DE102012013726B4 - Device for cooling strip-shaped substrates - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zum Kühlen eines bandförmigen Substrates im Vakuum umfassenda) mindestens eine konvexe Kühlfläche (2) als äußere Begrenzung eines Kühlkörpers (1);b) Mittel zum Führen mindestens eines bandförmigen Substrates derart, dass das Substrat die konvexe Kühlfläche (2) zumindest teilweise in einem Kontaktbereich umschlingt;c) eine Vielzahl von Öffnungen (4), die über den Kontaktbereich der Kühlfläche (2) verteilt angeordnet sind und die sich durch die Kühlfläche (2) hindurch in den Kühlkörper (1) hinein erstrecken, wobeid) sich eine erste Teilmenge der Öffnungen (4i) in mindestens einen innerhalb des Kühlkörpers (1) verlaufenden ersten Kanal (5i) hinein erstreckt, der an mindestens einer Stirnseite (3) des Kühlkörpers (1) mündet,e) sich eine zweite Teilmenge der Öffnungen (4h) in mindestens einen innerhalb des Kühlkörpers (1) verlaufenden zweiten Kanal (5h) hinein erstreckt, der an mindestens einer Stirnseite (3) des Kühlkörpers (1) mündet,f) sich eine dritte Teilmenge der Öffnungen (4j) in mindestens einen innerhalb des Kühlkörpers (1) verlaufenden dritten Kanal (5j) hinein erstreckt, der an mindestens einer Stirnseite (3) des Kühlkörpers mündet,g) wobei in Bewegungsrichtung des Substrates betrachtet die zweite Teilmenge der Öffnungen (4h) nach der ersten Teilmenge der Öffnungen (4i) angeordnet ist und die dritte Teilmenge der Öffnungen (4j) vor der ersten Teilmenge der Öffnungen (4i) angeordnet ist;h) erste Mittel zum Bereitstellen eines Fluids derart, dass das Fluid durch den ersten Kanal (5i) in den Kühlkörper hineinströmt;i) zweite Mittel zum Absaugen des Fluids aus dem zweiten Kanal (5h) und dritten Kanal (5j).Device for cooling a strip-shaped substrate in a vacuum comprising a) at least one convex cooling surface (2) as the outer boundary of a cooling body (1); b) means for guiding at least one strip-shaped substrate in such a way that the substrate at least partially integrates the convex cooling surface (2) C) a plurality of openings (4) which are arranged distributed over the contact area of the cooling surface (2) and which extend through the cooling surface (2) into the cooling body (1), whereby) a first subset extends the openings (4i) extends into at least one first channel (5i) which runs inside the cooling body (1) and opens into at least one end face (3) of the cooling body (1), e) a second subset of the openings (4h) extends into at least one second channel (5h) running inside the heat sink (1) extends into it and opens at at least one end face (3) of the heat sink (1), f) a third subset of the openings extends (4j) extends into at least one third channel (5j) which runs inside the heat sink (1) and opens out at at least one end face (3) of the heat sink, g) the second subset of the openings (4h) as viewed in the direction of movement of the substrate the first subset of the openings (4i) is arranged and the third subset of the openings (4j) is arranged in front of the first subset of the openings (4i); h) first means for providing a fluid such that the fluid through the first channel (5i ) flows into the heat sink; i) second means for sucking off the fluid from the second channel (5h) and third channel (5j).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen bandförmiger Substrate im Vakuum. Die Vorrichtung kann in Vakuumanlagen überall dort zum Einsatz gelangen, wo bandförmige Substrate einer thermischen Belastung ausgesetzt sind. Beispiele hierfür sind verschiedene Formen der Vakuumbeschichtung, Oberflächenmodifizierungen oder Formen einer gezielten thermischen Behandlung von Oberflächen im Vakuum.The invention relates to a device for cooling strip-shaped substrates in a vacuum. The device can be used in vacuum systems wherever strip-shaped substrates are exposed to thermal stress. Examples of this are various forms of vacuum coating, surface modifications or forms of targeted thermal treatment of surfaces in a vacuum.
Stand der TechnikState of the art
Eine Kühlung zu behandelnder Substrate ist technologisch bedingt häufig erforderlich, wenn ohne Kühlung durch thermische Belastung eine Schädigung des Substrates durch Überhitzung zu erwarten ist oder sich ohne Kühlung eine Substrattemperatur einstellen würde, die einem angestrebten Effekt entgegensteht. Beispiele für Letzteres finden sich ebenfalls im Bereich der Vakuumbeschichtung. Häufig soll eine bestimmte Schicht auf einem Substrat abgeschieden werden, die besondere strukturelle Eigenschaften aufweist. Die Schichtstruktur zeigt oft eine starke Abhängigkeit von der Temperatur des Substrates.For technological reasons, the substrates to be treated often need to be cooled if damage to the substrate due to overheating is to be expected without cooling due to thermal stress or if a substrate temperature would set in which would counteract the desired effect without cooling. Examples of the latter can also be found in the field of vacuum coating. Often a certain layer is to be deposited on a substrate, which has special structural properties. The layer structure often shows a strong dependence on the temperature of the substrate.
Da Kühlen durch Konvektion im Vakuum bei geringen Drücken eine geringe Rolle spielt und eine effektive Wärmestrahlung erst bei Temperaturen erfolgt, die bei vielen Beschichtungsverfahren entweder gerade vermieden werden sollen oder durch andere technologische Randbedingungen nicht einstellbar sind, liegt der Schwerpunkt einer Substratkühlung bei Vakuumprozessen auf einer Ableitung der eingetragenen Energie durch Wärmeleitung vom Ort des Energieeintrags, also der Substratoberfläche, in und durch das Substrat hindurch zu einem Kühlkörper. Die Effektivität einer solchen Kühlung hängt im Wesentlichen davon ab, wie effektiv der Wärmeübergang vom Substrat auf den Kühlkörper erfolgen kann.Since cooling through convection in a vacuum at low pressures plays a minor role and effective heat radiation only takes place at temperatures that are either to be avoided in many coating processes or cannot be set due to other technological boundary conditions, the focus of substrate cooling in vacuum processes is on dissipation the energy introduced by heat conduction from the location of the energy input, i.e. the substrate surface, into and through the substrate to a heat sink. The effectiveness of such cooling essentially depends on how effectively the heat transfer from the substrate to the heat sink can take place.
Es ist bekannt, bandförmige Substrate zu kühlen, indem sie über eine konvexe Kühlfläche, meist Teil der Mantelfläche einer weitgehend zylinderförmigen Kühlwalze, geführt werden. Die Effektivität der Kühlung wird dabei unter anderem über die Temperatur der Kühlwalze beeinflusst. Zu diesem Zweck werden Kühlmittel durch das Innere der Kühlwalze, auch Kühltrommel genannt, geführt (
Die Kühlung der Walze beeinflusst die Temperatur des Substrates. Eine gekühlte Walze führt aber nur dann zu einer effektiven Kühlung des Substrates, wenn Kühlfläche und Substrat in einem innigen Wärmekontakt stehen.The cooling of the roller affects the temperature of the substrate. A cooled roller only leads to effective cooling of the substrate if the cooling surface and the substrate are in close thermal contact.
Es ist bekannt, den Wärmekontakt zwischen Substrat und Kühlfläche durch Beilegen einer diesen Kontakt vermittelnden Folie zu verbessern (
Es ist weiterhin bekannt, zum Kühlen bandförmiger Substrate deren Rückseite einer Kühlgasströmung auszusetzen, bevor das Substrat in Kontakt mit der Kühlfläche kommt (
Es ist bekannt, den Wärmekontakt über ein Gaspolster durch elektrische Felder und Plasmen zu intensivieren (
Ebenfalls bekannt ist es, den Rezipienten aus mehreren Bereichen aufzubauen, die vakuumtechnisch teilweise entkoppelt sind (
Ferner kann durch Erhöhen des Anpressdruckes zwischen dem Kühlkörper und dem zu kühlenden Substrat der Wärmeübergang verbessert werden. Das erfolgt bei bandförmigen Substraten in der Regel durch Erhöhen des Bandzuges. Dieser Methode sind jedoch ebenfalls physikalische Grenzen gesetzt, da auch bei starker Zunahme des Anpressdruckes die wirksame Kontaktfläche nur geringfügig vergrößert wird, was im Wesentlichen durch mikrogeometrische Gegebenheiten erklärt werden kann.Furthermore, the heat transfer can be improved by increasing the contact pressure between the heat sink and the substrate to be cooled. In the case of strip-shaped substrates, this is usually done by increasing the tension of the strip. However, this method is also subject to physical limits, since the effective contact surface is only slightly enlarged even with a strong increase in the contact pressure, which can essentially be explained by microgeometric conditions.
Es ist bekannt, durch Öffnungen, die durch Ventile geschlossen werden können, Gas unterhalb des zu kühlenden Substrates einzuleiten (
Es ist weiterhin bekannt, eine Gaszufuhr durch die Kühlfläche hindurch zu realisieren, indem ein Teil der Kühlfläche als poröser Formkörper ausgebildet wird (
Außerdem ist bekannt, Kühlgas unter einer Haube durch Löcher in den Ringspalt einer Kühltrommel einzulassen (
Zusammenfassend kann zum bisher zitierten Stand der Technik angemerkt werden, dass der Schwerpunkt der Bemühungen zum Kühlen bandförmiger Substrate offensichtlich darauf gelegt wird, den Wärmekontakt zwischen Substrat und Kühlkörper durch einen verbleibenden Restspalt mit definierter Gasbefüllung zu vermitteln. Problematisch ist jedoch, dass der hierzu mindestens erforderliche Gasdruck bei bewegten bandförmigen Substraten eine ständige Zufuhr einer erheblichen Gasmenge erfordert, die zumindest teilweise das Prozessvakuum belastet, nachdem sie aus der Kühlzone entwichen ist. Für viele vakuumtechnische Anwendungen - z. B. alle Anwendungen, bei denen mit einem Elektronenstrahl gearbeitet wird - stellt das ein in vielerlei Hinsicht limitierendes Problem dar.In summary, it can be noted in relation to the prior art cited so far that the focus of efforts to cool strip-shaped substrates is evidently placed on mediating the thermal contact between substrate and heat sink through a remaining gap with a defined gas filling. The problem, however, is that the minimum gas pressure required for this in the case of moving strip-shaped substrates requires a constant supply of a considerable amount of gas, which at least partially loads the process vacuum after it has escaped from the cooling zone. For many vacuum applications - e.g. For example, all applications in which an electron beam is used - this is a problem that is limiting in many ways.
AufgabenstellungTask
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde eine Vorrichtung zu schaffen, mittels der die Nachteile aus dem Stand der Technik überwunden werden und die eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Substratkühlung bewegter bandförmiger Substrate erlaubt. Insbesondere soll mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine zusätzliche Belastung des Vakuums innerhalb einer Prozesskammer mit einem Kühlmedium weitgehend vermieden werden. Die Vorrichtung soll sich ferner durch einen einfachen Aufbau auszeichnen.The invention is therefore based on the technical problem of creating a device by means of which the disadvantages from the prior art are overcome and which allows an improved substrate cooling of moving strip-shaped substrates compared to the prior art. In particular, the device according to the invention is intended to largely avoid additional loading of the vacuum within a process chamber with a cooling medium. The device should also be distinguished by a simple structure.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The solution to the technical problem results from the subjects with the features of
Die Erfindung geht davon aus, dass es zweckmäßig ist, zur Vermittlung des Wärmekontaktes zwischen einem zu kühlenden Substrat und einem Kühlkörper ein Fluid einzusetzen, welches mit der Rückseite des Substrates und der Oberfläche des Kühlkörpers in direktem Kontakt steht. Spaltgeometrie, Substratmaterial, Oberflächengeometrie eines Substrates, Fluidart und Fluiddruck sind dabei die bestimmenden Parameter. Ein verwendetes Fluid kann sowohl ein Gas als auch eine Flüssigkeit sein. Der Wärmeübergang vom Substrat zum Kühlkörper erfolgt umso effektiver, je kleiner der Abstand zwischen Substrat und Kühlkörper und je höher der Druck des den Wärmekontakt vermittelnden Fluids ist.The invention is based on the assumption that it is expedient to use a fluid, which is in direct contact with the rear side of the substrate and the surface of the heat sink, to establish the thermal contact between a substrate to be cooled and a cooling body. Gap geometry, substrate material, surface geometry of a substrate, fluid type and fluid pressure are the determining parameters. A fluid used can be both a gas and a liquid. The heat transfer from the substrate to the heat sink takes place more effectively, the smaller the distance between the substrate and the heat sink and the higher the pressure of the fluid providing the thermal contact.
Ein hoher Fluiddruck bewirkt eine hohe mechanische Belastung des Substrates, da das Substrat eine Trennfläche zwischen Fluid und Vakuum bildet und aus der Druckdifferenz resultierende Kräfte aufnehmen muss. Die Aufnahme dieser Kräfte erfolgt durch den Bandzug am Substrat, wodurch den durch die Druckdifferenz bedingten Kräften entgegenwirkende Rückstellkräfte erzeugt werden.A high fluid pressure causes a high mechanical load on the substrate, since the substrate forms an interface between fluid and vacuum and has to absorb forces resulting from the pressure difference. These forces are absorbed by the tape tension on the substrate, which generates restoring forces counteracting the forces caused by the pressure difference.
Da außerdem hohe Fluiddrücke für eine effektive Kühlung angestrebt werden sollten, gleichzeitig aber möglichst wenig Fluid in das Prozessvakuum entweichen darf, ergeben sich weitere Anforderungen, die durch die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe erfüllt werden müssen.Since high fluid pressures should also be aimed for for effective cooling, At the same time, however, as little fluid as possible may escape into the process vacuum, there are further requirements that must be met by the solution of the object according to the invention.
Demgemäß werden bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die für die Aufnahme von durch einen hohen Fluiddruck am Substrat anliegenden Kräfte erforderlichen Rückstellkräfte durch eine elastische Vorspannung des Substrates, das um eine konvexe Kühlfläche geführt wird, erzeugt. Die Vorspannung wird durch einen Bandzug derart eingestellt, dass die durch den Fluiddruck am Substrat anliegenden Kräfte kein Abheben des Substrates von der konvexen Kühlfläche bewirken. Indem das bandförmige, unter einem Bandzug stehende Substrat um eine konvexe Kühlfläche geführt wird, ergibt sich ein bestimmter Anpressdruck, mit dem das Substrat gegen den von ihm umschlungenen Bereich der Kühlfläche gepresst wird. Auch bei sehr glatten Kühlflächen verbleibt ein Spalt zwischen Substratrückseite und Kühlfläche, der für eine erfindungsgemäße Fluidbefüllung ausreicht. Vom Vorhandensein eines befüllbaren Spaltbereiches zwischen Substratrückseite und Kühlfläche kann basierend auf mikrogeometrischen Oberflächengegebenheiten grundsätzlich ausgegangen werden.Accordingly, in a device according to the invention, the restoring forces required for absorbing forces applied to the substrate due to a high fluid pressure are generated by elastic pretensioning of the substrate, which is guided around a convex cooling surface. The pretension is set by means of a belt tension in such a way that the forces applied to the substrate by the fluid pressure do not cause the substrate to lift off the convex cooling surface. By guiding the strip-shaped substrate under a belt tension around a convex cooling surface, a certain contact pressure results with which the substrate is pressed against the region of the cooling surface around which it is wrapped. Even with very smooth cooling surfaces, a gap remains between the back of the substrate and the cooling surface, which gap is sufficient for a fluid filling according to the invention. The existence of a fillable gap area between the back of the substrate and the cooling surface can in principle be assumed based on microgeometric surface conditions.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kühlen eines bandförmigen Substrates im Vakuum umfasst mindestens eine konvexe Kühlfläche als äußere Begrenzung eines Kühlkörpers. Der Kühlkörper weist außerdem mindestens eine Stirnseite auf, die vorzugsweise senkrecht zur konvexen Kühlfläche verläuft. So kann der Kühlkörper beispielsweise als feststehende Formschulter, als zylinderförmige Kühltrommel oder als zylinderförmige Kühlwalze ausgebildet sein. Zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gehören ferner Mittel zum Führen des bandförmigen Substrates derart, dass das Substrat die konvexe Kühlfläche zumindest teilweise in einem Kontaktbereich umschlingt, so dass ein flächiger Kontakt zwischen dem Substrat und einem Kontaktbereich der konvexen Kühlfläche entsteht. Die konvexe Kühlfläche weist eine Vielzahl von Öffnungen auf, die zumindest über den Kontaktbereich der Kühlfläche verteilt angeordnet sind und die sich durch die Kühlfläche hindurch in den Kühlkörper hinein erstrecken. Ist der Kühlkörper zylinderförmig ausgebildet, der um seine Zylinderachse rotiert, dann sind die Öffnungen über die gesamte konvexe Mantelfläche des Zylinders verteilt angeordnet. Die Öffnungen erstrecken sich vorzugsweise senkrecht von der Kühlfläche in das Innere des Kühlkörpers, weil eine derartige Konfiguration der Öffnungen am einfachsten beispielsweise mittels Bohren herstellbar ist. Alternativ können sich die Öffnungen aber auch mit einem von 90° abweichenden Winkel von der Kühlfläche in das Innere des Kühlkörpers erstrecken.A device according to the invention for cooling a strip-shaped substrate in a vacuum comprises at least one convex cooling surface as the outer boundary of a cooling body. The cooling body also has at least one end face, which preferably runs perpendicular to the convex cooling surface. For example, the cooling body can be designed as a fixed form shoulder, as a cylindrical cooling drum or as a cylindrical cooling roller. The device according to the invention also includes means for guiding the strip-shaped substrate in such a way that the substrate wraps around the convex cooling surface at least partially in a contact area, so that a flat contact is created between the substrate and a contact area of the convex cooling surface. The convex cooling surface has a multiplicity of openings which are arranged at least distributed over the contact area of the cooling surface and which extend through the cooling surface into the cooling body. If the heat sink is cylindrical and rotates around its cylinder axis, the openings are distributed over the entire convex lateral surface of the cylinder. The openings preferably extend perpendicularly from the cooling surface into the interior of the cooling body, because such a configuration of the openings is easiest to produce, for example by means of drilling. Alternatively, however, the openings can also extend from the cooling surface into the interior of the cooling body at an angle other than 90 °.
Eine erste Teilmenge der Öffnungen erstreckt sich in das Innere des Kühlkörpers und endet dort in mindestens einem ersten Kanal, der sich über die Breite des zu kühlenden bandförmigen Substrates durch den Kühlkörper erstreckt und der an der mindestens einen Stirnseite des Kühlkörpers mündet. Die Öffnung des mindestens einen ersten Kanals an der Stirnseite des Kühlkörpers ist mit einem Reservoir eines Kühlfluids verbunden, so dass das Fluid aus dem Reservoir in den ersten Kanal einströmt, von wo es über die erste Teilmenge von Öffnungen in einen Spaltbereich zwischen konvexer Kühlfläche und zu kühlendem Substrat gelangt. Auf dieses Weise kann das Substrat effektiv mit dem Fluid gekühlt werden.A first subset of the openings extends into the interior of the cooling body and ends there in at least one first channel which extends across the width of the strip-shaped substrate to be cooled through the cooling body and which opens at the at least one end face of the cooling body. The opening of the at least one first channel on the end face of the cooling body is connected to a reservoir of a cooling fluid, so that the fluid flows from the reservoir into the first channel, from where it flows through the first subset of openings into a gap area between the convex cooling surface and to cooling substrate. In this way, the substrate can be effectively cooled with the fluid.
Weil das einströmende Fluid aber möglichst nicht das Vakuum innerhalb eines Rezipienten belasten soll, wird dieses bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auch wieder aus dem Spaltbereich zwischen konvexer Kühlfläche und zu kühlendem Substrat abgesaugt.Because the inflowing fluid should not, if possible, load the vacuum inside a recipient, in a device according to the invention this is also sucked out of the gap area between the convex cooling surface and the substrate to be cooled.
Dies geschieht durch eine zweite Teilmenge und eine dritte Teilmenge von Öffnungen in der konvexen Kühlfläche, von denen eine Teilmenge in Bewegungsrichtung des Substrates betrachtet vor der ersten Teilmenge von Öffnungen und die andere Teilmenge nach der ersten Teilmenge von Öffnungen angeordnet sind. Die zweite Teilmenge von Öffnungen erstreckt sich dabei von der Kühlfläche in das Innere des Kühlkörpers und endet dort in mindestens einem zweiten Kanal, der sich über die Breite des zu kühlenden bandförmigen Substrates durch den Kühlkörper erstreckt und der an der mindestens einen Stirnseite des Kühlkörpers mündet. Die dritte Teilmenge von Öffnungen erstreckt sich von der Kühlfläche in das Innere des Kühlkörpers und endet dort in mindestens einem dritten Kanal, der sich über die Breite des zu kühlenden bandförmigen Substrates durch den Kühlkörper erstreckt und der an der mindestens einen Stirnseite des Kühlkörpers mündet. Die stirnseitigen Öffnungen des zweiten und dritten Kanals sind mit mindestens einer Pumpeinrichtung verbunden, mittels der das Fluid durch den zweiten und dritten Kanal und durch die zweite und dritte Teilmenge von Öffnungen aus dem Spaltbereich zwischen Kühlfläche und zu kühlendem Substrat abgesaugt wird. Somit wird das Fluid sowohl vor als auch nach dem Bereich, in den das Fluid zwischen die Kühlfläche und Substrat eingelassen wird, abgesaugt.This is done by a second subset and a third subset of openings in the convex cooling surface, of which a subset, viewed in the direction of movement of the substrate, is arranged in front of the first subset of openings and the other subset after the first subset of openings. The second subset of openings extends from the cooling surface into the interior of the cooling body and ends there in at least one second channel, which extends across the width of the strip-shaped substrate to be cooled through the cooling body and which opens at the at least one end face of the cooling body. The third subset of openings extends from the cooling surface into the interior of the cooling body and ends there in at least one third channel, which extends across the width of the strip-shaped substrate to be cooled through the cooling body and which opens at the at least one end face of the cooling body. The front openings of the second and third channels are connected to at least one pump device, by means of which the fluid is sucked through the second and third channels and through the second and third subset of openings from the gap area between the cooling surface and the substrate to be cooled. Thus, the fluid is sucked off both before and after the area into which the fluid is let in between the cooling surface and the substrate.
Das Einlassen und Absaugen des Fluids durch Kanalöffnungen in einer ebenen Stirnseite des Kühlkörpers, die senkrecht zur Kühlfläche verläuft, ist besonders vorteilhaft, wenn der Kühlkörper als rotierende Walze oder Trommel ausgebildet ist. Ein dann erforderliches Gleitelement, welches einen gleitenden und abdichtenden Kontakt zwischen den Öffnungen der ersten bis dritten Kanäle und den zugehörigen Verbindungselementen zum Fluidreservoir und zu der Pumpe herstellt, ist an einer ebenen Fläche technisch einfacher zu realisieren als an einer gewölbten Fläche im Inneren des Kühlkörpers, wie dies beispielsweise in
AusführungsbeispieleEmbodiments
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
-
1a ,1b eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Kühlwalze, -
2 eine schematische perspektivische Darstellung einer alternativen erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Kühltrommel, -
3 eine schematische perspektivische Darstellung einer weiteren alternativen Vorrichtung mit einer Kühlwalze.
-
1a ,1b a schematic representation of a device according to the invention with a cooling roller, -
2 a schematic perspective illustration of an alternative device according to the invention with a cooling drum, -
3 a schematic perspective illustration of a further alternative device with a cooling roller.
In
Die Kanäle
Von den Öffnungen
In
Im Bereich der Mündung des Kanals
Im Betriebszustand ist ein zu kühlendes bandförmiges Substrat derart anzuordnen, dass das Substrat einen flächigen Kontakt mit der Kühlfläche
Neben der sich durch das Gleitelement hindurch erstreckenden Öffnung, die im Anschlusselement
Befindet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung im Betrieb, dann sind die Anschlusselemente
Mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird somit in einem ersten Kontaktbereich zwischen einem Kühlkörper und einem zu kühlenden Substrat ein Fluid zum Kühlen des Substrates eingelassen und aus zwei weiteren Kontaktbereichen wird das Fluid wieder abgesaugt, wobei einer der zwei weiteren Kontaktbereiche in Bewegungsrichtung des Substrates betrachtet vor dem ersten Kontaktbereich und der andere nach dem ersten Kontaktbereich angeordnet ist. Auf diese Weise werden die Vakuumbedingungen in einem Rezipienten weniger durch das Kühlfluid verändert.By means of a device according to the invention, a fluid for cooling the substrate is thus admitted and in a first contact area between a heat sink and a substrate to be cooled The fluid is sucked off again from two further contact areas, one of the two further contact areas being arranged in front of the first contact area and the other after the first contact area when viewed in the direction of movement of the substrate. In this way, the vacuum conditions in a recipient are changed less by the cooling fluid.
Vorteilhaft ist es, wenn zwischen einem Gleitelement - wie beispielsweise Gleitelement
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn eine erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens ein mechanisches Federelement aufweist, mit dem ein Gleitelement - wie beispielsweise Gleitelement
Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass während des Betriebes der Vorrichtung aus
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann zum Kühlen aller bandförmigen Substratmaterialien (wie beispielsweise metallischen Bändern, Bändern aus einem Kunststoff oder auch einem Dünnglas) verwendet werden, die sich über eine konvexe Fläche führen lassen und einem Kühlvorgang unterzogen werden sollen. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn das Substrat beschichtet wird (beispielsweise durch Bedampfen oder Sputtern) oder mittels Ionen geätzt wird. Es sollte selbstverständlich sein, dass das Substrat mit der Rückseite, also mit der Seite die während des Kühlvorgangs keinem Bearbeitungsprozess unterzogen wird, über den Kühlkörper einer erfindungsgemäßen Vorrichtung geführt wird. Alternativ kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung auch nur zum Kühlen eines bandförmigen Substrates verwendet werden, ohne dass gleichzeitig eine Oberflächenbehandlung am Substrat erfolgt, um das Substrat beispielsweise für einen anschließenden Bearbeitungsschritt vorzubereiten.A device according to the invention can be used for cooling all strip-shaped substrate materials (such as, for example, metallic strips, strips made of a plastic or also a thin glass) which can be guided over a convex surface and are to be subjected to a cooling process. This can be the case, for example, when the substrate is coated (for example by vapor deposition or sputtering) or is etched by means of ions. It should be understood that the back of the substrate, that is to say the side that is not subjected to any machining process during the cooling process, is passed over the heat sink of a device according to the invention. Alternatively, a device according to the invention can also be used only for cooling a strip-shaped substrate without a surface treatment being carried out on the substrate at the same time in order to prepare the substrate for a subsequent processing step, for example.
Eine alternative erfindungsgemäße Vorrichtung ist in
An der Stirnseite
Die Anschlusselemente
Während des Betriebs der Vorrichtung aus
Da sich die Kanäle
In
An beiden Rändern der zylindrischen Kühlfläche
An der Stirnseite
Als neues Element weist das Gleitelement
Zwischen der Stirnseite
Um das seitliche Entweichen eines Fluids zu verhindern, könnten alternativ auch um einen zylindrischen Kühlkörper umlaufende Dichtungselemente verwendet werden. So könnte beispielsweise kurz vor beiden Stirnseiten eines zylindrischen Kühlkörpers jeweils eine umlaufende Nut in die Kühlfläche eingearbeitet werden, in die jeweils ein umlaufendes Gummiband eingelegt wird. Auch damit ließe sich das seitliche Entweichen eines Fluids reduzieren. Allerdings sind derartige Dichtelemente oftmals nur bis zu einem bestimmten Grad temperaturbeständig und somit nicht für jeden Anwendungsfall geeignet. Aus diesem Grund kann das in der Nut umlaufende Dichtungselement alternativ auch aus einem anderen Material - wie beispielsweise einem Metall - bestehen.In order to prevent a fluid from escaping to the side, sealing elements surrounding a cylindrical heat sink could alternatively be used. For example, a circumferential groove could be machined into the cooling surface shortly before both end faces of a cylindrical heat sink, into each of which a circumferential rubber band is inserted. This could also reduce the lateral escape of a fluid. However, sealing elements of this type are often only temperature-resistant up to a certain degree and are therefore not suitable for every application. For this reason, the sealing element encircling the groove can alternatively also consist of a different material, such as a metal.
Beim Ausführungsbeispiel aus
Alternativ können die Öffnungen
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde dahingehend beschrieben, dass ein Fluid in einen ersten Kontaktbereich von Substrat und Kühlfläche eingelassen und aus zwei angrenzenden Kontaktbereichen abgesaugt wird, wobei einer in Bewegungsrichtung des Substrates betrachtet vor dem ersten Kontaktbereich und der andere nach dem ersten Kontaktbereich angeordnet ist. Alternativ ist es aber auch vorstellbar, dass es insbesondere bei hohen Bandgeschwindigkeiten hinreichend ist, wenn das Fluid nur aus einem Kontaktbereich abgesaugt wird, der in Bewegungsrichtung des Substrates betrachtet nach dem ersten Kontaktbereich angeordnet ist.The device according to the invention has been described in that a fluid is let into a first contact area of substrate and cooling surface and is sucked out of two adjacent contact areas, one being arranged in front of the first contact area and the other after the first contact area when viewed in the direction of movement of the substrate. Alternatively, however, it is also conceivable that it is sufficient, especially at high belt speeds, if the fluid is only sucked out of a contact area which, viewed in the direction of movement of the substrate, is arranged after the first contact area.
Der Erfindungsgegenstand wurde weiterhin nur dahingehend beschrieben, dass dieser zum Kühlen eines bandförmigen Substrates verwendet werden kann. In Abhängigkeit von der Temperatur eines verwendeten Fluids kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung auch verwendet werden, um die Temperatur eines bandförmigen Substrates konstant zu halten oder aber auch um ein bandförmiges Substrat zu erwärmen. Außerdem kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit allen aus dem Stand der Technik bekannten Einrichtungen kombiniert werden, die zum Kühlen eines Kühlkörpers selbst eingesetzt werden. So kann der Kühlkörper einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise mit Kanälen durchzogen sein, durch die ein Kühlmedium fließt, um den Kühlkörper selbst zu kühlen.The subject matter of the invention was further described only to the effect that it can be used for cooling a strip-shaped substrate. Depending on the temperature of a fluid used, a device according to the invention can also be used to keep the temperature of a strip-shaped substrate constant or else to heat a strip-shaped substrate. In addition, a device according to the invention can be combined with all devices known from the prior art which are used for cooling a heat sink itself. For example, the cooling body of a device according to the invention can be traversed by channels through which a cooling medium flows in order to cool the cooling body itself.
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