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Die Erfindung betrifft das Transportsystem einer Vakuumbehandlungsanlage und insbesondere die Ausgestaltung von Transportbändern im Schleusenbereich der Anlage.
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Derartige Schleusenbereiche sind in einer solchen Vakuumbehandlungsanlage vorzufinden, in der Einzelsubstrate im Durchlaufverfahren behandelt werden. Zu solchen Behandlungsverfahren der Vakuumtechnik gehören beispielsweise Plasmaätzen, Magnetronsputtern, thermisches Verdampfen usw., womit sich zumeist anspruchsvolle Schichten auf Substraten für verschiedenste Endprodukte erzeugen lassen.
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Beispielhaft kommt eine Anlage zur Behandlung von Glasscheiben zur Erzeugung eines Schichtstapels auf der Glasoberfläche zur Verringerung der thermischen Emissivität in Betracht. Die Glasscheiben durchlaufen dazu den zentralen Bereich einer Anlage, in dem die Vakuumbehandlung erfolgt, mit konstanter Geschwindigkeit und mit geringstem Abstand zueinander, müssen aber eingangs und ausgangs der Anlage einzeln bewegt werden. Die Einzelbewegung ist wiederum dem geschuldet, dass die diskrete Glasscheibe in die Anlage und wieder aus dieser heraus gelangen muss. Um auf diesem Weg den Druckunterschied zwischen Normaldruck und Vakuum zu passieren, befinden sich eingangs und ausgangs der Anlage Schleusen. Durch diese hindurch werden in einer definierten Taktzeit Substrate wie besagte Glasscheiben in die beziehungsweise aus der Vakuumbehandlungsanlage befördern. Die Taktzeit ist bestimmt durch die zeitliche Differenz, in der zwei Substrate nacheinander den identischen betrieblichen Schritt durchlaufen, und ist eine Maßzahl für die Produktivität einer Vakuumbehandlungsanlage.
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Das besagte Befördern der Substrate ist Aufgabe des Transportsystems. Dieses sorgt für das charakteristische Bewegungsprofil jedes einzelnen Substrates über die gesamte Anlage, wobei das einzelne Substrat eingangs und ausgangs der Anlage nach dem Prinzip Stop-and-Go und im Bereich der Vakuumbehandlung mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird.
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Bezüglich einer Unterteilung des Transportsystems lassen sich also die Bereiche mit diskontinuierlichem Transport oder -geschwindigkeiten eingangs und ausgangs der Anlage vorfinden sowie der Bereich für die Vakuumbehandlung mit kontinuierlichem Transport. Zwischen diskontinuierlichen und kontinuierlichen Transport ist jeweils, und das meint jeweils vor dem Anfang und nach dem Ende des Bereiches der Vakuumbehandlung, der Passingbereich vorgesehen. Eingangs und ausgangs der Anlage und somit angrenzend die Passingbereiche befinden sich die hier zu betrachtenden Schleusenbereiche.
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Der Schleusenbereich sorgt dafür, das Substrat möglichst zügig in eine Schleusenkammer einzufahren und dort zu stoppen sowie nach dem Evakuieren der Schleusenkammer das Substrat weiter in Richtung Prozessbereich beschleunigt zu bewegen. Die durch das Schleusen entstandene Lücke in einem Substratstrang, d.h. eine enge Folge sich langsam und stetig fortbewegender Substrate, muss durch das eingeschleuste Substrat mit dem Erreichen des Prozessbereiches wieder geschlossen sein. Es ist auch möglich, dass zwischen dem Bereich mit der Schleusenkammer und dem Passingbereich ein sogenannter Transferbereich angelegt ist, der hier mit unter den Begriff Schleusenbereich fällt.
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Im Schleusenbereich sind somit die dahingehend höchsten Anforderungen an das Transportsystem gestellt, dass dort die höchsten Beschleunigungen - mit beiden Vorzeichen - der Substrate erreicht werden müssen. Bei hier relevanten Substratgrößen und Taktzeiten liegt der zu überwindende Konflikt zwischen schneller Kraftübertragung von den Antrieben an die Substrate und Präzision der Lageveränderung des Substrates. Dabei geht es darum, bis zu 6m lange Substrate zu verarbeiten, Taktzeiten von weniger als 50s oder besser noch weniger als 30s zu genügen und geringstmöglichen Platzbedarf zu beanspruchen. Das Gewicht einer einzelnen Glasscheibe von ca. 100kg bis zu 400kg auf etwas 2m/sec zu beschleunigen beziehungsweise wieder abzubremsen, ist zumindest notwendig, damit das Substrat die zumeist in Substratlänge angelegte Schleuse schnellstmöglich passiert. Die vorgezeichnete Lageveränderung des Substrates lässt lediglich Toleranzen im Zentimeter-/ Millimeterbereich zu. Andernfalls treffen Substrate zusammen oder kollidieren mit einem Schleusenventil -Vakuumtrennung-, was letztlich zu Glasbruch und zum mehrstündigen Ausfall einer derart hochproduktiven Anlage führt.
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Um die Darstellung eines Schleusenbereichs hier weiter zu detaillieren, bildet dieser wie gesagt einen funktionalen Bereich des Transportsystems. Ein solches Transportsystem wird maßgeblich aus Transportrollen, auf den das Substrat in Folge der Rotationsbewegung der Transportrollen eine translatorische Bewegung ausführt, gebildet. Hierbei ist die Rede von einer Transportbewegung mit vorgebbarer Transportrichtung und -geschwindigkeit. Die einzelne Transportrolle weist in der Regel Auflagepunkte für das Substrat auf. Eine solche einzelne Transportrolle mit einer außerhalb der Kammer angeordneten Antriebseinrichtung ist beispielsweise in
DE 10 2011 082 334 A1 gezeigt. Ferner zeigt
DE 10 2010 031 245 A1 eine Transporteinrichtung, welche eine Anordnung von in der Transportrichtung hintereinander angeordneten Transportrollen aufweist, wobei eine erste Gruppe von direkt hintereinander angeordneten Transportrollen je eine eigene Antriebseinrichtung außerhalb der Kammer aufweist.
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Beispielsweise sind Aluminiumrollen mit aufgezogenen O-Ringen aus elastischem Material üblich. Für heißere Behandlungsbedingungen kommen Rollen aus Keramik und zum Teil O-Ringe aus Metallfasergestrick zum Einsatz. Man ist bestrebt, den Abstand von Auflagepunkten in Transportrichtung so gering wie möglich zu halten, wozu vielfältige Lösungen bekannt sind. Der das bestimmende Aspekt ist der Rollendurchmesser und der Platzbedarf für Antriebsmittel. Üblich sind Abstände zwischen zwei Rollenachsen von um die 20cm (± 10cm).
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Üblich ist es zudem, das Transportsystem bezüglich der Transportrollen zu sog. Transportbändern gruppieren. Das wiederum heißt, dass in einem Transportband alle Rollen gleicher Drehgeschwindigkeit und -richtung folgen, da diese in irgendeiner Art und Weise gekoppelt sind. Das kann mechanisch mittels Riemen- oder Kettentrieb erfolgen, aber auch Ergebnis einer Steuerung von Einzelantrieben pro Rolle sein. Im Zuge der Lösungsfindung wird hier explizit darauf abgestellt, dass einem Transportband genau ein Antrieb zugeordnet ist.
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Der besagte Riemen- oder Kettentrieb wird später nachfolgend als Übertragungsmittel bezeichnet. Hinzu kommt der Begriff des Laufweges des Übertragungsmittels, der zunächst hinsichtlich seiner Länge der Länge der Kette beziehungsweise des Riemens entspricht. Den Verlauf des Laufweges geben Rollen oder Räder vor, die hier als Übertragungsräder bezeichnet und als Bestandteile des Übertragungsmittels verstanden werden. So genannte Übertragungspunkte gehören ebenfalls zum Gegenstand der nachfolgenden Ausführungen. Unter einem solchen ist eine punktuelle Stelle der Bewegungsübertragung innerhalb des Übertragungsmittels selbst zu verstehen, an der entweder die vom Antrieb ausgehende Drehbewegung an das Übertragungsmittel übergeht oder die Drehbewegung vom Übertragungsmittel an jeweils eine der Transportrollen. Solches erfolgt nach den besagten Bespielen dort, wo das Zahnrad in die Kette eingreift oder die Rolle am Riemen anliegt, also das besagte Übertragungsrad ein Übertragungsband kontaktiert. Eine Distanz zwischen zwei Übertragungspunkten entlang des Laufweges ist also beispielsweise dadurch bestimmbar, dass besagte Punkte auf dem Übertragungsband markiert und deren Abstand oder Abstände bestimmt werden. Da entlang eines Endlosbandes wie bei Riemen oder Kette an sich zwei Distanzen ermittelbar sind, bietet sich die Vorgabe eines Richtungsbezuges an, um die gemeinte Distanz zu präzisieren. Befindet sich beispielsweise auf einer Kette zwischen einem zweiten und dritten Punkt ein erster Punkt, ist die Distanz bei einer richtungsentgegenen Bestimmung, was meint im UZS und gegen UZS, ausgehend vom ersten Punkt insofern eindeutig, dass sich bei gleichen Distanzen der erste Punkt genau in der Mitte zwischen den beiden übrigen Punkten befindet. Das hier beispielhaft für Riemen und Kette Beschriebene sollte auch mit anderen Mittel der Kraftübertragung umsetzbar sein.
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Um zur Problemdarstellung weiter ein Gesamtbild zum Transportsystem einer Anlage abzugeben, befinden sich vor und im Schleusenbereich sehr ausgedehnte Transportbänder, wobei je nach zu behandelnder Länge der Substrate zwanzig und mehr Transportrollen vorgesehen sein können. Ein erstes und gegebenenfalls ein zweites Transportband in einem Schleusenbereich kann im Regelfall jeweils ein Substrat in der Gesamtlänge aufnehmen. Der folgende Passingbereich hingegen ist nur mit einem Bruchteil solcher Transportrollen ausgestattet. Im Behandlungsbereich sind ähnlich ausgedehnte Transportbänder wie im Schleusenbereich vorzufinden. Im besagten Fall einer Durchlaufbeschichtungsanlage schließt sich zudem am Ende der Anlage dem Behandlungs- der Passing- und dem der Schleusenbereich an, sodass besagte Bereiche in Längserstreckung der Anlage symmetrisch angelegt sind.
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In der 1 und der 2 ist eine Vakuumbehandlungsanlage 12 gezeigt. Eine solche Anlage 12 wiest zwei Schleusenbereiche auf; einen am Eingang und einen am Ausgang der Anlage. Ein Schleusenbereich 11 enthält zumindest eine Schleusenkammer 6 oder 10 am Eingang beziehungsweise am Ausgang. Transferkammern 7 und 9 sind zwar optional, aber zweckmäßig. Den Kern der Vakuumbehandlungsanlage 12 macht der Prozessbereich mit einer oder mehreren Prozesskammern 9 aus.
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Aus der 2 gehen weitere Details wie die Transportrollen 1 und 4, das Substrat 2 und Kammerventile 3 hervor. In diesem Beispiel ist eine Prozesskammer 9 mit einer Beschichtungsquelle 5 ausgestattet.
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Mit der 3 wird der Schleusenbereich 11 fokussiert. Die Transportrollen 1, die das Substrat in der Transportrichtung 20 bewegen, sind in zwei Kammern getrennt angelegt. Somit befinden sich ein Transportband in der Schleusenkammer 5, ein Transportband in der Transferkammer 6 und mindestens ein weiteres Transportband in der nachfolgenden Prozesskammer 8. An oder zwischen den Kammern 5, 6 und 8 sind Kammerventile 3 und/oder Kammeröffnungen 19 vorgesehen.
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In der 4 ist ein Transportband 13 für einen Schleusenbereich 11 gezeigt. Die Transportrollen 1 versetzt der Antrieb 14 mittels des Übertragungsmittels 15 in eine Drehbewegung, sodass Substrate 2 den Schleusenbereich 11 sowie Kammeröffnungen 19 oder Kammerventile in Transportrichtung 20 passieren können.
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Während nun ein Transportportband im Schleusenbereich wie geschildert zeitzyklisch im Takt läuft oder steht, sind bei laufenden Transportbändern die Übergänge von einem ersten Transportband zu einem weiteren Transportband von besonderem Interesse. Es hat sich dazu gezeigt, dass in Folge besagter Substratbeschleunigungen nicht alle Transportrollen eines Transportbandes mit exakt gleicher Geschwindigkeit drehen, was hier als Gleichlauf bezeichnet wird. Aufgrund der notwendigen Kraftübertragung und Beanspruchung der Antriebs- und Kraftübertragungsmittel kann es zu solch ungleichen oder ungleichmäßigen Drehbewegungen der Transportrollen kommen, dass gerade an besagten Übergängen die größten Differenzen vorzufinden sind. Das wiederum ist kritisch, da sich die Substratbewegung an dieser Stelle zunächst unkontrolliert, aber zumindest mit einem Präzisionsverlust durch Abweichung von einer Sollbewegung vollzieht. Im besagten Umfeld treten dann die bereits geschilderten Probleme wie Glasbruch usw. auf.
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In
DE 195 35 345 A1 ist ein endloser Fördergurt mit einer die Antriebskraft auf den Gurtuntertrum übertragen-den Antriebstrommel beschrieben. Dabei kann der Antrieb sowohl mit einem Kopfantrieb als auch mit einem Zentralantrieb versehen sein. Derartige Fördergurte werden zum Transport von Substraten, die während des Transports auf dem Gurt aufliegen, eingesetzt. Mit anderen Worten werden die Substrate von dem Fördergurt transportiert.
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Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, diesen Mangel zu beheben und einen Schleusenbereich mit Transportbändern derart vorzuschlagen, dass an den besagten Übergängen zwischen der in Bewegungsrichtung des Substrates letzten Transportrolle eines ersten Transportbandes und der ersten Transportrolle eines weiteren Transportbandes ein Gleichlauf beider Transportrollen geschaffen ist.
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Diese Aufgabe löst die Erfindung durch einen Schleusenbereich mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung in Unteransprüchen aufgezeigt sind.
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Gattungsgemäß handelt es sich um einen Schleusenbereich einer Vakuumbehandlungsanlage. Dieser ist innerhalb der Vakuumbehandlungsanlage als Bereich eines aus Transportrollen bestehenden Transportsystems eingangs- und/oder ausgangsseitig der Vakuumbehandlungsanlage angelegt. Die Transportrollen des Transportsystems sind zu solchen mit gleicher Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit zu mindestens einem Transportband zusammengefasst sind. DasTransportband weist einen Antrieb sowie Übertragungsmittel derart auf, dass eine Drehbewegung des Antriebes über das Übertragungsmittel auf die Transportrollen übertragen wird. Diese Übertragung der Drehbewegung auf das beziehungsweise von dem Übertragungsmittel ist an Übertragungspunkten vorgesehen.
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Es kennzeichnet die Erfindung, dass das Übertragungsmittel symmetrisch zum Antrieb so angelegt ist, dass der Antrieb in dem Transportband mittig zwischen der ersten und der letzten Transportrolle angeordnet.
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Durch diese Position des Antriebes ist eine einfache Realisierung möglich.
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Damit wird erreicht, dass die Wegstrecke der Kraftübertragung ausgehend vom Antrieb jeweils zu den beiden am weitesten entfernten äußeren Transportrollen, was die in Laufrichtung der Substrate betrachte Entfernung meint, gleich oder zumindest annähernd gleich ist.
Das hat vorteilhafterweise zur Folge, dass, sofern es beim Beschleunigen allgemein zu einer Differenz zwischen dem Drehverhalten des Antriebes und den Transportrollen kommt, zumindest das Drehverhalten der äußeren Transportrollen gleich oder zumindest annähernd gleich ist. Sind nunmehr die Transportbänder untereinander hinsichtlich ihres Transportverhaltens abzustimmen, kann das primär mit Bezug auf die äußeren Transportrollen erfolgen. Gleichlaufende Transportbänder weisen somit verminderte Probleme beim Substrattransport an den Übergängen auf.
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Der vorteilhafte Effekt der Idee kommt insbesondere zur Wirkung, wenn das Übertragungsmittel innerhalb der Vakuumbehandlungsanlage vorgesehen ist. Dort sind die Übertragungsmittel zumeist den größeren Belastungen ausgesetzt, sodass die eingangs dargestellten Probleme, die dann verstärkt auftreten, behoben sind.
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Zweckmäßigerweise weist dann der Antrieb eine Welle, die innerhalb der Vakuumbehandlungsanlage endet, auf.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Übertragungsmittel Übertragungsräder und mindestens ein Übertragungsband auf, wobei ein Übertragungsrad vorgesehen ist, die Drehbewegung von einem Übertragungsband an eine Transportrolle oder von einem Antrieb an ein Übertragungsband zu übertragen, und wobei Übertragungsräder an den Übertragungspunkten angelegt sind. Der darin gesehene Vorteil liegt im Einsatz preisgünstiger Riemen-, Ketten- oder Seiltriebe sowie ähnlicher Übertragungsmittel.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein einziges Übertragungsband vorgesehen. Alternativ ist zwischen den Übertragungsrädern jeweils ein Übertragungsband vorgesehen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Übertragungsrad als Zahnrad und ein Übertragungsband als Gliederkette ausgeführt. Alternativ dazu kann ein Übertragungsrad als Zahnrad und ein Übertragungsband als Zahnriemen ausgeführt sein.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Transportband dafür vorgesehen, dass ein Substrat eine Transportgeschwindigkeit von bis zu 2m/sec erreicht. Damit soll aufgezeigt sein, dass bei solchen Geschwindigkeiten in besagten Schleusenbereichen, die Beschleunigungen vorzufinden sind, für die Erfindung die aufgezeigten Probleme löst.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dazu sind in den Zeichnungen wie folgt dargestellt:
- 5 Schleusenbereich
- 6 Prinzipskizze
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In der 4 ist ein Transportband 13 für einen Schleusenbereich 11 gezeigt, ähnlich wie in 3. Die Transportrollen 1 versetzt der Antrieb 14 mittels des Übertragungsmittels 15 in eine Drehbewegung, sodass Substrate 2 den Schleusenbereich 11 sowie Kammeröffnungen 19 oder Kammerventile in Transportrichtung 20 passieren können.
Der Antrieb 14 ist symmetrisch zum Übertragungsmittel 15 angelegt. Das meint, dass diese Symmetrie an so genannten Übertragungspunkten festgemacht wird. Damit sind wiederum Punkte des Überganges der Kraftübertragung gemeint; wie beispielsweise der Kontaktpunkt von Zahnrad und Kette. Von diesen Übertragungspunkten gibt es so viele, wie Transportrollen vorgesehen sind, sowie einen ersten Übertragungspunkt 16 für den Antrieb 14. An diesem ersten Übertragungspunkt 16 setzt die Kraftübertragung zum Übertragungsmittel 15 ein. Die Symmetrie bezüglich des ersten Übertragungspunktes 16 besteht nun zwischen einem zweiten 17 und einem dritten Übertragungspunkt 18. An diesen beiden letztgenannten Übertragungspunkten 17 und 18 geht die Kraft zur Rollendrehung vom Übertragungsmittel 15 an zwei Transportrollen 1 über. Dabei handelt es sich um die äußeren Transportrollen 1 eines Transportbandes 13. In Transportrichtung 20 betrachtet, befindet sich am zweiten Übertragungspunkt 17 die erste und am dritten Übertragungspunkt 18 die letzte Transportrolle 1 des Transportbandes 13. Die Strich-Linie deutet an, welche Transportrollen 1 dem Transportband 13 zugehörig sind.
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Die Prinzipskizze in der 6 zeigt weiter, wie die Übertragungspunkte 16, 17 und 18 bezüglich des Übertragungsmittels 15 des Transportbandes 13 auszuführen sind. Das Übertragungsmittel 15 weist einen Laufweg 22 auf. Das ist die Wegstrecke, über die Kraft vom Antrieb zu den beiden äußeren Transportrollen 1 übertragen werden muss. Ausgehend vom ersten Übertragungspunkt 16 ist richtungsentgegen der Abstand, und das entlang des Laufweges 22, zum zweiten Übertragungspunkt 17 und zum dritten Übertragungspunkt 18 jeweils gleich zu wählen.
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Das ist beispielhaft an einem Übertragungsband, z. B. eine Gliederkette, zu erläutern. Die Übertragungsräder sind in dem Fall Zahnräder. Da, wo ein Zahnrad in ein Kettenglied eingreift, ist ein Übertragungspunkt. Zwischen den maßgeblichen Übertragungspunkt 16, 17 und 18 ist die Kette so anzulegen, dass eine gleiche Anzahl von Kettengliedern zwischen dem ersten Übertragungspunkt 16 und dem zweiten Übertragungspunkt 17 sowie zwischen dem ersten Übertragungspunkt 16 und dem dritten Übertragungspunkt 18 vorgesehen ist. Dazu wird vom ersten Übertragungspunkt 16 aus diese Zählung richtungsentgegen oder auch gegensinnig vorzunehmen. Aus dieser Darstellung geht zudem hervor, dass in Transportrichtung mehrere Transportbänder 13 in Folge angeordnet sind. Das besagte und gelöste Problem tritt überwiegend in dieser Konstellation auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Transportrolle
- 2
- Substrat
- 3
- Kammerventil
- 4
- Transportrolle
- 5
- Beschichtungsquelle
- 6
- Schleusenkammer
- 7
- Transferkammer
- 8
- Prozesskammer
- 9
- Transferkammer
- 10
- Schleusenkammer
- 11
- Schleusenbereich
- 12
- Vakuumbehandlungsanlage
- 13
- Transportband
- 14
- Antrieb
- 15
- Übertragungsmittel
- 16
- erster Übertragungspunkt
- 17
- zweiter Übertragungspunkt
- 18
- dritter Übertragungspunkt
- 19
- Kammeröffnung
- 20
- Transportrichtung
- 21
- Rückrichtung
- 22
- Laufweg
