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Die Erfindung betrifft Verbesserungen an einer horizontalen Durchlauf-Substratbehandlungsanlage zur Behandlung, beispielsweise Beschichtung, plattenförmiger Substrate, beispielsweise Glasplatten, wobei die Substrate mit oder ohne Substrathalter auf einer Transporteinrichtung liegend, d.h. in horizontaler Ausrichtung, durch eine von Kammerwänden begrenzte Anlagenkammer oder eine Anordnung mehrerer hintereinander angeordneter Anlagenkammern einer Substratbehandlungsanlage hindurch transportiert werden, wobei die Substrate der Einwirkung mindestens einer Substratbehandlungseinrichtung, wie beispielsweise Beschichtungseinrichtungen, Ätzeinrichtungen usw. ausgesetzt werden. Die Substratbehandlung findet einerseits oft unter einem gegenüber dem Atmosphärendruck geringeren Druck (Prozessvakuum) und andererseits auch oft in einem gewählten, oftmals gesteuert eingelassenen Gas oder Gasgemisch statt (Prozessatmosphäre).
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Bei Durchlauf-Substratbehandlungsanlagen sind, im Gegensatz zu sogenannten Batch-Substratbehandlungsanlagen der Anlagenkammer oder einer Anordnung mehrerer hintereinander angeordneter Anlagenkammern, die beispielsweise als Prozesskammern, Pumpkammern, Transferkammern usw. ausgebildet sein können, im Allgemeinen mindestens je eine als Schleusenkammer ausgebildete Anlagenkammer vor- und nachgelagert, und eine Transporteinrichtung ist im Innern der Substratbehandlungsanlage so angeordnet, dass sie sich durch die beiden Schleusenkammern sowie alle anderen, dazwischen angeordneten Anlagenkammern erstreckt.
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Dadurch können Substrate in einer Transportrichtung durch die Substratbehandlungsanlage bewegt werden, indem sie mittels einer ersten Schleusenkammer in die Substratbehandlungsanlage eingeschleust, mittels der Transporteinrichtung durch die gesamte Anordnung hintereinander angeordneter Anlagenkammern hindurch transportiert und mittels einer zweiten Schleusenkammer aus der Substratbehandlungsanlage ausgeschleust werden. Dabei werden die Substrate in mindestens einer Prozesskammer auch an einer darin angeordneten Substratbehandlungseinrichtung vorbei bewegt und dabei der gewünschten Substratbehandlung ausgesetzt.
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Für die Behandlung plattenförmiger Substrate haben sich Transporteinrichtungen bewährt, die eine Mehrzahl von quer zur Transportrichtung der Substrate angeordneten, drehbar gelagerten, zylindrischen Transportwalzen umfassen, deren oberste Mantellinien eine horizontale Transportebene für die Substrate definieren und von denen wenigstens ein Teil antreibbar ist. Findet die gewünschte Substratbehandlung unter erhöhten Prozesstemperaturen, beispielsweise 400, 600 oder 800 °C, statt, hat es sich bewährt, die Transportwalzen aus hitzebeständigen Werkstoffen, beispielsweise Keramik, herzustellen oder mit einem hitzebeständigen Werkstoff zu überziehen.
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Die Erfindung betrifft eine Transportwalze für eine Transporteinrichtung einer horizontalen Durchlauf-Substratbehandlungsanlage, insbesondere zur Durchführung von Beschichtungs- oder/und Ätzprozessen an flächigen (plattenförmigen) Substraten wie Architekturglas, Solarzellen und so weiter, sowie eine Transporteinrichtung mit derartigen Transportwalzen. Derartige Prozesse finden in der Regel bei unteratmosphärischem Druck, gegebenenfalls im Beisein eines Prozessgases, beispielsweise eines Inertgases oder eines Reaktivgases, und in einigen Fällen unter hohen Temperaturen, beispielsweise 600 oder 800 °C, statt.
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Die Transportwalzen können je nach Anwendungsfall aus metallischen Werkstoffen, beispielsweise Edelstahl oder Aluminium, oder aus nichtmetallischen Werkstoffen, beispielsweise Industriekeramik wie Aluminiumoxid, Siliziumdioxid und so weiter, gefertigt sein. Bei Transportwalzen aus keramischen Werkstoffen ist es weiterhin bekannt, die Enden, an denen die Transportwalzen drehbar gelagert werden, mit sogenannten Endkappen (end caps) aus metallischen Werkstoffen zu versehen, welche der Lagerung, Zentrierung und Kraftübertragung der Transportwalzen dienen. Die Verbindung zwischen dem Walzenkörper und der Endkappe muss dabei zwei Bedingungen erfüllen. Erstens muss die Endkappe konzentrisch auf dem Ende des Walzenkörpers sitzen, um den Rundlauf der Transportwalze zu gewährleisten, und zweitens muss die Verbindung zwischen beiden so beschaffen sein, dass das zum Antrieb der Transportwalze erforderliche Drehmoment übertragbar ist.
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Es ist bekannt, die Verbindung zwischen der Endkappe und dem Walzenkörper durch Kleben herzustellen; allerdings hat diese Lösung offensichtliche Nachteile hinsichtlich der Temperaturbeständigkeit der Verbindungsstelle zwischen Keramik und Metall sowie dadurch, dass eine Klebverbindung nicht lösbar ist. Insbesondere bei Beschichtungsanlagen, in denen die Transportwalzen während des Betriebs Verschmutzungen ausgesetzt sind, besteht darüber hinaus die Gefahr, dass chemische Reinigungsprozesse die Klebstoffe so beeinträchtigen, dass sich die Endkappen vom Walzenkörper lösen können.
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In
EP 0 393 292 A1 und
EP 0 388 206 B1 wurden zur Lagerung keramischer Walzenkörper geschlitzte Hülsen vorgeschlagen, die mittels Spannschrauben von außen gegen den Walzenkörper verspannt werden. Damit ist jedoch eine hochgenaue Zentrierung nicht möglich.
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In
US 5,906,567 wird hingegen vorgeschlagen, die Endkappe durch Mittel zur Herstellung einer drehfesten Verbindung und zusätzlich durch Mittel zur Zentrierung mit dem Walzenkörper zu verbinden. Diese Lösung ist sehr aufwendig und verursacht daher hohe Kosten.
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Aus
DE 30 06 114 C3 ist eine Lösung bekannt, bei der zwischen dem Walzenkörper und der Endkappe ein Radial-Spannring angeordnet ist, der die Drehmomentübertragung bewirken soll. Allerdings ist dieser Ansatz problematisch, weil der Radial-Spannring naturgemäß nur auf eines der beiden zu verbindenden Bauteile eine Kraft ausüben kann und damit der Größe des übertragbaren Drehmoments enge Grenzen gesetzt sind.
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Verschiedene weitere Ansätze sind aus
EP 0 789 829 B1 bekannt, beispielsweise unter Verwendung von bimetallischen Lamellen oder Keilen und damit zusammenwirkenden elastischen Mitteln oder quer zur Längsachse der Walze angeordnete Stifte.
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In
WO 2010/094716 A1 wurde eine Transportwalze für die Vakuumbehandlung von Substraten vorgeschlagen, die einen keramischen Walzenkörper mit zwei Enden und zwei metallische Endkappen mit je einer Aufnahmeöffnung umfasst, wobei jedes Ende des Walzenkörpers in einer Aufnahmeöffnung einer Endkappe angeordnet und drehfest mit der Endkappe verbunden ist, und zwischen dem Ende des Walzenkörpers und der Aufnahmeöffnung der Endkappe mindestens eine Schraubenfeder oder ein Spannstift parallel zur Symmetrieachse (Längsachse) des Walzenkörpers angeordnet ist.
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US 4 242 782 A beschreibt eine Transportwalze, die einen Walzenkörper mit zwei Enden und zwei Endkappen mit je einer Aufnahmeöffnung aufweist, wobei jedes Ende des Walzenkörpers in einer Aufnahmeöffnung einer Endkappe angeordnet ist, die größer ist als der Außendurchmesser des Endes des Walzenkörpers und auf dem Ende des Walzenkörpers zwei elastische Ringe angeordnet sind, die den Walzenkörper in der Aufnahmeöffnung zentrieren.
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Aus
US 4 751 776 ist eine Transportwalze mit einem Walzenkörper und zwei Endkappen bekannt, bei der die Endkappe in einem Hilfsgerät aufgenommen ist und die Endkappe einen geschlitzten Hülsenabschnitt mit ununterbrochenem Rand aufweist.
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Es besteht ein Bedarf an einer Transportwalze, bei der die Endkappe auf dem Walzenkörper genau zentriert ist. Weiterhin besteht ein Bedarf an einer Transportwalze, bei der der Walzenkörper leicht entnehmbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Transportwalze mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Transportwalze sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Vorgeschlagen wird eine Transportwalze für eine horizontale Durchlauf-Substratbehandlungsanlage, umfassend einen Walzenkörper mit zwei Enden und zwei Endkappen mit je einer Aufnahmeöffnung, wobei jedes Ende des Walzenkörpers in einer Aufnahmeöffnung einer Endkappe angeordnet ist, die Endkappe zwei lösbar miteinander verbindbare Endkappenteile aufweist, die gemeinsam die Aufnahmeöffnung ausbilden, die Aufnahmeöffnung größer ist als der Außendurchmesser des Endes des Walzenkörpers und auf dem Ende des Walzenkörpers mindestens zwei elastische Ringe angeordnet sind, die den Walzenkörper in der Aufnahmeöffnung zentrieren.
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Die elastischen Ringe können beispielsweise aus Viton hergestellt sein. Dieser Werkstoff ist dauerelastisch und hitzebeständig.
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Durch die elastischen Ringe ist die exakte Zentrierung des Walzenkörpers in der Aufnahmeöffnung der Endkappe denkbar einfach. Außerdem können die elastischen Ringe unterschiedliche Wärmedehnungen von Walzenkörper und Endkappe hervorragend kompensieren, so dass Brüche des Walzenkörpers, insbesondere wenn für den Walzenkörper sprödes Material wie Glas oder dergleichen verwendet wird, vermieden werden können. Durch die vorgeschlagene Lösung ist eine axiale Verschiebung zwischen Walzenkörper und Endkappe aufgrund von Wärmedehnungen möglich. Gleichzeitig sorgt die Verspannung von Walzenkörper und Endkappe durch die elastischen Ringe für eine zuverlässige Übertragung des Drehmoments zum Antreiben der Transportwalze.
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In einer Ausgestaltung ist die Position der mindestens zwei elastischen Ringe durch mindestens eine auf dem Ende des Walzenkörpers angeordnete Hülse definiert. Eine solche Hülse kann beispielsweise aus Teflon gefertigt sein. Dieser Werkstoff ist hitzebeständig und leicht zu reinigen, falls sich unerwünschte Schichten darauf ablagern.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Hülse zum Schutz der Kante des Walzenkörpers einen nach innen ragenden Kragen aufweist. Dadurch wird, insbesondere wenn für den Walzenkörper sprödes Material wie Glas oder dergleichen verwendet wird, die am Ende des Walzenkörpers umlaufende Kante vor Beschädigungen geschützt.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein erstes Endkappenteil, das einen ersten Abschnitt der Aufnahmeöffnung, beispielsweise eine Hälfte der Aufnahmeöffnung, für den Walzenkörper aufweist, an seinem der Aufnahmeöffnung gegenüberliegenden Ende einen Fortsatz aufweist, der als Wellenstummel zur direkten Lagerung oder zur Verbindung mit einer drehbar gelagerten Nabe ausgebildet ist. In einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das erste Endkappenteil einen Fortsatz aufweist, der als Nabe zur Verbindung mit einer drehbar gelagerten Welle ausgebildet ist. Das zweite Endkappenteil weist einen ersten Abschnitt der Aufnahmeöffnung für den Walzenkörper, beispielsweise die andere Hälfte der Aufnahmeöffnung auf und ist mit dem ersten Endkappenteil, beispielsweise durch senkrecht zur Drehachse der Transportwalze angeordnete Schrauben, lösbar verbindbar.
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Besonders vorteilhaft kann weiter vorgesehen sein, dass die Nabe auf der Welle axial verschiebbar ist. Dies erleichtert den Ein- und Ausbau des Walzenkörpers zusätzlich.
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Beispielsweise kann in der Durchlauf-Substratbehandlungsanlage für jedes Ende jeder Transportwalze eine Welle drehbar gelagert sein, an der die jeweilige Endkappe befestigt wird. In dem beschriebenen Fall, dass die Endkappe eine axial verschiebbare Nabe aufweist, kann diese, nachdem das zweite Endkappenteil entfernt wurde, auf der Welle verschoben werden, so dass das Ende der Transportwalze frei ist und dadurch die Transportwalze, beispielsweise zu Reinigungszwecken, einfach entnommen werden kann.
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Dabei ist gemäß einer anderen Weiterbildung vorgesehen, dass die Nabe gegen die Kraft einer Feder verschiebbar ist. Diese Ausgestaltung hat weiterhin den Vorteil, dass der Walzenkörper zwischen den beiden Endkappen zentriert wird, aber auch dass die Endkappe jeder Längenänderung des Walzenkörpers aufgrund von Wärmedehnungen folgt.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Walzenkörper hohlzylindrisch ist und in seinem Innern ein Strahlungsschutz angeordnet ist. Dadurch kann bei der Transportwalze Material und Gewicht gespart werden, und gleichzeitig werden die Endkappe und insbesondere die sich daran anschließende Lagerung vor Wärmestrahlung aus dem Innern des Walzenkörpers geschützt. Dies ist insbesondere für Transportwalzen von Bedeutung, deren Walzenkörper aus Glas oder dergleichen gefertigt ist.
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Der Strahlungsschutz umfasst in einer Weiterbildung mindestens zwei senkrecht zur Mittelachse der Transportwalze und mit einem Abstand zueinander angeordnete Bleche.
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Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass jedes Blech mindestens eine Öffnung aufweist und die Bleche so angeordnet sind, dass die Öffnungen je zweier benachbarter Bleche sich nicht überlagern. Die Öffnungen dienen dazu, auch das Innere des Walzenkörpers evakuieren zu können, um eine negative Beeinflussung der Prozessatmosphäre durch aus dem Innern der Transportwalze austretende Luft während des Betriebs der Durchlauf-Substratbehandlungsanlage zu vermeiden. Die Bohrungen der einzelnen Bleche sind aber zueinander versetzt angeordnet, weil sie anderen Fall nur einen stark eingeschränkten Schutz des Drehlagers vor Strahlungswärme bieten würden.
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Besonders vorteilhaft kann weiter vorgesehen sein, dass der Strahlungsschutz einstückig aus einem abgekanteten Blech hergestellt ist, welches mindestens zwei kreisrunde Abschnitte und zwischen je zwei kreisrunden Abschnitten einen sie verbindenden Steg aufweist. Dabei kann ein kreisrunder Abschnitt einen größeren Durchmesser aufweisen, so dass dieser Abschnitt nicht in das Innere des Walzenkörpers hineinrutschen kann und so das gesamte Paket von Abschirmblechen exakt in Position hält. Alle anderen kreisrunden Abschnitte weisen einen Durchmesser auf, der dem Innendurchmesser des Walzenkörpers entspricht, so dass sie dessen inneren Querschnitt möglichst vollständig abdecken.
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Die beschriebenen Transportwalzen sind besonders vorteilhaft in einer Transporteinrichtung für eine horizontale Durchlauf-Substratbehandlungsanlage verwendbar, die eine Mehrzahl von quer zur Transportrichtung der Substrate angeordneten, drehbar gelagerten, zylindrischen Transportwalzen umfasst, deren oberste Mantellinien eine horizontale Transportebene für die Substrate definieren und von denen wenigstens ein Teil antreibbar ist.
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Dabei kann beispielsweise von mindestens einer der Endkappen der Transportwalzen ein erstes Endkappenteil einen als Nabe ausgebildeten, mit einer drehbar gelagerten Welle verbundenen Fortsatz aufweisen. Um die Walzenkörper schnell und einfach entnehmen zu können, ist die Nabe auf der Welle vorteilhafterweise axial verschiebbar, und zwar bevorzugt gegen die Kraft einer Feder.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
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1 ein erstes Ende einer Transportwalze,
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2 ein zweites Ende der Transportwalze,
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3 das zweite Ende gemäß 2 in perspektivischer Ansicht.
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1 und 2 zeigen je ein Ende einer Transportwalze, die einen Walzenkörper 1 mit zwei Enden 11 und an jedem Ende 11 je eine Endkappe 2 aufweist. Die Endkappen 2 weisen je eine Aufnahmeöffnung auf, in der das jeweilige Ende 11 des Walzenkörpers aufgenommen ist. Der Walzenkörper 1 ist hohlzylindrisch und besteht aus Glas. Die beiden Enden 11 haben einen gegenüber der sonstigen äußeren Oberfläche des Walzenkörpers 1 verringerten Durchmesser. Auf diesem Ende 11 sitzen jeweils drei elastische Ringe 12, die das Ende 11 umschließen. Die Position der drei elastischen Ringe 12 ist durch zwei Hülsen 13 definiert. Eine der beiden Hülsen 13 weist einen umlaufenden, nach innen ragenden Kragen auf, der sich über die umlaufende Kante und die Stirnseite des Walzenkörpers 1 erstreckt und dadurch den Walzenkörper 1 vor Beschädigungen schützt.
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Jede der beiden Endkappen 2 besteht aus zwei Endkappenteilen 21 und 22. Das erste Endkappenteil 21 weist eine Hälfte der Aufnahmeöffnung und einen Fortsatz 25 auf. Das zweite Endkappenteil 22 weist die zweite Hälfte der Aufnahmeöffnung auf und ist mittels zweier Schrauben 23 mit dem ersten Endkappenteil 21 lösbar verbunden.
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Der Fortsatz 25 ist bei beiden Endkappen mit je einer Welle 33 verbunden, die in einem Drehlager 3 drehbar gelagert ist. Das Drehlager 3 umfasst neben der Welle 33 ein Gehäuse 31 sowie ein Wälzlager 32.
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Im Innern des Walzenkörpers 1 ist je ein Strahlungsschutz 14 angeordnet. Dieser ist einstückig aus einem abgekanteten Blechzuschnitt hergestellt, das drei kreisrunde Abschnitte aufweist, die mittels Stegen miteinander verbunden sind. Dadurch besteht der Strahlungsschutz aus insgesamt drei parallel zueinander angeordneten Blechen 15, die senkrecht zur Drehachse des Walzenkörpers angeordnet sind. Das jeweilige äußerste Blech 15 weist einen Durchmesser auf, der größer ist als der Innendurchmesser des Walzenkörpers 1, so dass dieses Blech 15 auf der Stirnseite des Walzenkörpers 1 aufliegt und nicht in den Walzenkörper 1 hineinrutschen kann.
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Jedes der drei Bleche 15 weist je eine Öffnung 16 zum Evakuieren des Innenraums des Walzenkörpers 1 auf. Dazu weist die Endkappe 2 zusätzlich Entlüftungsbohrungen 24 auf. Die Öffnungen 16 des Strahlungsschutzes 14 sind relativ zueinander so angeordnet, dass sie einander in einer axialen Projektion nicht überschneiden, d.h. die Öffnungen 16 überlagern sich nicht, so dass durch eine Öffnung 16 tretende Wärmestrahlung stets zunächst auf ein weiteres Blech 15 trifft.
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Bei der Ausgestaltung gemäß 1 ist der Fortsatz 25 der Endkappe 2 als Nabe ausgebildet, die auf der Welle 33 des Drehlagers 3 sitzt. Zur Drehmomentübertragung weist die Endkappe 2 einen Mitnehmer in Form einer Schraube auf, die in eine Nut 34 der Welle 33 hineinragt.
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Auf der Welle 33 ist außerdem eine Scheibe angeordnet, an der mittels einer Schraube ein Axialführungsstift 35 befestigt ist. Dieser Axialführungsstift 35 ragt in eine Axialführungsbohrung 27 hinein, die in den Fortsatz 25 eingebracht ist. Dadurch lässt sich die Endkappe relativ zum Drehlager verschieben, um den Walzenkörper 1 leichter entnehmen zu können. Auf dem Axialführungsstift 35 sitzt eine Feder 36, die eine Rückstellkraft bereitstellt, welche die Endkappe 2 stets wieder auf den Walzenkörper 1 zu bewegt.
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Bei der Ausgestaltung gemäß 2 und 3 ist der Fortsatz 25 der Endkappe 2 als Welle ausgebildet, die mit der Welle 33 des Drehlagers 3 verbunden ist. Zur Drehmomentübertragung sind der Fortsatz 25 der Endkappe 2 und die Welle 33 des Drehlagers 3 durch ein Verbindungselement 37 miteinander verbunden. Bei dieser Ausgestaltung ist die Endkappe 2 nicht axial verschiebbar. Dies ist jedoch auch nicht nötig, weil die axiale Verschiebbarkeit der Endkappe 2 gemäß 2 und 3 für eine leichte Montage und Demontage des Walzenkörpers 1 ausreichend ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Walzenkörper
- 11
- Ende des Walzenkörpers
- 12
- elastischer Ring
- 13
- Hülse
- 14
- Strahlungsschutz
- 15
- Blech
- 16
- Öffnung
- 2
- Endkappe
- 21
- erstes Endkappenteil
- 22
- zweites Endkappenteil
- 23
- Schraube
- 24
- Entlüftungsöffnung
- 25
- Fortsatz (Nabe/Wellenstumpf)
- 26
- Mitnehmer
- 27
- Axialführungsbohrung
- 3
- Drehlager
- 31
- Gehäuse
- 32
- Wälzlager
- 33
- Welle
- 34
- Nut
- 35
- Axialführungsstift
- 36
- Feder
- 37
- Verbindungselement
