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Die Erfindung betrifft eine Folienbeschichtungsanlage mit einer Vakuumkammer, in der ein Verdampfer mit einem Metallbad zur Erzeugung von Metalldampf vorgesehen ist, um eine Folie, die auf einer Beschichtungswalze über den Verdampfer geführt wird, mit Metall zu bedampfen, wobei der Verdampfer eine Mehrzahl von ersten Elektroden auf einer ersten Seite und eine Mehrzahl von zweiten Elektroden auf einer zweiten, gegenüberliegenden Seite aufweist, wobei zwischen den ersten und den zweiten Elektroden direkt beheizbare Schalen zur Aufnahme von Metall einspannbar sind.
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Derartige Folienbeschichtungsanlagen sind grundsätzlich bekannt, um etwa Folienverpackungen zur Verpackung von Chips, Erdnüssen und dergleichen beispielsweise mit einer dünnen Aluminiumschicht zu beschichten. In solchen Folienbeschichtungsanlagen werden Folien meist mit einer Schichtbreite von mehreren Metern beschichtet. Dazu wird die zu beschichtende Folie von einer Abwickelwalze über eine Mehrzahl von Umlenkwalzen über eine Beschichtungswalze geführt und von dort wieder über eine Mehrzahl von Umlenkwalzen zu einer Aufwickelwalze. An der Beschichtungswalze erfolgt die gewünschte Metallisierung, indem die Folie im Hochvakuum über den Verdampfer geführt wird, in dem sich ein Metallbad, etwa ein Aluminiumbad befindet. Die Beschichtung dient als Gasbarriere und UV-Barriere, wodurch etwa hiermit verpackte Waren über einen längeren Zeitraum sehr frisch gehalten werden können.
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Üblicherweise wird das Metall, das im Verdampfer geschmolzen und auf die Verdampfungstemperatur aufgeheizt wird (bei Aluminium etwa 1500°C), in Schalen geschmolzen und verdampft, die aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen und zwischen Elektroden eingespannt sind, so dass die Schalen durch direkten Stromfluss beheizt werden können. Da sich die Schalen im Laufe der Zeit zusetzen, müssen diese regelmäßig gereinigt und ausgetauscht werden, was in der Regel einmal pro Tag erfolgt. Die notwendige Vorspannung auf die Schalen, um einen direkten Stromfluss zu erzeugen, muss auf jede Schale einzeln aufgebracht werden, was zu einer relativ aufwendigen Konstruktion innerhalb der Vakuumkammer führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Folienbeschichtungsanlage zu schaffen, bei der der Verdampfer möglichst einfach und zuverlässig aufgebaut ist und leicht gewartet werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Folienbeschichtungsanlage mit einer Vakuumkammer gelöst, in der ein Verdampfer mit einem Metallbad zur Erzeugung von Metalldampf vorgesehen ist, um eine Folie, die auf einer Beschichtungswalze über den Verdampfer geführt wird, mit Metall zu bedampfen, wobei der Verdampfer eine Mehrzahl von ersten Elektroden auf einer ersten Seite und eine Mehrzahl von zweiten Elektroden auf einer zweiten, gegenüberliegenden Seite aufweist, wobei zwischen den ersten und den zweiten Elektroden direkt beheizbare Schalen zur Aufnahme von Metall einspannbar sind, und mit mindestens einer Spanneinrichtung zur Vorspannung der ersten Elektroden in Richtung auf die zweiten Elektroden, die innerhalb der Vakuumkammer am Verdampfer angeordnet ist.
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Während im Stand der Technik für jedes Elektrodenpaar, zwischen dem eine Schale eingespannt ist, eine eigene Spanneinrichtung vorgesehen war, die von außerhalb der Vakuumkammer angetrieben wurde, was zu einer sehr aufwendigen Konstruktion führte, ist erfindungsgemäß nunmehr mindestens eine Spanneinrichtung zur Vorspannung der ersten Elektroden in Richtung auf die zweiten Elektroden innerhalb der Vakuumkammer am Verdampfer angeordnet.
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Auf diese Weise ergibt sich eine erheblich vereinfachte Konstruktion.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jede der ersten Elektroden an einer Stange aufgenommen, die in einer Wand des Verdampfers verschiebbar geführt ist und mittels der mindestens einen Spanneinrichtung auf die zweiten Elektroden spannbar ist.
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Hierbei wirkt die mindestens eine Spanneinrichtung vorzugsweise gegen eine Feder, durch die eine Vorspannung der Stange in Richtung auf die zweiten Elektroden erzeugt wird.
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Die eigentliche Spannkraft wird somit überwiegend von der Feder erzeugt wird, während die Spanneinrichtung im Wesentlichen zum Spannen oder Lösen dient. Längenunterschiede werden hierbei über die Feder ausgelichen.
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Vorzugsweise ist hierbei jeder Stange eine Feder zugeordnet.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung greift jede Spanneinrichtung an mindestens einer Spannplatte an, über die die Stange vorgespannt wird.
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Dieses Merkmal hat den Vorteil, dass die Stangen nicht unmittelbar über die mindestens eine Spanneinrichtung vorgespannt werden müssen, sondern dass dies indirekt über mindestens eine Spannplatte erfolgen kann. Dies erlaubt eine größere Gestaltungsfreiheit und eine besonders zuverlässige Konstruktion.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist jede Stange innerhalb der Spannplatte und der Wand des Verdampfers verschiebbar geführt und ist mittels einer Feder, die an der Spannplatte angreift, in Richtung auf die zweiten Elektroden vorspannbar.
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In weiter bevorzugter Ausführung der Erfindung ist eine Mehrzahl von Stangen mittels einer gemeinsamen Spannplatte, die mit der mindestens einen Spanneinrichtung gekoppelt ist, vorspannbar.
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Auf diese Weise kann eine Mehrzahl von Stangen verwendet werden, die an einer gemeinsamen Spannplatte befestigt sind, die mit der mindestens einen Spanneinrichtung gekoppelt ist.
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So wird es ermöglicht, mittels einer Spanneinrichtung gleichzeitig mehrere Stangen und damit mehrere Elektroden vorzuspannen.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind alle Stangen an einer gemeinsamen Spannplatte befestigt, die mit einer gemeinsamen Spanneinrichtung gekoppelt ist.
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Auf diese Weise ergibt sich eine besonders einfache und kostengünstige Konstruktion.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung umfasst die Spanneinrichtung eine Nockenwelle, die über mindestens einen Nocken auf zumindest eine Stange wirkt.
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Bei einer Nockenwelle handelt es sich um eine sehr robuste und zuverlässige Konstruktion, mittels derer eine Spannbewegung innerhalb der Vakuumkammer auf einfache Weise durch einen Antrieb, der außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein kann, zu bewirken.
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Vorzugsweise weist hierbei die Nockenwelle eine Mehrzahl von Nocken auf, die auf die Spannplatte wirken.
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Auf diese Weise kann eine Spannplatte, über die vorzugsweise mehrere Elektroden vorgespannt werden, mittels einer einzigen Nockenwelle gespannt werden. Es ergibt sich somit eine einfache und zuverlässige Konstruktion.
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In alternativer Ausführung der Erfindung umfasst die Spanneinrichtung mindestens einen Kniehebelspanner, der auf zumindest eine Stange wirkt.
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In weiter alternativer Ausführung der Erfindung umfasst die Spanneinrichtung mindestens einen Fluidzylinder, der auf zumindest eine Stange wirkt.
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Auch mit einer derartigen Ausgestaltung kann eine zuverlässige Spannung der Elektroden erzielt werden.
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Vorzugsweise wirkt auch hierbei der mindestens eine Kniehebelspanner oder der mindestens eine Fluidzylinder mit einer Spannplatte zusammen, über die gleichzeitig mehrere Elektroden vorgespannt werden.
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine Spanneinrichtung mit einem Antrieb gekoppelt, der außerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist.
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Auf diese Weise ergibt sich eine zuverlässig Konstruktion, und es können nachteilige Einflüsse durch den Antrieb auf die Qualität des Vakuums vermieden werden.
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden an gegenüberliegenden Wänden eines Verdampferkastens angeordnet, wobei die ersten Elektroden als verschiebbare Elektroden ausgebildet sind und die zweiten Elektroden als stationäre Masseelektroden ausgebildet sind.
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Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind sowohl die ersten Elektroden als auch die zweiten Elektroden innen mittels Kühlflüssigkeit gekühlt.
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Hierdurch ergibt sich eine besonders zuverlässige Konstruktion, die für einen Dauerbetrieb besonders geeignet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der Verdampferkasten gemeinsam mit den ersten und zweiten Elektroden und der mindestens einen Spanneinrichtung in seiner Längsrichtung in eine Wartungsposition verschiebbar.
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Dieses Merkmal hat den Vorteil, dass Wartungsarbeiten am Verdampfer, wie z. B. ein Austausch von Elektroden oder andere Wartungsarbeiten, ausgeführt werden können, ohne dass der gesamte Verdampfer ausgebaut und aus der Vakuumkammer herausgefahren werden muss.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Nockenwelle über eine in Längsrichtung verlängerbare Doppelgelenkkupplung mit einem Antrieb gekoppelt.
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Auf diese Weise kann eine Verschiebbarkeit des Verdampfers in eine Wartungsposition auf einfache Weise realisiert werden.
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist unterhalb der Verdampferkastens mindestens ein Schubkasten zur Aufnahme von Metallrückständen angeordnet, der seitlich bis unterhalb der Wände hervorsteht, an denen die ersten und zweiten Elektroden aufgenommen sind.
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Auf diese Weise können Metallverunreinigungen, die sich zwangsläufig im Betrieb des Verdampfers ergeben, aufgefangen werden und auf relativ einfache Weise entfernt werden, wenn der Schubkasten herausgezogen wird. Da sich der Schubkasten bis unterhalb der Wände des Verdampferkastens erstreckt, wird so ein stärkeres Ansetzen von Metall im unteren Wandbereich vermieden.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Folienbeschichtungsanlage;
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2 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Verdampfers mit zugeordnetem Antrieb für die Spanneinrichtung;
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3 einen Teilschnitt in Querrichtung des Verdampfers und
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4 eine Ansicht auf den Verdampfer von oben, aus der die Wirkungsweise der Nockenwelle erkennbar ist, die mit der Spannplatte zusammenwirkt, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich einige Elektroden mit zugeordneten Schalen und die Nockenwelle mit zwei Nocken gezeigt ist, die auf die Spannplatte wirken, wobei auf die Darstellung der Einzelheiten der Spanneinrichtung verzichtet wurde.
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In 1 ist eine vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Folienbeschichtungsanlage gezeigt, die insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet ist.
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Die Folienbeschichtungsanlage 10 weist eine Vakuumkammer 12 auf, innerhalb derer über eine Trennwand 15 abgetrennt eine Hochvakuumkammer 13 angeordnet ist. Die Vakuumkammer 12 kann über einen Pumpenanschluss 35 mittels nachgeordneter Pumpen evakuiert werden, z. B. auf ein Druckniveau im Bereich von etwa 10–2 mbar.
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Die Hochvakuumkammer 13 kann über einen Pumpenanschluss 34 mittels nachgeordneter Pumpen (in der Regel Diffusionspumpen) weiter bis auf Hochvakuum evakuiert werden, z. B. auf etwa 10–4 mbar.
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In der Vakuumkammer ist eine Abwickelwalze 14 vorgesehen, auf der sich die zu beschichtende Folie 24 befindet. Von der Abwickelwalze 14 gelangt die Folie 24 über eine Mehrzahl von Umlenkwalzen zu einer Beschichtungswalze 18. Die unmittelbar an die Beschichtungswalze 18 angrenzende vorgeordnete Umlenkwalze ist beispielhaft mit der Ziffer 26 bezeichnet. Die Folie wird nun um die Oberfläche der Beschichtungswalze 18 herumgeführt und wird dann über nachgeordnete Umlenkwalzen, von denen die erste beispielhaft mit 28 bezeichnet ist, zu einer Aufwickelwalze 16 geführt, auf der die Folie 24 wieder aufgewickelt wird.
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Innerhalb der Hochvakuumkammer 13 ist ein Verdampfer 22 angeordnet, in dem ein Metallbad 23, im vorliegenden Fall ein Aluminiummetallbad, vorgesehen ist. In 1 ist lediglich ein einziges Metallbad 23 im Querschnitt beispielhaft dargestellt.
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In Wirklichkeit besteht das Metallbad 23 aus einer Mehrzahl von Einzelbädern, die in einer Mehrzahl von direkt beheizbaren Schalen 90 aufgenommen sind, die zwischen gegenüberliegenden Elektroden 40, 41 gehalten sind (vergleiche 4). Jedes Metallbad 23 wird von einem Aluminiumdraht 30 gespeist, der von einer Aluminiumspule 32 in das Metallbad 23 zugeführt wird. Das Metallbad 23 befindet sich während des Betriebs z. B. auf einer Radtemperatur von etwa 1500°C.
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Der Bereich oberhalb des Metallbades 23 ist von einem Beschichtungsfenster 20 abgedeckt, in dem eine Öffnung vorgesehen ist, die einen definierten Bereich für den Zutritt der aus dem Metallbad 23 aufsteigenden Metalldämpfe auf die Oberfläche der Folie 24 definiert, während diese um die Beschichtungswalze 18 herumgeführt wird.
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Gemäß 2 weist der Verdampfer 22 einen Verdampferkasten 36 auf, der sich über eine Länge von etwa 3 m, nämlich über die gesamte Länge des Beschichtungsfensters 20, und über eine Breite von weniger als einem halben Meter erstreckt. Der Verdampferkasten 36 weist eine erste Seitenwand 37 und eine zweite gegenüberliegende Seitenwand 38 sowie zugeordnete Stirnwände auf.
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Die Wände des Verdampferkastens 36 bestehen aus Aluminium und sind mit Kühlmittel gekühlt, wie beispielhaft beim Kühlmittelkanal 76 gezeigt ist.
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An der ersten Seitenwand 37 ist eine Folge von ersten Elektroden 40 vorgesehen, der auf der zweiten Seitenwand 38 zweite Elektroden 41 zugeordnet sind. Die Elektroden 40, 41 bestehen aus Kupfer und dienen zur Direktbeheizung von Schalen 90 (vergleiche 4), die zwischen einander gegenüberliegenden Elektroden 40, 41 eingespannt sind. Die Schalen 90 bestehen aus einer Hochtemperaturkeramik, die elektrisch leitfähig ist, beispielsweise aus Bornitrid. Um einen guten Kontakt zwischen den Schalen 90 und den Elektroden 40, 41 zu gewährleisten und einen ausreichenden Stromfluss, müssen die Schalen 90 zwischen den gegenüberliegenden ersten und zweiten Elektroden 40, 41 eingespannt werden.
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Hierzu dient eine in den 3 und 4 insgesamt mit 64 bezeichnete Spanneinrichtung, die eine Nockenwelle 44 umfasst, die über eine Doppelgelenkkupplung 50 von einem außerhalb der Hochvakuumkammer 13 angeordneten Antrieb 24 angetrieben werden kann. Die Doppelgelenkkupplung 50 umfasst zwei Kardangelenke 51, 52 mit einem dazwischen liegenden Verbindungsglied, das eine Verschiebung in Längsrichtung erlaubt.
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Auf der Nockenwelle 44 sind über die Längsrichtung verteilt insgesamt zehn Nocken 45 exzentrisch angeordnet, die auf Stößel 46 wirken.
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Bei Verdrehung der Nockenwelle 44 werden die Stößel 46 beaufschlagt, wodurch eine in Richtung zu den Elektroden 40, 41 verschiebbare Spannplatte 65 verschoben wird (vergleiche 3, 4). Die Spannplatte 65 ist an Führungsbolzen 86 geführt, die in zugeordnete Bohrungen 87 eingreifen.
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Gemäß 3 ist jede erste Elektrode 40 am Ende einer Stange 66 befestigt. Die Stangen 66 sind jeweils mit einer Lagerbuchse 73 elektrisch isoliert in der ersten Seitenwand und mit einer Lagerbuchse 74 elektrisch isoliert in der Spannplatte 65 verschiebbar geführt. Die Stangen 66 wirken über darauf gehaltene Federn 84 in Form von Schraubenfedern, die sich an der Spannplatte 65 abstützen, gegen Verschraubungen 69, mit denen Stromzuführungen 68 jeweils an die Stangen 66 angeschlossen sind.
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Somit ist jede Stange 66 und damit jede erste Elektrode 40 über die Spannplatte 65 mittels einer Feder 84 in Richtung auf die zweiten Elektroden 41 vorspannbar.
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Die Stangen 66 bestehen aus Kupfer und dienen einerseits der Stromzuführung über die zugeordneten Stromzuführungen 68, die auf der Außenseite der Stangen 66 angeschraubt sind. Andererseits dienen die Stangen 66 der Innenkühlung der ersten Elektroden 40 und umfassen zu diesem Zweck doppelwandig ausgebildete Kühlmittelkanäle 70, an die an den den ersten Elektroden 40 gegenüberliegenden Enden Kühlmittelanschlüsse 71, 72 angeschlossen sind. Die ersten Elektroden 40 können somit über Kühlmittel, das durch die doppelwandigen Kühlmittelkanäle 70 zu- bzw. abgeführt wird, wirksam gekühlt werden.
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Zwischen den Verschraubungen 69, mit denen jeweils die Stromanschlüsse 68 auf den Stangen 66 befestigt sind, und der gegenüberliegenden Spannplatte 65 sind jeweils die Federn 84 eingeschlossen. Diese als Druckfedern ausgebildeten Schraubenfedern bewirken eine Vorspannung der Stangen 66 in Richtung auf die zweiten Elektroden 41. Die Spannung, mit der die Schalen 90 (vgl. 4) zwischen einander gegenüberliegenden Elektroden 40, 41 eingespannt sind, wird also durch die Vorspannkraft der Federn 84 definiert.
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Die Stellung der Spannplatte 65, die über die Nockenwelle 44 vorgegeben ist, dient also lediglich der Zustellung in Richtung auf die zweiten Elektroden 41 beim Einspannen der Schalen 90 bzw. zum Überführen in eine Lösestellung, wenn die Schalen 90 im Wartungsfalle ausgetauscht bzw. gereinigt werden müssen, was in der Regel einmal pro Tag erfolgt.
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Die zweiten Elektroden 41 an der zweiten Seitenwand 38 des Verdampferkastens 36 sind als Masseelektroden geschaltet und sind auf einer Masseschiene 78, die aus Kupfer besteht, aufgeschraubt: Die Masseschiene 78 ist von Kühlmittelkanälen durchsetzt. Die zweiten Elektroden 41 sind gleichfalls innen gekühlt, wozu jeweils ein doppelwandiger Kühlmittelkanal 80 dient. In 3 ist einer der Kühlmittelanschlüsse 81 erkennbar.
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Wie aus 4 näher zu ersehen ist, sind die ersten Elektroden 40 und die gegenüberliegenden zweiten Elektroden 41 jeweils abwechselnd zur ersten Seitenwand 37 oder zur zweiten Seitenwand 38 hin versetzt, so dass die darauf gehaltenen Schalen 90 abwechselnd in Richtung auf die erste Seitenwand 37 und auf die zweite Seitenwand 38 versetzt sind. Hierzu sind die ersten Elektroden 40 und die gegenüberliegenden zweiten Elektroden 41 abwechselnd zur einen oder zur anderen Seite hin verlängert bzw. verkürzt. An den äußeren Enden der Elektroden 40, 41 befinden sich quaderförmige Vorsprünge 82, die eine definierte Auflagefläche für die Schalen 90 bilden. Die Elektroden 40, 41 können somit jeweils viermal um 90° verdreht werden, wobei jedes Mal eine definierte Oberkante als Auflagefläche für die Schalen 90 dient. Es versteht sich, dass die Elektroden 40, 41 während des Betriebs abgenutzt werden, was auch mit einer Abnutzung der Kontaktflächen zu den Schalen 90 einhergeht. Sind alle vier Winkelpositionen der Elektroden 40, 41 verbraucht, so müssen die Elektroden 40, 41 ausgetauscht werden.
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Der Verdampferkasten 36 ist mit seinen Seitenwänden 37, 38 auf zwei Führungsprofilen 61, 62, die als U-Profile ausgeführt sind, in Längsrichtung verschiebbar gehalten. Zu Wartungszwecken kann die gesamte Verdampfereinheit 22 auf den Schienen 61, 62 in Längsrichtung um einen Betrag von etwa 200 mm verschoben werden, wozu die Doppelgelenkkupplung 50 ein längsverschiebbares Bindeglied umfasst (vergleiche 2).
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In 2 ist ferner noch neben der Nockenwelle 44 ein weiterer Drehantrieb für eine Klappe 43 erkennbar, die an der Außenseite der ersten Seitenwand 37 des Verdampferkastens 36 verschwenkbar aufgenommen ist (vergleiche auch 3). Auch diese Klappe 43 ist mittels einer Doppelgelenkkupplung 56, die eine Längsverschiebung ermöglicht, von außerhalb der Hochvakuumkammer 13 über einen Antrieb 58 verschwenkbar. Die Klappe 43 dient zum Verschließen von Sichtfenstern 42 im oberen Bereich der ersten Seitenwand 37, die zur Beobachtung von außen über ein Stroboskop 17 dienen (1).
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Am unteren Ende zwischen den beiden Führungsprofilen 61, 62 ist ein Schubkasten 88 verschiebbar aufgenommen, der seitlich bis unter die einander gegenüberliegenden Seitenwände 37, 38 des Verdampferkastens 36 geführt ist. Der Schubkasten 88 ist in Längsrichtung zwischen den Führungsprofilen 61, 62 verschiebbar angeordnet und dient zur Aufnahme von Metallverunreinigungen, die sich im Betrieb des Verdampfers ergeben. Der Schubkasten 88 kann herausgezogen, gereinigt und wieder eingesetzt werden.
