-
Die Erfindung betrifft eine Transportwalze für die Vakuumbehandlung von Substraten, insbesondere zur Durchführung von Beschichtungs- oder/und Ätzprozessen an flächigen (plattenförmigen) Substraten wie Architekturglas, Solarzellen und so weiter. Derartige Prozesse finden in der Regel bei unteratmosphärischem Druck, gegebenenfalls im Beisein eines Prozessgases, beispielsweise eines Inertgases oder eines Reaktivgases, und in einigen Fällen unter hohen Temperaturen, beispielsweise 600 oder 800°C, statt.
-
Zum Transport insbesondere flächiger Substrate durch Prozessanlagen, in denen diese Prozesse stattfinden, sind Transporteinrichtungen bekannt, die eine Anordnung von quer zur Transportrichtung der Substrate hintereinander angeordneten, an ihren Enden drehbar gelagerten Transportwalzen umfassen, wobei mindestens ein Teil der Transportwalzen antreibbar ist. Die Substrate werden auf die von den Transportwalzen gebildete Transportebene gelegt und durch Drehung der Transportwalzen in der Transportrichtung durch die Prozessanlage bewegt. Dabei werden die Substrate an Behandlungseinrichtungen, beispielsweise Einrichtungen zur Abtragung einer Oberflächenschicht von den Substraten oder Einrichtungen zur Abscheidung eines Beschichtungsmaterials auf der Oberfläche der Substrate, vorbeibewegt, so dass die gewünschten Behandlungsprozesse durchgeführt werden.
-
Die Transportwalzen können je nach Anwendungsfall aus metallischen Werkstoffen, beispielsweise Edelstahl oder Aluminium, oder aus nichtmetallischen Werkstoffen, beispielsweise Industriekeramik wie Aluminiumoxid, Siliziumdioxid und so weiter, gefertigt sein. Bei Transportwalzen aus keramischen Werkstoffen ist es weiterhin bekannt, die Enden, an denen die Transportwalzen drehbar gelagert werden, mit sogenannten Endkappen (end caps) aus metallischen Werkstoffen zu versehen, welche der Lagerung, Zentrierung und Kraftübertragung der Transportwalzen dienen. Die Verbindung zwischen dem Walzenkörper und der Endkappe muss dabei zwei Bedingungen erfüllen. Erstens muss die Endkappe konzentrisch auf dem Ende des Walzenkörpers sitzen, um den Rundlauf der Transportwalze zu gewährleisten, und zweitens muss die Verbindung zwischen beiden so beschaffen sein, dass das zum Antrieb der Transportwalze erforderliche Drehmomentübertragen wird.
-
Es ist bekannt, die Verbindung zwischen der Endkappe und dem Walzenkörper durch Kleben herzustellen; allerdings hat diese Lösung offensichtliche Nachteile hinsichtlich der Temperaturbeständigkeit der Verbindungsstelle zwischen Keramik und Metall sowie dadurch, dass eine Klebverbindung nicht lösbar ist. Insbesondere bei Beschichtungsanlagen, in denen die Transportwalzen während des Betriebs Verschmutzungen ausgesetzt sind, besteht darüber hinaus die Gefahr, dass chemische Reinigungsprozesse die Klebstoffe auflösen, wodurch sich die Endkappen vom Walzenkörper lösen können.
-
In
EP 0 393 292 A1 und
EP 0 388 206 B1 wurden zur Lagerung keramischer Walzenkörper geschlitzte Hülsen vorgeschlagen, die mittels Spannschrauben von außen gegen den Walzenkörper verspannt werden. Damit ist jedoch eine hochgenaue Zentrierung nicht möglich.
-
In
US 5,906,567 wird hingegen vorgeschlagen, die Endkappe durch Mittel zur Herstellung einer drehfesten Verbindung und zusätzlich durch Mittel zur Zentrierung mit dem Walzenkörper zu verbinden. Diese Lösung ist sehr aufwendig und verursacht daher hohe Kosten.
-
Aus
DE 30 06 114 C3 ist eine Lösung bekannt, bei der zwischen dem Walzenkörper und der Endkappe ein Radial-Spannring angeordnet ist, der die Drehmomentübertragung bewirken soll. Allerdings ist dieser Ansatz problematisch, weil der Radial-Spannring naturgemäß nur auf eines der beiden zu verbindenden Bauteile eine Kraft ausüben kann und damit der Größe des übertragbaren Drehmoments enge Grenzen gesetzt sind.
-
Verschiedene weitere Ansätze sind aus
EP 0 789 829 B1 bekannt, beispielsweise unter Verwendung von bimetallischen Lamellen oder Keilen und damit zusammenwirkenden elastischen Mitteln oder quer zur Längsachse der Walze angeordnete Stifte.
-
In
WO 2010/094716 A1 wurde eine Transportwalze für die Vakuumbehandlung von Substraten vorgeschlagen, die einen keramischen Walzenkörper mit zwei Enden und zwei metallische Endkappen mit je einer Aufnahmeöffnung umfasst, wobei jedes Ende des Walzenkörpers in einer Aufnahmeöffnung einer Endkappe angeordnet und drehfest mit der Endkappe verbunden ist, und zwischen dem Ende des Walzenkörpers und der Aufnahmeöffnung der Endkappe mindestens eine Schraubenfeder oder ein Spannstift parallel zur Symmetrieachse (Längsachse) des Walzenkörpers angeordnet ist. Hierzu kann vorgesehen sein, dass das Ende des Walzenkörpers und die Aufnahmeöffnung der Endkappe mindestens je eine parallel zur Längsachse des Walzenkörpers verlaufende Nut aufweisen, die im zusammengefügten Zustand paarweise einen Hohlraum definieren, und in diesem Hohlraum mindestens eine Schraubenfeder oder ein Spannstift angeordnet ist, welcher eine Relativverdrehung zwischen Walzenkörper und Endkappe verhindert. Diese Lösung kann jedoch unter Umständen Probleme bereiten, wenn der Walzenkörper aus Gewichts- und Kostengründen hohl ist.
-
Es besteht daher die Aufgabe, Lösungen anzugeben, bei denen die Endkappe auf dem Walzenkörper genau zentriert und gleichzeitig drehfest mit diesem verbunden ist, wobei unterschiedliche Wärmeausdehnungen kompensiert werden, um das spröde Material des Walzenkörpers zu schützen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Transportwalze mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Transportwalze sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Gelöst wird die Aufgabe in erster Linie durch verschiedene Ausgestaltungen einer Transportwalze, die einen keramischen Walzenkörper mit zwei Enden und zwei metallische Endkappen mit je einer Aufnahmeöffnung umfasst, wobei jedes Ende des Walzenkörpers in einer Aufnahmeöffnung einer Endkappe angeordnet und drehfest mit der Endkappe verbunden ist, wobei die Endkappe einen die Aufnahmeöffnung begrenzenden Klemmring mit einem in radialer Richtung des Walzenkörpers verstellbaren Klemmstück umfasst, das auf den Walzenkörper eine radial wirkende Spannkraft ausübt.
-
Eine Verschiebung des Klemmstücks in radialer Richtung des Walzenkörpers führt dazu, dass das Klemmstück auf den Walzenkörper eine radial wirkende Spannkraft ausübt.
-
Die vorgeschlagene technische Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass die anstehenden Anforderungen an eine konstruktive Lösung wie Gewährleistung der Drehmomentübertragung, Kompensation der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen beim Heizen verschiedener Materialien, „sanfte” Aufnahme spröder Materialien, Einhaltung der erforderlichen Rundlaufgenauigkeit, geringer Wärmeübergang von der Walze in die Lagerung sowie besonders einfache Montier- und Demontierbarkeit wie im Folgenden beschrieben gelöst werden.
-
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Klemmstück mittels mindestens einer im Klemmring radial angeordneten Schraube relativ zum Klemmring radial verschiebbar ist. Durch Drehen der mindestens einen Schraube wird je nach Drehrichtung das Klemmstück auf den Walzenkörper zu bewegt, um eine Klemmkraft zu erzeugen, oder vom Walzenkörper weg bewegt wird, um den Walzenkörper austauschen zu können.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Aufnahmeöffnung größer ist als der Walzenkörper und zumindest eine dem Klemmstück gegenüberliegend angeordnete erste Gegenfläche aufweist, wobei das Klemmstück und die erste Gegenfläche jeweils eine der Krümmung der Außenfläche des Walzenkörpers entsprechende Krümmung aufweisen. Die Aufnahmeöffnung muss also selbst bei einem Walzenkörper, der einen kreisrunden Querschnitt aufweist, nicht unbedingt kreisrund sein. Es kommt lediglich darauf an, dass das Klemmstück eine radiale Klemmkraft auf den Walzenkörper erzeugen kann. Mit der Schaffung der oben beschriebenen ersten Gegenfläche wird die Position des Walzenkörpers in der Aufnahmeöffnung im Zusammenwirken mit dem Klemmstück dadurch definiert, dass die feststehende erste Gegenfläche festlegt, an welcher Stelle in der Aufnahmeöffnung der Walzenkörper positioniert wird, wenn das Klemmstück den Walzenkörper darauf presst, während durch die Verstellbarkeit des Klemmstücks eine wählbare Klemmkraft erzeugt wird, die für die sichere Drehmomentübertragung auf den Walzenkörper sorgt.
-
Weiter kann vorgesehen sein, dass an der Peripherie der Aufnahmeöffnung beiderseits jeweils zwischen Klemmstück und erster Gegenfläche je eine zweite Gegenfläche einander gegenüberliegend mit einem Abstand angeordnet sind, der dem Durchmesser des Walzenkörpers entspricht. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Positionierung des Walzenkörpers in der Aufnahmeöffnung weiter erleichtert wird und genauer erfolgt, weil der Walzenkörper dadurch weitere Führung erhält.
-
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Klemmstück am Klemmring nachgiebig abgestützt ist, beispielsweise indem zwischen Klemmstück und Klemmring eine Schraubenfeder, eine Packung von Federscheiben oder dergleichen angeordnet ist.
-
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Klemmring an einem Endkappengrundkörper angeordnet (z. B. einstückig mit diesem ausgeführt) oder angebracht (z. B. lösbar daran befestigt) ist und aus mindestens zwei Teilstücken besteht, wobei mindestens ein Teilstück mit dem Endkappengrundkörper lösbar verbunden ist. Beispielsweise kann eine Hälfte des Klemmrings einstückig mit dem Endkappengrundkörper ausgeführt sein u8nd die andere Hälfte des Klemmrings mittels zweier Schrauben mit der ersten Hälfte (und damit mit dem Endkappengrundkörper) lösbar verbindbar sein. Dadurch wird die Entnahme des Walzenkörpers erleichtert, wenn die beiden Endkappen der Transportwalze in mit einem festen Abstand zueinander angeordneten Drehlagern gelagert sind. Es müssen dazu nur an beiden Endkappen die zweiten Hälften der beiden Klemmringe entfernt werden und der Walzenkörper kann quer zu seiner Längsachse entnommen werden.
-
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in der Aufnahmeöffnung der Endkappe zwischen Walzenkörper und Klemmring ein elastisches Ausgleichselement angeordnet ist, das beispielsweise eine Manschette sein kann, die aus einem Geflecht, Gewebe oder Gestrick aus Metalldrähten oder Metallfasern hergestellt ist, um zu hohe Klemmkräfte auf den Walzenkörper zu verhindern und gleichzeitig eine möglichst homogene Verteilung der Klemmkraft zu gewährleisten.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
-
1 einen Längsschnitt durch eine Transportwalze gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
-
2 eine perspektivische Ansicht der Endkappe gemäß 1,
-
3 eine axiale Ansicht der Endkappe gemäß 1 mit einem rohrförmigen Walzenkörper, und
-
4 eine axiale Ansicht der Endkappe gemäß 1 ohne Walzenkörper.
-
Gezeigt ist in allen 1 bis 4 dasselbe Ausführungsbeispiel, und dabei insbesondere in 1 ein Ende einer Transportwalze, bei dem das Ende des Walzenkörpers 1 in einer Aufnahmeöffnung einer Endkappe angeordnet ist. Die Endkappe umfasst dabei einen Endkappengrundkörper 2 mit einem Lagerzapfen 3 zur drehbaren Lagerung der Transportwalze und einen am Endkappengrundkörper 2 angebrachten Klemmring, wobei der Klemmring in zwei Klemmringhälften 4, 6 unterteilt ist. Die erste Klemmringhälfte 4 ist einstückig mit dem Endkappengrundkörper 2 ausgebildet. Die zweite Klemmringhälfte 6 ist mit der ersten Klemmringhälfte 4 durch Schrauben 11 lösbar verbunden. An der zweiten Klemmringhälfte 6 ist ein Klemmstück 8 mittels einer Schraube 9 verschiebbar angebracht und mittels einer Packung Federscheiben 10 nachgiebig gelagert.
-
Die erste Klemmringhälfte 4 weist gegenüber dem Klemmstück 8 eine feste erste Gegenfläche 5 auf, deren Krümmung der Krümmung der zylindrischen Mantelfläche des Walzenkörpers 1 entspricht. Auch das Klemmstück 8 selbst weist eine Kontaktfläche auf, deren Krümmung der Krümmung der zylindrischen Mantelfläche des Walzenkörpers 1 entspricht.
-
Die zweite Klemmringhälfte 6 weist seitlich, d. h. an der Peripherie der Aufnahmeöffnung beiderseits jeweils zwischen Klemmstück 8 und erster Gegenfläche 5 je eine zweite Gegenfläche 7 auf, wobei die zweiten Gegenflächen 7 einander gegenüber liegen und relativ zueinander mit einem Abstand angeordnet sind, der dem Durchmesser des Walzenkörpers 1 entspricht.
-
Die Übertragung des Antriebsmomentes auf die Transportwalzen erfolgt durch radiales Klemmen des Walzenkörpers 1 zwischen der ersten Gegenfläche 5 der ersten Klemmringhälfte 4 des Endkappengrundkörpers 2 und dem Klemmstück 8 der daran angeschraubten zweiten Klemmringhälfte 6, an der ein durch Federscheiben 10 federbelastetes Klemmstück 8 verschiebbar angeordnet ist. Die Schrauben 11, mit denen die zweite Klemmringhälfte 6 an der ersten Klemmringhälfte 4 befestigt ist, werden bei der Montage des Walzenkörpers 1 fest angezogen, wobei sich das federbelastete Klemmstück 8 weiter vorspannt und bei fest aufsitzender zweiter Klemmringhälfte 6 eine definierte, radial gegen den Walzenkörper 1 wirkende Kraft entwickelt. 3 zeigt die geometrischen Verhältnisse mit montiertem Walzenkörper 1, in 4 ist kein Walzenkörper montiert.
-
Durch diese definierte, über Federn eingeleitete Spannkraft ist einerseits für die Kompensation der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der verschiedenen Materialien gesorgt; zum anderen wird auch die „sanfte” Aufnahme spröder Materialien gewährleistet. Gleichzeitig ist aber auch eine besonders einfache Montier- und Demontierbarkeit des Walzenkörpers 1 gegeben, denn es müssen bei der Montage keine bestimmten Federvorspannwege o. ä. eingehalten, sondern lediglich 2 Schrauben 11 festgezogen werden.
-
Als weiteres Element zur Kompensation der physikalischen Gegebenheiten (bruchgefährdeter Walzenkörper, unterschiedliche Wärmeausdehnungen) kann als spezielle Ausführung zwischen dem Walzenkörper und den Aufnahmebauteilen ein flexibles Metallgeflecht als Schlauch, als Ring oder in einer anderen Form verwendet werden.
-
Des Weiteren ist eine Ausführungsvariante denkbar, in der nicht wie in den Abbildungen dargestellt zwei gegenüberliegende Flächen der beiden Klemmringhälften 4 und 6 die Zentrierung und Klemmung realisieren, sondern im Endkappengrundkörper 2 zwei erste Gegenflächen angeordnet sind, so dass sich insgesamt 3 Berührungsflächen ergeben (3 × 120°-Anordnung). Bei dieser Ausgestaltung kann auf die zweiten Gegenflächen 7 in der zweiten Klemmringhälfte verzichtet werden, weil die beiden ersten Gegenflächen 5 gemeinsam mit dem Klemmstück 8 eine definierte Positionierung des Walzenkörpers in der Aufnahmeöffnung ermöglichen.
-
Bei allen Ausführungsvarianten wird durch geeignete konstruktive Maßnahmen ein geringer Wärmeübergang von der Walze in die Lagerung erreicht. Dazu gehören geringe Kontaktflächen zwischen Transportwalze und Aufnahmebauteilen sowie Öffnungen 13 in den Aufnahmeteilen zur Minimierung der wärmeleitenden Querschnitte. Zusätzlich können noch Abschirmbleche 12 gegen Wärmestrahlung eingesetzt werden.
-
Die üblicherweise bei den Vakuumanlagen eingesetzten Transportwalzenaufnahmen sind normalerweise fest in der Kammer montiert und sollen zum Wechsel der Transportwalzen nicht ausgebaut werden. Kurze Wartungszeiten haben besonders für heiße Produktionsanlagen enorme wirtschaftliche Bedeutung. Deshalb ist das beschriebene Konstruktionsprinzip so ausgeführt, dass sofort nach Demontage der zweiten Klemmringhälfte 6 eine radiale Entnahme des Walzenkörpers 1 nach oben möglich, ohne dass Bauteile axial verschoben werden müssen. Montiert wird die Transportwalze in umgekehrter Reihenfolge.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Walzenkörper
- 2
- Endkappengrundkörper
- 3
- Lagerzapfen
- 4
- erste Klemmringhälfte
- 5
- erste Gegenfläche
- 6
- zweite Klemmringhälfte
- 7
- zweite Gegenfläche
- 8
- Klemmstück
- 9
- Schraube
- 10
- Federscheiben
- 11
- Schraube
- 12
- Abschirmblech
- 13
- Öffnung
-
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
-
- EP 0393292 A1 [0005]
- EP 0388206 B1 [0005]
- US 5906567 [0006]
- DE 3006114 C3 [0007]
- EP 0789829 B1 [0008]
- WO 2010/094716 A1 [0009]
