DE102012205428A1

DE102012205428A1 - Transportwalze und Substratbehandlungsanlage

Info

Publication number: DE102012205428A1
Application number: DE201210205428
Authority: DE
Inventors: Hubertus VON DER WAYDBRINK; Michael Hentschel
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne GmbH
Priority date: 2012-04-03
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2013-10-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Transportwalze, umfassend einen Walzenkörper mit einer zylindrischen Mantelfläche und mit zwei einander gegenüberliegenden Enden, und eine Anordnung von zwischen den Enden auf der Mantelfläche des Walzenkörpers angeordneten, relativ zueinander beabstandeten Scheibenkörpern, wobei die Scheibenkörper in axialer Richtung des Walzenkörpers mit einer äußeren Kraft beaufschlagt sind, sowie eine Vakuumsubstratbehandlungsanlage mit einer Vakuumanlagenkammer, mindestens einer in der Vakuumanlagenkammer angeordneten Substratbehandlungseinrichtung und mindestens einer in der Vakuumanlagenkammer angeordneten Transporteinrichtung zum Transport von Substraten durch die Vakuumanlagenkammer und an der mindestens einen Substratbehandlungseinrichtung vorbei, wobei die mindestens eine Transporteinrichtung mindestens eine derartige Transportwalze umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Transportwalze für die Vakuumbehandlung von Substraten, insbesondere zur Durchführung von Beschichtungs- oder/und Ätzprozessen an flächigen Substraten wie Architekturglas, Solarzellen und so weiter, sowie eine Vakuumsubstratbehandlungsanlage.
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, in einer Anlagenkammer einer Vakuumsubstratbehandlungsanlage statt.
Zum Transport insbesondere flächiger Substrate durch Anlagenkammern derartiger Vakuumsubstratbehandlungsanlagen, in denen diese Prozesse stattfinden, sind Transporteinrichtungen bekannt, die in der Anlagenkammer 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 Vakuumsubstratbehandlungsanlage 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, oder aus mehreren Komponenten, die auch aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen können, gefertigt sein. Bei Transportwalzen mit einem Walzenkörper aus keramischen Werkstoffen ist es weiterhin bekannt, die Enden der Walzenkörper, an denen die Transportwalzen drehbar gelagert werden, mit sogenannten Endkappen (end caps) aus metallischen Werkstoffen zu versehen.
Um die Substrate während des Transports vor Beschädigungen durch Zerkratzen zu schützen, können die Transportwalzen mit mehreren über die Länge verteilten Manschetten oder O-Ringen versehen sein, die beispielsweise aus Polymerwerkstoffen bestehen, um die Berührungsfläche der Transportwalze mit dem Substrat zu verringern und eine „weichere“ Auflage für die Substrate bereitzustellen. Das Problem dieses Typs von Transportwalzen besteht in der relativ geringen Temperaturbeständigkeit der O-Ringe, welche eine geringere Härte und höhere Elastizität als Keramik oder Metall aufweisen.
Um die Auflagefläche zwischen Transportwalze und Substrat gering zu halten sind weiterhin sogenannte Scheibenrollen bekannt, d.h. Transportwalzen mit mehreren zueinander beabstandeten scheibenförmigen Erweiterungen, die in Glasbeschichtungsanlagen häufig verwendet werden. Die Verwendung kann direkt im Beschichtungsbereich mit integrierter Gegensputterebene oder/und im Bereich der Druckseparation, d.h. beispielsweise zwischen zwei aufeinanderfolgenden Beschichtungsbereichen, erfolgen. Diese Scheibenrollen werden aus metallischen Werkstoffen, entweder aus Vollmaterial gedreht oder aus einzelnen Scheibenrollen, welche nacheinander auf den metallischen Grundkörper geschrumpft werden, gefertigt. Nachteil dieser metallischen Scheibenrollen ist eine weniger gute Beständigkeit gegen Wärmeeinwirkung.
Aufgabe dieser Erfindung ist die Entwicklung einer wärmebeständigen Scheibenrolle.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Transportwalze, vorgeschlagen, die einen Walzenkörper mit einer zylindrischen Mantelfläche und mit zwei einander gegenüberliegenden Enden, und eine Anordnung von zwischen den Enden auf der Mantelfläche des Walzenkörpers angeordneten, relativ zueinander beabstandeten Scheibenkörper umfasst, wobei die Scheibenkörper in axialer Richtung des Walzenkörpers mit einer äußeren Kraft beaufschlagt sind.
Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht es, eine hoch temperaturbeständige Transportwalze, insbesondere für die Verwendung in einer Transporteinrichtung einer Vakuumsubstratbehandlungsanlage, aus nichtmetallischen Werkstoffen hoher Wärmebeständigkeit wie Keramik, Glaskeramik und dergleichen herzustellen, wobei besonders vorteilhaft der Walzenkörper aus Aluminiumoxid hergestellt sein kann und die Scheibenkörper aus spanend bearbeitbarer Glaskeramik. Da die genannten Werkstoffe relativ spröde und empfindlich gegen Zugspannungen sind, würde die bei metallischen Scheibenrollen bekannte Herstellung der Einzelteile aus metallischem Material mit anschließendem Aufschrumpfen der Scheibenkörper auf den Walzenkörper nicht funktionieren.
Durch die vorgeschlagene Lösung wird es dennoch möglich, den Vorteil der keramischen und glaskeramischen Werkstoffe hinsichtlich hoher Temperaturen auszunutzen. Durch die äußere Kraft werden die Scheibenkörper in axialer Richtung aufeinandergepresst und dadurch das Drehmoment (Reibmoment überträgt Drehbewegung) vom Walzenkörper auf die Scheibenkörper übertragen. Einer Presspassung zwischen Walzenkörper und Scheibenkörper, wie bei den bekannten Scheibenrollen, bedarf es hierfür nicht mehr. Die bei keramischen und glaskeramischen Werkstoffen latent bestehende Bruchgefahr ist damit ausgeräumt.
Es versteht sich jedoch, dass die vorgeschlagene Lösung vorteilhaft ebenso auf Scheibenrollen aus metallischen Werkstoffen anwendbar ist und vom erfinderischen Gedanken daher mit umfasst ist, denn auch in diesem Fall erspart man sich zumindest den relativ aufwendigen Schritt, die Scheibenkörper aufzuschrumpfen. Stattdessen können die Scheibenkörper bei Raumtemperatur einfach auf den Walzenkörper gesteckt werden und durch Aufbringen einer axial wirkenden äußeren Kraft darauf fixiert werden. Wenn das Reibmoment nicht ausreicht, können die Drehmomente auch durch formschlüssige Verbindungen übertragen werden, die jedoch nur das Drehmoment übertragen.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Scheibenkörper jeweils ein Scheibenelement mit einem ersten Durchmesser und zwei Seitenflanken und mindestens ein Distanzelement mit einem zweiten Durchmesser, welches sich in axialer Richtung von einer der Seitenflanken weg erstreckt, aufweisen, wobei der erste Durchmesser des Scheibenelements größer ist als der zweite Durchmesser des Distanzelements.
Das Distanzelement kann einstückig an das Scheibenelement angeformt sein und erzeugt dadurch auf dieser Seite des Scheibenkörpers den gewünschten Abstand des Scheibenelements zu dem nächstliegenden Scheibenelement. Haben alle Scheibenkörper je ein Distanzelement, so liegt an der freien Seitenflanke (d.h. der Seitenflanke ohne ein einstückig angeformtes Distanzelement) das Distanzelement des auf dieser Seite benachbarten Scheibenkörpers an.
Die Scheibenkörper können jedoch auch an jeder ihrer beiden Seiten je ein an die jeweilige Seitenflanke anschließendes Distanzelement aufweisen, so dass innerhalb der Anordnung von Scheibenkörpern je zwei Distanzelemente aneinanderstoßen und dadurch den gewünschten Abstand der Scheibenelemente zueinander erzeugen. Sind alle Scheibenkörper gleich geformt, so entspricht die lichte Weite, d.h. der freie Abstand zwischen zwei benachbarten Scheibenkörpern hierbei der doppelten Länge der Distanzelemente.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Scheibenkörper jeweils nur ein Scheibenelement mit einem ersten Durchmesser und zwei Seitenflanken aufweisen und zwischen je zwei derartigen Scheibenkörpern mindestens ein Distanzkörper mit einem zweiten Durchmesser angeordnet ist, wobei der erste Durchmesser des Scheibenelements größer ist als der zweite Durchmesser des Distanzkörpers.
Bei dieser Ausgestaltung wechseln sich also auf dem Walzenkörper der Transportwalze stets einfache scheibenförmige Scheibenkörper und beispielsweise hülsenförmige Distanzkörper ab, wobei die Distanzkörper den Abstand benachbarter Scheibenkörper zueinander definieren und einen geringeren Durchmesser als die Scheibenkörper aufweisen, damit die Substrate nur mit der Peripherie der Scheibenkörper in Berührung kommen. Dadurch ergeben sich kleinere Einzelelemente, so dass insbesondere bei der Herstellung durch spanende Bearbeitung weniger Material verbraucht wird.
In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mindestens einseitig zwischen dem Ende des Walzenkörpers und der Anordnung von Scheibenkörpern eine Druckfeder angeordnet ist, die auf die Anordnung von Scheibenkörpern eine äußere Kraft in der axialen Richtung des Walzenkörpers ausübt. Selbstverständlich kann dieses Merkmal nur auf einer Seite oder aber auf beiden Seiten der Anordnung von Scheibenkörpern vorgesehen sein. Wenn die Scheibenkörper eine bestimmte Position auf der Transportwalze haben müssen, beispielsweise einen definierten Abstand vom Ende des Walzenkörpers, ist vorzugsweise nur auf einer Seite eine Feder angeordnet und auf der anderen Seite ein fester Anschlag. Im letzteren Fall hingegen ergibt sich über den Verspannungseffekt hinaus gleichzeitig eine Selbstzentrierung der Anordnung von Scheibenkörpern.
Beispielsweise kann diese Druckfeder eine Schraubenfeder sein, deren von der Anordnung von Scheibenkörpern abgewandtes Ende in einer dafür vorgesehenen Bohrung des Walzenkörpers gegen Verrutschen gesichert ist.
Wenn außerdem vorgesehen ist, dass der Walzenkörper hohlzylindrisch ist, kann die Vertiefung zur Aufnahme eines Endes der Schraubenfeder eine Durchgangsbohrung sein. Diese kann gleichzeitig die Evakuierung der Anlagenkammer einer Vakuumsubstratbehandlungsanlage erleichtern, wenn darin eine Transporteinrichtung mit den beschriebenen Transportwalzen vorgesehen ist.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mindestens einseitig zwischen dem Ende des Walzenkörpers und der Anordnung von Scheibenkörpern ein Anschlagmittel angeordnet ist, das die auf die Anordnung von Scheibenkörpern ausübte äußere Kraft in der axialen Richtung des Walzenkörpers aufnimmt. Diese Ausgestaltung bietet sich insbesondere für den Fall an, dass nur auf einer Seite eine äußere Kraft in die der Anordnung von Scheibenkörpern eingeleitet wird, wie beispielsweise durch eine der oben beschriebenen Druckfedern. Ein solches Anschlagmittel kann beispielsweise durch einen umlaufenden Kragen oder Wulst des Walzenkörpers gebildet sein, der ein Verschieben eines Scheibenkörpers über diesen Punkt hinaus verhindert.
Weiter kann vorgesehen sein, dass mindestens einseitig zwischen der Anordnung von Scheibenkörpern und der Druckfeder oder dem Anschlagmittel ein Übertragungskörper mit einem dritten Durchmesser angeordnet ist, wobei der erste Durchmesser des Scheibenelements größer ist als der dritte Durchmesser des Übertragungskörpers.
In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass an den Enden des Walzenkörpers je eine Endkappe mit je einem Lagersitz zur drehbaren Lagerung der Transportwalze angebracht ist. Diese können in an sich bekannter Weise beispielsweise aus metallischem Material gefertigt sein, weil sie in aller Regel weit genug von den Substratbehandlungseinrichtungen und anderen in der Vakuumanlagenkammer einer Vakuumsubstratbehandlungsanlage entfernt und daher nicht so hohen Temperaturen ausgesetzt sind.
Zusätzlich zu den bisher beschriebenen Merkmalen kann dennoch vorgesehen sein, dass die einander zugewandten Flächen des Walzenkörpers und der Scheibenkörper formschlüssig so zusammen wirken, dass eine Relativverdrehung verhindert wird. Dies kann durch jegliche Formabweichung der beiden Flächen von der ideal zylindrischen Mantelfläche erreicht werden, beispielsweise durch einen ovalen oder polygonförmigen Querschnitt. Weitere Möglichkeiten bestehen darin, den Walzenkörper lokal abzuflachen oder eine Nut oder eine Erhebung daran anzuordnen und eine korrespondierende Abweichung der der Mantelfläche des Walzenkörpers zugewandten Flächen der Scheibenkörper vorzusehen.
Hierdurch sind wesentlich höhere Drehmomente vom Walzenkörper auf die Scheibenkörper übertragbar als bei reiner axialer Verspannung der Scheibenkörper gegeneinander; es verbleibt jedoch der Vorteil der einfachen Zusammenfügbarkeit der Transportwalze, auch bei Zimmertemperatur.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
1 das Ausführungsbeispiel einer Transportwalze für die Verwendung in der Transporteinrichtung einer Vakuumsubstratbehandlungsanlage, die im heißen Bereich ausschließlich aus nichtmetallischen Werkstoffen gefertigt ist.
Die gezeigte Transportwalze umfasst einen hohlzylindrischen Walzenkörper 2, der beispielsweise aus einem Al2O3-Rohr gefertigt ist. Zwei metallische Endkappen 1, die jeweils einen Lagersitz zur drehbaren Lagerung der Transportwalze an jedem ihrer Enden aufweisen, komplettieren den Walzenkörper 2 zu einer beidseitig lagerbaren Transportwalze für eine horizontale Beschichtungsanlage, in der Glasscheiben unter hohen Temperaturen beschichtet werden.
Die bereits bekannte metallische Scheibenrolle wird durch Kombination verschiedener keramischer Werkstoffe nachgebildet. Neuartige glaskeramische Werkstoffe lassen sich mechanisch bearbeiten. Sie bestehen aus Siliziumoxid, Magnesiumoxid und Aluminiumoxid. Die Machbarkeit der mechanischen Bearbeitung bietet die Möglichkeit, scheibenförmige Scheibenkörper 5 einfach und kostengünstig herzustellen.
Die einzelnen Scheibenkörper 5, vorzugsweise aus Glaskeramik, werden mit Hilfe von Distanzkörpern 6, beispielsweise aus SiO2, auf Abstand gehalten. Je eine Druckfeder 3 auf jeder Seite der Anordnung aus Scheibenkörpern 5 und Distanzkörpern 6 drückt axial über die Übertragungskörper 4 beidseitig die Scheibenkörper 5 und Distanzkörper 6 zusammen und überträgt das erforderliche Drehmoment von den Endkappen 1 bis hin zu den Scheibenkörpern 5 auf das Substrat (nicht gezeigt).
Das Drehmoment wird der Einfachheit halber über die Reibkraft übertragen. Eine formschlüssige Verbindung (wie oben beschrieben, hier jedoch nicht gezeigt) zur Drehmomentübertragung ist auch denkbar.
Die Druckfeder 3 ist vorzugsweise eine Schraubenfeder, welche sich einseitig in einer in den Walzenkörper 2 eingebrachten Bohrung abstützt. Andere axiale Druckelemente zur Erzeugung der äußeren Kraft sind auch verwendbar.
Ein langer Übertragungskörper 4 wird benutzt, damit die Druckfeder 3 in einem etwas kühleren Bereich angeordnet werden kann.
Die gezeigte keramische Scheibenrolle kann beispielsweise vorteilhaft im Hochtemperatur-PVD-Bereich verwendet werden.
Als Glaskeramik werden Werkstoffe bezeichnet, die aus Glasschmelzen durch gesteuerte Kristallisation hergestellt werden. Die Verarbeitung folgt analog der Glasherstellung. Das besondere an der Keramikherstellung ist die spezielle Temperaturbehandlung, die die Schmelze in einen teils polykristallinen und teils glasigen keramischen Zustand überführt. Das Resultat ist ein glasähnliches weißes Produkt mit neuen Eigenschaften.
Hauptbestandteile von Macor sind Siliciumoxid SiO2 ca. 46%, Magnesiumoxid MgO ca. 17% und Aluminiumoxid Al2O3 ca. 16%. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass durch diese spezielle Behandlung der Anteil an sogenannten Glimmerkristallen bei ca. 55% liegt, was zahlreiche Vorteile dieser Keramik ausmacht. Wichtigstes Resultat ist, dass sich Macor mechanisch bearbeiten lässt. Es kann gesägt, gebohrt, gefräst, gedreht und geschliffen bzw. poliert werden. Präzise Bearbeitungen werden möglich (Toleranzen +/–0,013mm) bis zum feinpolieren. Die Scheibenkörper müssen aber nicht aus Materialien ähnlich Macor gefertigt werden, andere keramische Materialien lassen sich zwar nicht wie Macor auch durch Drehen bearbeiten, können aber mit Schleifverfahren auch bearbeitet werden.
Bezugszeichenliste

1: Endkappe
2: Walzenkörper
3: Druckfeder
4: Übertragungskörper
5: Scheibenkörper
6: Distanzkörper

Claims

Transportwalze, umfassend einen Walzenkörper (2) mit einer zylindrischen Mantelfläche und mit zwei einander gegenüberliegenden Enden, und eine Anordnung von zwischen den Enden auf der Mantelfläche des Walzenkörpers (2) angeordneten, relativ zueinander beabstandeten Scheibenkörpern (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenkörper (5) in axialer Richtung des Walzenkörpers (2) mit einer äußeren Kraft beaufschlagt sind.
Transportwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenkörper (5) jeweils ein Scheibenelement mit einem ersten Durchmesser und zwei Seitenflanken und mindestens ein Distanzelement mit einem zweiten Durchmesser, welches sich in axialer Richtung von einer der Seitenflanken weg erstreckt, aufweisen, wobei der erste Durchmesser des Scheibenelements größer ist als der zweite Durchmesser des Distanzelements.
Transportwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenkörper (5) jeweils ein Scheibenelement mit einem ersten Durchmesser und zwei Seitenflanken aufweisen und zwischen je zwei Scheibenelementen mindestens ein Distanzkörper (6) mit einem zweiten Durchmesser angeordnet ist, wobei der erste Durchmesser des Scheibenelements größer ist als der zweite Durchmesser des Distanzkörpers (6).
Transportwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einseitig zwischen dem Ende des Walzenkörpers (2) und der Anordnung von Scheibenkörpern (5) eine Druckfeder (3) angeordnet ist, die auf die Anordnung von Scheibenkörpern (5) eine äußere Kraft in der axialen Richtung des Walzenkörpers (2) ausübt.
Transportwalze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (3) eine Schraubenfeder ist, deren von der Anordnung von Scheibenkörpern (5) abgewandtes Ende in einer dafür vorgesehenen Bohrung des Walzenkörpers (2) gegen Verrutschen gesichert ist.
Transportwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einseitig zwischen dem Ende des Walzenkörpers (2) und der Anordnung von Scheibenkörpern (5) ein Anschlagmittel angeordnet ist, das die auf die Anordnung von Scheibenkörpern (5) ausübte äußere Kraft in der axialen Richtung des Walzenkörpers (2) aufnimmt.
Transportwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einseitig zwischen der Anordnung von Scheibenkörpern (5) und der Druckfeder (3) oder dem Anschlagmittel ein Übertragungskörper (4) mit einem dritten Durchmesser angeordnet ist, wobei der erste Durchmesser des Scheibenelements größer ist als der dritte Durchmesser des Übertragungskörpers (4).
Transportwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenkörper (2) hohlzylindrisch ist.
Transportwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an den Enden des Walzenkörpers (2) Endkappen (1) mit je einem Lagersitz zur drehbaren Lagerung der Transportwalze angebracht sind.
Transportwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Flächen des Walzenkörpers (2) und der Scheibenkörper (5) formschlüssig so zusammen wirken, dass eine Relativverdrehung verhindert wird.
Vakuumsubstratbehandlungsanlage mit einer Vakuumanlagenkammer, mindestens einer in der Vakuumanlagenkammer angeordneten Substratbehandlungseinrichtung und mindestens einer in der Vakuumanlagenkammer angeordneten Transporteinrichtung zum Transport von Substraten durch die Vakuumanlagenkammer und an der mindestens einen Substratbehandlungseinrichtung vorbei, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Transporteinrichtung mindestens eine Transportwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst.