589 A1 wird eine Vorrichtung für Testmessungen an Wärmegut beschrieben, die ein Wärmeisoliergehäuse vorsieht. Dieses Wärmeisoliergehäuse weist mindestens eine mit einem Kühlfluid gefüllte Kammer auf. Die Messwerterfassungseinrichtung ist selbst in einem Behälter gekapselt, der sodann in die mit Kühlfluid gefüllte Kammer eingetaucht ist. Durch das Kühlfluid wird bewirkt, dass die Messwerterfassungseinrichtung keine unzulässige Temperaturerhöhung erfährt.
-
In der
DE 10 2010 009 795 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Rückkontakten für waferbasierte Solarzellen beschrieben, in der der Einsatz eines Datenloggers beschrieben wird. Zur Korrektur von substratbedingten Abweichungen vom optimalen Temperatur-Zeit-Verlauf kommt dabei eine Run-to-Run-Steuerung zum Einsatz, wobei anhand der dargestellten Temperaturmessungen der Temperaturverlauf bei der Beschichtung, basierend auf der Temperaturverlaufsmessungen mit dem Datenlogger, simuliert wird. Abweichungen vom Idealverlauf werden dann durch eine substratspezifische Steuerung einer Heizeinrichtung kompensiert.
-
Ein solcher Datenlogger ist eine elektronische Baueinheit, die nur unter bestimmten Betriebsbedingungen funktionsfähig ist, wobei auch nur unter einer Funktionsfähigkeit eine ordnungsgemäße Aufzeichnung erfolgen kann. Darüber hinaus ist eine solche elektronische Baueinheit sehr empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen, wie beispielsweise überhöhte Temperatur, die zu einer Funktionsbeeinträchtigung oder gar zur Zerstörung der elektronischen Baueinheit führen können. Es ist dabei üblich, zerstörerische Umwelteinflüsse, insbesondere negative Temperatureinwirkungen von der elektronischen Baueinheit durch Wärmeschutzeinrichtungen zu verhindern.
-
In der
DE 25 09 787 A1 ist ein Temperaturschutzgefäß für eine Messeinrichtung beschrieben, deren Wandung einen hohen thermischen Widerstand zwischen dem innenliegenden Nutzraum und der hohen Außentemperatur darstellt und in deren Nutzraum die Messeinrichtung, gegebenenfalls mit zusätzlichen Wärmespeichermassen, angeordnet ist.
-
Eine Lösung einer Wärmeschutzkassette, die von der Anmelderin angeboten wird und die der Patentanmeldung
DE 10 2010 040 265 A1 entspricht, sieht eine Wärmeschutzkassette für elektronische Bauelemente vor, wie sie in
1 bis
3 dargestellt ist. Diese Wärmeschutzkassette
1 weist einen inneren Hohlraum
2 auf, der der Aufnahme eines nicht näher dargestellten Datenloggers dient. Dieser Datenlogger ist damit innerhalb der Wärmeschutzkassette und damit innerhalb der Wärmeschutzeinrichtung angeordnet.
-
Die Wärmeschutzeinrichtung besteht aus mehreren Wandschichten 3, die jeweils als einseitig offener Behälter ausgeführt und wie Deckel und Boden einer Stülpschachtel ineinandergesteckt sind. Dabei nimmt ihre Größe von innen nach außen zu. Die seitlichen Bereiche der einzelnen Wandschichten 3 bilden dadurch eine Labyrinthdichtung. Diese Labyrinthdichtung schützt die elektronischen Komponenten des Datenloggers, der von dem Hohlraum 2 aufgenommen wird, weshalb dieser auch als Aufnahmeraum bezeichnet wird.
-
3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des mit dem Kreis versehenen Ausschnittes aus 2 und dient der klareren Darstellung der einzelnen Wandschichten 3.
-
Wie aus dieser gesamten Anordnung ersichtlich wird, zeigt diese Anordnung ein relativ großes Gewicht und einen hohen mechanischen Aufwand an Fertigung, Montage und später der Reinigung. In Anbetracht der Tatsache, dass eine derartige Wärmeschutzkassette beziehungsweise eine derartige Wärmeschutzeinrichtung, mit einem Datenlogger versehen, mit den zu behandelnden Substraten durch die Vakuumbehandlungsanlage durchgeführt wird und hierzu beispielsweise ganz normal auf dem scheibenförmigen Substrat aufliegt, spielt die Tatsache eine wesentliche Rolle, dass insbesondere bei dem stetig dünner werdenden Glassubstrat in der Photovoltaikindustrie (beispielsweise von 3,2 mm auf 1,6 mm) die Verringerung des Gewichtsanteiles eine absolute Forderung ist, ist auch hier eine Reduzierung des Gewichts von erheblicher Bedeutung. Wird nämlich eine Wärmeschutzeinrichtung zusammen mit einem solchen Datenlogger auf ein Substrat aus 1,6 mm Glas aufgelegt, erhöht sich die Bruchgefahr im Durchlaufprozess erheblich.
-
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Wärmeschutzeinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die in ihrem Gewicht und deren Herstellungsaufwand bei mindestens gleichbleibender Wärmeschutzfunktion reduziert ist.
-
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Gehäuse ein kompaktes Unterteil und ein kompaktes Oberteil aufweist, die zusammen den Aufnahmeraum bilden. Unterteil und Oberteil sind lösbar miteinander verbunden. Beide Teile bestehen aus einem gegen die Wärme des zu kontrollierenden Prozesses beständigen Material, wobei mindestens in einem der Teile die Volumenausgleichsöffnung und die Kabeldurchführungen angeordnet sind. Ein kompaktes Teil stellt dabei ein solches dar, welches im Unterschied zum Stand der Technik zum Herstellen seiner Wärmeschutzfunktion nicht aus mehreren Teilen oder Schalen bestehen muss.
-
Dadurch, dass das Material von Unterteil und Oberteil die Wärmeschutzfunktion selbst ausführt und entsprechend im Vergleich zum Metall des Standes der Technik ein geringeres spezifisches Gewicht aufweisen kann, ist eine erhebliche Reduzierung des Gewichts möglich. Damit können eine solche Wärmeschutzeinrichtung und die in ihr befindliche Elektronik von Datenaufzeichnungsgeräten oder Datenloggern problemlos im Prozess, beispielsweise von Vakuumbehandlungsanlagen, geführt werden. Durch das reduzierte Gewicht kann es dabei ermöglicht werden, dass auch bei zunehmender Verringerung der Stärke von Substratplatten, beispielsweise bei der Anwendung in der Photovoltaik, die Wärmeschutzeinrichtung mit dem Datenlogger direkt auf das Substrat aufgelegt werden kann, ohne dass dabei die Gefahr des Bruchs besteht.
-
In einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in dem Unterteil eine den Aufnahmeraum bildende Ausnehmung angeordnet ist. Dieser Aufnahmeraum ist dann durch einen als Deckel ausgebildetes Oberteil geschlossen. Eine derartige Anordnung bietet die Möglichkeit, dass der Deckel sehr einfach zu fertigen ist und nur in dem Unterteil die Ausnehmung einzuformen ist, wodurch sich der Herstellungsaufwand reduzieren lässt. In diesem Falle ist es zweckmäßig, dass das Unterteil auch die Volumenausgleichsöffnung und die Kabeldurchführungen aufnimmt.
-
In einer zweiten Ausführungsform ist umgekehrt in dem Oberteil eine den Aufnahmeraum ausbildende Ausnehmung angeordnet und das Unterteil ist als glatter Boden ausgebildet und verschließt den Aufnahmeraum. Auch hierbei wird sich der Herstellungsaufwand des Bodens gegenüber dem Oberteil reduzieren. Dabei ist es hier zweckmäßig, dass das Oberteil die Volumenausgleichsöffnung und die Kabeldurchführungen aufnimmt.
-
In einer dritten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in dem Oberteil eine einen ersten Teil des Aufnahmeraums bildende Ausnehmung und in dem Unterteil eine einen zweiten Teil des Aufnahmeraums bildende Ausnehmung angeordnet ist und der Aufnahmeraum durch Zusammenfügen beider Teile geschlossen ist. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der Aufnahmeraum relativ groß gestaltet werden kann. Außerdem können prinzipiell Unterteil und Oberteil jeweils aus einer gleichen Form bestehen, sodass sich der Wiederholteilgrad erhöht und damit der Herstellungsaufwand weiter gesenkt wird.
-
Bei dieser Ausführungsform ist es grundsätzlich möglich, dass das Oberteil und/oder das Unterteil die Volumenausgleichsöffnung und die Kabeldurchführung aufnimmt.
-
In bevorzugter Weise besteht das Unter- oder das Oberteil aus Graphit. Graphit ist ein herstellungstechnisch einfach zu handhabendes Material woraus die Teile beispielsweise durch einen Sinterprozess leicht zu formen sind.
-
Es ist auch möglich, dass das Unter- oder das Oberteil aus Verbundmaterial bestehen. Hierbei wird man selbstverständlich solche Materialkomponenten wählen, die die Prozesstemperatur problemlos überstehen. Dies kann insbesondere dadurch realisiert werden, dass Unter- und Oberteil aus einem überwiegend Graphit enthaltendem Verbundmaterial bestehen. Auch ein Graphitschaum oder ein Graphitfilz ist als Material einsetzbar.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass in der Volumenausgleichsöffnung ein Filterelement angeordnet ist. Es ist selbstverständlich auch möglich, dass mehrere Volumenausgleichsöffnungen vorhanden sind. Durch Volumenausgleichsöffnungen kann grundsätzlich gewährleistet werden, dass beim Einfahren der Wärmeschutzeinrichtung in den Prozess und damit bei einer Evakuierung Luft aus dem Aufnahmeraum entweichen kann und damit eine Druckdifferenz zwischen Aufnahmeraum und Umgebung des Prozessraumes ausgeglichen wird. Wenn Filterelemente in den Volumenausgleichsöffnungen angeordnet sind, kann dabei gewährleistet werden, dass mögliche Verunreinigungen nicht in den Aufnahmeraum in den Prozessraum eindringen. Umgekehrt kann beim Ausfahren aus dem Prozess und damit beim Eintritt in die Umgebungsatmosphäre wiederum Luft in den Aufnahmeraum eindringen und damit ebenfalls wieder ein Druckausgleich stattfinden. Auch hier sorgen die Filterelemente dafür, dass möglicherweise im Prozessraum entstandene Partikel nicht den Aufnahmeraum gelangen.
-
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass Unterteil und Oberteil mittels Schnellverschlüssen miteinander verbunden sind. Diese Schnellverschlüsse gewährleisten, dass am Ende des Prozesses die Wärmeschutzeinrichtung zusammen mit dem Datenaufzeichnungsgerät oder dem Datenlogger herausgenommen werden kann und schnell geöffnet werden kann, um somit die Zeit des Eindringens von Wärme in den Aufnahmeraum gering zu halten und damit die Gefahr eines negativen Einflusses von Wärme auf die Elektronik zu vermeiden.
-
In besonders einfacher Weise kann der Schnellverschluss dadurch realisiert werden, dass eine Bohrung in das Oberteil und eine korrespondierende Bohrung in das Unterteil eingebracht ist und beide Bohrungen mit einem eingeführten gemeinsamen Bindedraht verbunden werden. Dieser Bindedraht kann als sogenannter Rödeldraht ausgeführt und durch ein Verdrillen ein fester Verschluss gebildet werden. Der Schnellverschluss ist darin zu sehen, dass eine derartige Verbindung am Ende des Prozesses sehr leicht gelöst werden kann, indem die Wärmeschutzeinrichtung aus dem Prozessraum entnommen wird und der Rödeldraht durch einfaches Trennen des Drahtes und Herausziehen aus den Öffnungen entfernt wird. Somit lässt sich eine zuverlässige Verbindung einerseits herstellen und andererseits gewährleisten, dass diese Verbindung auch nach Ende des Prozesses sehr schnell und zuverlässig wieder gelöst werden kann.
-
Es ist möglich, dass sich die Entnahme des elektronischen Datenaufzeichnungsgerätes aus dem Aufnahmeraum verzögert, etwa bei Transportunterbrechungen des Substrats oder einem anderweitigen Stillstand der Vakuumbehandlungsanlage. Für diesen Fall ist es zweckmäßig, wenn in den Aufnahmeraum ein wärmeabsorbierender Körper eingelegt ist. Dieser Körper ist mit einer solchen Wärmekapazität versehen, dass er wie ein allseits bekannter Kühlakku wirkt, d. h. er nimmt in den Aufnahmeraum eindringende Wärme auf, kühlt also den Aufnahmeraum und verzögert somit die Zeit, bis sich dieser auf eine für die Elektronik schädliche Temperatur aufheizt. Denkbar ist hier beispielsweise ein massiver Körper aus Kupfer.
-
Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
-
In den zugehörigen Zeichnungen zeigt
-
1 eine Draufsicht auf eine Wärmeschutzeinrichtung nach dem Stand der Technik,
-
2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II aus 1 durch eine Wärmeschutzeinrichtung nach dem Stand der Technik,
-
3 eine vergrößerte Darstellung des in 2 mit dem Kreis gekennzeichneten Bereiches einer Wärmeschutzeinrichtung nach dem Stand der Technik,
-
4 eine Draufsicht auf eine Wärmeschutzeinrichtung gemäß der Erfindung, und
-
5 eine perspektivische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Wärmeschutzeinrichtung.
-
Wie aus 1 ersichtlich, weist das erfindungsgemäße Wärmeschutzelement 1 eine rechteckige Grundform auf. Die gestrichelten Linien kennzeichnen die verdeckten Teile wie Aufnahmeraum 2, Volumenausgleichsöffnung 4, Filterelement 5 und Kabeldurchführung 6. Wie ersichtlich ist, sind zwei Kabeldurchführungen vorgesehen, über die ein in dem Aufnahmeraum 2 liegendes Datenaufzeichnungsgerät oder ein Datenlogger mit Sensoren, beispielsweise Temperatur- oder Drucksensoren außerhalb der Wärmeschutzeinrichtung verbunden werden können. Zum problemlosen Ausgleich des Druckes zwischen Aufnahmeraum 2 und Umgebungsatmosphäre 7 sind vier Volumenausgleichsöffnungen mit jeweiligen Filterelementen 5 vorgesehen.
-
Wie weiterhin erkennbar ist, sind in dem Oberteil 8 Bohrungen 9 eingebracht. Wie aus 5 erkennbar ist, korrespondieren die Bohrungen 9 im Oberteil 8 mit Bohrungen 10 im Unterteil 11 der Wärmeschutzeinrichtung 1.
-
Wie aus 5 weiterhin erkennbar ist, wird der Aufnahmeraum 2 dadurch gebildet, dass in dem Oberteil 8 eine einen ersten Teil des Aufnahmeraumes 2 bildende Ausnehmung 12 und in dem Unterteil 11 eine einen zweiten Teil des Aufnahmeraumes 2 bildende Ausnehmung 13 angeordnet ist. Wie erkennbar, wird der Aufnahmeraum 2 durch ein Zusammenfügen des Oberteiles 8 und des Unterteiles 11 geschlossen. In diesem Falle sind die Volumenausgleichsöffnungen 4 und Aufnahmeöffnungen 14 für Filterelemente 5 sowie die Kabeldurchführungen 6 derart in dem Unterteil angeordnet, dass sie sich parallel zu der Ebene der flachen Ausdehnung der Wärmeschutzeinrichtung 1 von der Ausnehmung 13 im Unterteil 11 von der Aufnahmeöffnung 2 zur Umgebungsatmosphäre 7, die jeweils die Wärmeschutzeinrichtung 1 an ihrer Außenseite umgibt, erstreckt.
-
Zum schnellen Verschluss, das heißt zur mechanischen Verbindung von Oberteil 8 und Unterteil 11 ist ein Bindedraht 15 vorgesehen, der die beiden Bohrungen 9 und 10, die miteinander so korrespondieren, dass sie beim Zusammenlegen der beiden Teile 8 und 11 übereinander liegen, durchdringt. Die freien Enden des Bindedrahtes 15 sind wie ein Rödeldraht zusammen verdrillt. Sie können zur Sicherheit auch noch mit einem Klebstoff, beispielsweise Silikon, an der Außenseite der Wärmeschutzeinrichtung 1 fixiert werden. Zum Öffnen der Wärmeschutzeinrichtung 1 werden Oberteil 8 und Unterteil 11 voneinander abgehoben. Dies kann durch einfaches Zertrennen des Bindedrahtes 15 geschehen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Wärmeschutzkassette, Wärmeschutzeinrichtung
- 2
- Hohlraum, Aufnahmeraum
- 3
- Wandschicht
- 4
- Volumen
- 5
- Filterelement
- 6
- Kabeldurchführung
- 7
- Umgebungsatmosphäre, Außenseite
- 8
- Oberteil
- 9
- Bohrung im Oberteil
- 10
- Bohrung im Unterteil
- 11
- Unterteil
- 12
- Ausnehmung im Oberteil
- 13
- Ausnehmung im Unterteil
- 14
- Aufnahmeöffnung für Filterelement
- 15
- Bindedraht
