-
Die Erfindung betrifft ein Verdampferschiffchen mit einem Verdampferkörper, der sich längs einer Drehachse erstreckt.
-
Verdampferschiffchen sind bekannt und werden üblicherweise in Anlagen zum Beschichten von Substraten verwendet, in denen sie in einer Vakuumkammer zum Bereitstellen eines Metalldampfes vorgesehen sind, der sich auf dem Substrat als dünne homogene Schicht niederschlägt. Um einen konstanten Dampfstrom bereitzustellen, werden die Verdampferschiffchen in direktem Stromdurchgang so stark erhitzt, dass sich ein zugeführter Metalldraht, beispielsweise ein Aluminiumdraht, an einer Verdampferseite des Verdampferschiffchens verflüssigt und bei dem in der Vakuumkammer vorherrschenden geringen Luftdruck verdampft. Die Verdampferseite trägt und erhitzt hierbei die Schmelze des zu verdampfenden Metalls, bis diese verdampft.
-
An den Stellen, an denen das Verdampferschiffchen in direktem Kontakt mit der Schmelze steht, ist das Verdampferschiffchen starker Korrosion ausgesetzt, die die Standzeit des Verdampferschiffchens begrenzt. Um zuverlässig einen konstanten Dampfstrom gewährleisten zu können, müssen Verdampferschiffchen üblicherweise nach etwa 15 Betriebsstunden ausgetauscht werden.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verdampferschiffchen bereitzustellen, das eine höhere Standzeit aufweist und materialeffizient gestaltet ist.
-
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verdampferschiffchen mit einem Verdampferkörper vorgesehen, der sich längs einer Drehachse erstreckt und eine Drehsymmetrie um die Drehachse mit einer Zähligkeit von mindestens 3 aufweist. Der Verdampferkörper hat dabei eine Anzahl an Verdampferseiten, die der Zähligkeit der Drehsymmetrie entspricht. Im Sinne der Erfindung ist hierbei eine Verdampferseite eine Seite des Verdampferkörpers, die dazu vorgesehen ist, im Betrieb des Verdampferschiffchen die Schmelze des zu verdampfenden Metalls aufzunehmen bzw. zu tragen.
-
Durch diese Gestaltung kann das Verdampferschiffchen in unterschiedlichen Stellungen verwendet werden, in denen jeweils eine andere Verdampferseite als aktive Verdampferseite zum Verflüssigen und Tragen des zu verdampfenden Metalls verwendet wird. Hierdurch ist das Verdampferschiffchen ein wendbares Verdampferschiffchen, dessen unterschiedliche Verdampferseiten als aktive Verdampferseiten dadurch ausgewählt werden, dass das Verdampferschiffchen um die Drehachse gedreht und in der entsprechenden Stellung verwendet wird. Indem das Verdampferschiffchen in den unterschiedlichen Stellungen betrieben wird, hat das Verdampferschiffchen insgesamt eine höhere Standzeit als ein herkömmliches Verdampferschiffchen aus dem Stand der Technik.
-
Die Drehsymmetrie gewährleistet, dass der Kern des Verdampferkörpers, durch den sich die Drehachse erstreckt, einen ausreichend großen Querschnitt hat bzw. massiv genug ist, so dass der korrodierte Bereich einer Verdampferseite die jeweils anderen Verdampferseiten nicht wesentlich beeinträchtigt, wie dies beispielsweise bei herkömmlichen Verdampferkörpern mit einem rechteckigen Querschnitt der Fall ist, bei denen sich der korrodierte Bereich der Verdampferseite so weit in den Kern hinein erstreckt, dass die Standzeit des Verdampferschiffchens nicht wesentlich erhöht werden kann, wenn das Verdampferschiffchen gewendet und die entgegengesetzte Seite als Verdampferseite verwendet wird.
-
Die Drehsymmetrie des Verdampferkörpers hat ferner den Vorteil, dass der Verdampferkörper besonders kompakt und damit materialeffizient gestaltet sein kann.
-
Im Sinne der Erfindung bezieht sich die Drehsymmetrie insbesondere auf die Grundform des Verdampferkörpers, so dass Markierungen zur Unterscheidung der Verdampferseiten oder eingestanzte Teilenummern für das Verdampferschiffchen vernachlässigt werden können und die Drehsymmetrie nicht beeinträchtigen.
-
In einer Ausführungsform hat der Verdampferkörper eine Drehsymmetrie um die Drehachse mit einer Zähligkeit von 3, 4, 5 oder 6, da so ein besonders gutes Verhältnis von Standzeit zu Materialeinsatz und Herstellungsaufwand des Verdampferschiffchens erzielt werden kann.
-
Ferner kann das Verdampferschiffchen insgesamt eine Drehsymmetrie um die Drehachse mit einer Zähligkeit von mindestens 3 aufweisen, insbesondere von 3, 4, 5 oder 6, so dass das Verdampferschiffchen besonders material- und kosteneffizient herstellbar ist.
-
Insbesondere gilt auch hier anlog zum Verdampferkörper, dass im Sinne der Erfindung sich die Drehsymmetrie auf die Grundform des Verdampferschiffchens bezieht, so dass Markierungen zur Unterscheidung der Verdampferseiten oder Teilenummern für das Verdampferschiffchen vernachlässigt werden können und die Drehsymmetrie nicht beeinträchtigen.
-
In einer weiteren Ausführungsform weist jede Verdampferseite eine Aufnahmekavität auf. Im Sinne der Erfindung sind Aufnahmekavitäten Kavitäten, die dazu vorgesehen sind, im Betrieb des Verdampferschiffchens die Schmelze des zu verdampfenden Metalls aufzunehmen.
-
Es ist von Vorteil, wenn das Verdampferschiffchen an entgegengesetzten axialen Enden zwei Einspannenden aufweist, zwischen denen sich der Verdampferkörper längs der Drehachse erstreckt. Mittels der Einspannenden kann das Verdampferschiffchen zuverlässig und definiert in einer entsprechenden Werkzeughalterung eingespannt werden, insbesondere zwischen zwei Kupferklemmen.
-
Hierbei kann vorgesehen sein, dass sich die Einspannenden radial in Bezug auf die Drehachse nicht über die Verdampferseiten bzw. deren Einhüllende hinaus erstrecken. Dabei haben die Einspannenden eine andere Querschnittsgeometrie als der Verdampferkörper, insbesondere in dem axialen Abschnitt des Verdampferkörpers, der an das jeweilige Einspannende angrenzt. Hierdurch können die Einspannenden besonders materialeffizient gestaltet sein.
-
Ferner kann jedes Einspannende für jede Verdampferseite eine zugeordnete Einspannfläche aufweisen. Jede Einspannfläche erstreckt sich dabei parallel zu einer Ebene, die durch die zugehörige Verdampferseite aufgespannt wird. Des Weiteren sind hierbei jede Einspannfläche und die zugehörige Verdampferseite in Bezug auf die Drehachse entgegengesetzt zueinander angeordnet. Auf diese Weise bildet jede Einspannfläche eine horizontale Anlagefläche, mit der das Verdampferschiffchen auf einer Werkzeughalterung, insbesondere einer Einspannklemme aufliegen kann, so dass eine sichere Halterung in einer der jeweiligen Verdampferseite zugeordneten Stellung des Verdampferschiffchens gewährleistet werden kann.
-
Dabei kann vorgesehen sein, dass jedes Einspannende zu jeder Einspannfläche eine entgegengesetzte Oberseite aufweist, die plan in die Oberfläche der Verdampferseite übergeht, die der entsprechenden Einspannfläche zugeordnet ist. Hierdurch kann das Verdampferschiffchen mit besonders geringem Aufwand hergestellt werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform sind die Einspannflächen durch Fasen gebildet, die in axialen Kanten der Einspannenden ausgebildet sind. Auf diese Weise sind die Einspannflächen besonders kosteneffizient herstellbar.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Verdampferschiffchen durch direkten elektrischen Stromdurchgang als elektrische Widerstandsheizung beheizbar. Insbesondere besteht das Verdampferschiffchen hierbei aus einem einen ausreichend hohen Widerstand aufweisenden Material. Dies hat den Vorteil, dass die Temperatur des Verdampferschiffchens durch Anlegen einer elektrischen Spannung sehr genau eingestellt werden kann.
-
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- - 1 in einer perspektivischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Verdampferschiffchen mit dreizähliger Drehsymmetrie,
- - 2 in einer Seitenansicht das Verdampferschiffchen aus 1,
- - 3 in einer Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie III - III in 2 das Verdampferschiffchen aus 1,
- - 4 in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt des Verdampferschiffchens aus 1 in einem korrodierten Zustand, und
- - 5 in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt eines herkömmlichen Verdampferschiffchens mit rechteckigem Querschnitt in einem korrodierten Zustand.
-
In den 1 und 2 ist ein Verdampferschiffchen 10 gezeigt, das sich entlang einer Drehachse D erstreckt und einen Verdampferkörper 12 sowie ein erstes Einspannende 14 und ein zweites Einspannende 16 aufweist, die sich in axialer Richtung Z an den axialen Stirnseiten des Verdampferkörpers 12 einstückig anschließen.
-
Das Verdampferschiffchen 10 ist ferner drehsymmetrisch zur Drehachse D gestaltet.
-
In der dargestellten Ausführungsform kann das Verdampferschiffchen 10 dreimal um einen Winkel α von 120° (siehe 3) um die Drehachse D gedreht werden, wobei jede Drehung zu einer Abbildung des Verdampferschiffchens 10 auf sich selbst führt. Das bedeutet, das Verdampferschiffchen 10 hat eine Drehsymmetrie um die Drehachse D mit einer Zähligkeit von 3.
-
Folglich weist jeder einzelne axiale Abschnitt des Verdampferschiffchen 10 dieselbe Drehsymmetrie um die Drehachse D auf.
-
In einer alternativen Ausführungsform kann der Verdampferkörper 12 drehsymmetrisch um die Drehachse D gestaltet sein, während das erste und das zweite Einspannende 14, 16 beliebig gestaltet sein können.
-
Das Verdampferschiffchen 10 hat die Grundform eines Zylinders mit einem gleichseitigen Dreieck als Grundfläche.
-
Ein derartiger Körper wird in der Mathematik auch als reguläres Prisma, d.h. ein gerades Prisma mit einem regelmäßigen Vieleck als Grundfläche, bezeichnet.
-
In einer alternativen Ausführungsform kann der Verdampferkörper 12 die Grundform eines regulären Prismas aufweisen, während das erste und das zweite Einspannende 14, 16 beliebig gestaltet sein können.
-
Das Verdampferschiffchen 10 hat drei Verdampferseiten 21, 22, 23, die durch die drei Seiten des Verdampferkörpers 12 gebildet sind, die die Mantelfläche des Verdampferkörpers 12 bilden.
-
Grundsätzlich kann der Verdampferkörpers 12, insbesondere das gesamte Verdampferschiffchen 10, eine beliebige Drehsymmetrie um die Drehachse D mit einer Zähligkeit von mindestens 3 haben.
-
Beispielsweise kann der Verdampferkörper 12, insbesondere das gesamte Verdampferschiffchen 10, eine Drehsymmetrie um die Drehachse D mit einer Zähligkeit von 4 und einer Grundform in Form eines geraden Prismas mit einem Quadrat als Grundfläche und eine Winkel α von 90°; eine Drehsymmetrie um die Drehachse D mit einer Zähligkeit von 5 und einer Grundform in Form eines geraden Prismas mit einem regelmäßigen Fünfeck als Grundfläche und eine Winkel α von 72°; oder eine Drehsymmetrie um die Drehachse D mit einer Zähligkeit von 6 und einer Grundform in Form eines geraden Prismas mit einem regelmäßigen Sechseck als Grundfläche und eine Winkel α von 60° haben.
-
In allen Fällen hat der Verdampferkörper 12 eine Anzahl an Verdampferseiten 21, 22, 23, die der Zähligkeit der Drehsymmetrie um die Drehachse D entspricht.
-
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist jede Verdampferseite 21, 22, 23 eine Aufnahmekavität 26 auf.
-
Die Aufnahmekavitäten 26 bilden hierbei Ausnehmungen in der Grundform des Verdampferkörpers 12. Im Bereich der Aufnahmekavitäten 26 hat der Verdampferkörper 12 dementsprechend einen Querschnitt (siehe 3) in Form eines gleichseitigen Dreiecks mit entsprechenden Ausnehmungen durch die Aufnahmekavitäten 26.
-
In einer alternativen Ausführungsform kann der Verdampferkörper 12 ohne Aufnahmekavitäten 26 gestaltet sein.
-
Insbesondere sind die Verdampferseiten 21, 22, 23 in diesem Fall plan.
-
Das erste Einspannende 14 und das zweite Einspannende 16 sind identisch gestaltet. Die Gestalt der beiden Einspannenden 14, 16 wird im Folgenden exemplarisch anhand des ersten Einspannendes 14 erläutert.
-
Selbstverständlich können in einer alternativen Ausführungsform das erste Einspannende 14 und das zweite Einspannende 16 unterschiedlich zueinander gestaltet sein.
-
Das Einspannende 14 hat in der dargestellten Ausführungsform dieselbe Grundform wie der benachbarte Verdampferkörper 12, nämlich einen Zylinder mit einem gleichseitigen Dreieck als Grundfläche.
-
Die Seiten, die die Mantelfläche des Zylinders bilden, bilden hierbei jeweils eine Oberseite 31, 32, 33 des Einspannendes 14, die in die Oberfläche 34 der angrenzenden Verdampferseite 21, 22, 23 des Verdampferkörpers 12 plan übergeht.
-
Im Unterschied zu den axialen Kanten 36 des Verdampferkörpers 12 sind die axialen Kanten des Einspannendes 14 als Fasen 41, 42, 43 ausgebildet.
-
Die Fasen 41, 42, 43 können als durchgängige Fasen oder als abgesetzte Fasen gestaltet sein.
-
In einer alternativen Ausführungsform können ferner die axialen Kanten 36 des Verdampferkörpers 12 als Fasen ausgebildet sein, sodass sich die Fasen 41, 42, 43 der Einspannenden 14, 16 über die gesamte axiale Länge des Verdampferschiffchens 10 erstrecken.
-
Die Fasen 41, 42, 43 bilden hierbei jeweils eine Einspannfläche 51, 52, 53, die der jeweils entgegengesetzten Verdampferseite 21, 22, 23 zugeordnet ist und sich parallel zur Seite der Grundform des Verdampferkörpers 12 erstreckt, die die entsprechende Verdampferseite 21, 22, 23 bildet. Auf diese Weise ist eine Verdampferseite 21, 22, 23 horizontal ausgerichtet, wenn das Verdampferschiffchen 10 mit der der entsprechenden Verdampferseite 21, 22, 23 zugeordneten Einspannfläche 51, 52, 53 plan auf einer horizontalen Haltefläche einer Werkzeughalterung aufliegt, beispielsweise der Haltefläche einer Einspannklemme.
-
Grundsätzlich können die Einspannflächen 51, 52, 53 oder sogar die Einspannenden 14, 16 in einer alternativen Ausführungsform beliebig gestaltet sein.
-
Bei einem Verdampferschiffchen 10 mit einer geraden Anzahl an Verdampferseiten 21, 22, 23 können die Einspannflächen 51, 52, 53 zugleich die Oberseiten 31, 32, 33 der Einspannenden 14, 16 bilden.
-
In einer besonders einfach gestalteten Ausführungsform ist das Verdampferschiffchen 10 ein Quader mit quadratischer Grundfläche und 4 Verdampferseiten, die durch die rechteckigen Seitenflächen des Quaders gebildet werden.
-
Das Verdampferschiffchen 10 kann als elektrischer Heizwiderstand wirken und aus einem entsprechenden Material bestehen und wird somit durch Anlegen einer elektrischen Spannung durch direkten Stromdurchgang beheizbar.
-
Aufgrund der drehsymmetrischen Gestaltung des Verdampferkörpers 12 kann das Verdampferschiffchen 10 in drei unterschiedlichen Stellungen zum Verdampfen von Metall verwendet werden, wobei in jeder Stellung eine andere Verdampferseite 21, 22, 23 zum Verdampfen verwendet wird.
-
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der Verdampferkörper 12 eine Seitenlänge SK von 30 mm und eine axiale Länge LK von 118 mm.
-
Die Aufnahmekavitäten 26 haben jeweils eine Breite BA von 24 mm, eine axiale Länge LA von 110 mm sowie eine Tiefe TA von 3 mm.
-
Das Verdampferschiffchen 10 hat eine axiale Länge LS von 130 mm, wobei jedes Einspannende 14, 16 eine axiale Länge LE von 6 mm aufweist.
-
Selbstverständlich können das Verdampferschiffchen 10, der Verdampferkörper 12, die Aufnahmekavitäten 26 sowie die Einspannenden 14, 16 in einer alternativen Ausführungsform beliebige Maße aufweisen.
-
Insbesondere kann der Verdampferkörper 12 in einer alternativen Ausführungsform eine Seitenlänge SK von 20 mm bis 40 mm haben.
-
Mit den oben genannten Maßen kann jede Verdampferseite 21,22, 23 des Verdampferschiffchen 10 etwa 10 Stunden zum Verdampfen von Metall verwendet werden, sodass die Standzeit des Verdampferschiffchen 10 etwa 30 Stunden beträgt.
-
Indem das Verdampferschiffchen 10 jeweils nach 10 Stunden Betrieb von einer bereits benutzten Verdampferseite 21, 22, 23 zu einer noch nicht benutzten Verdampferseite 21, 22, 23 um die Drehachse D gedreht wird, können die beim Verdampfen von Metall entstehenden korrodierten Bereiche K (siehe 4) über den Querschnitt des Verdampferkörpers 12 verteilt und so eine erhöhte Standzeit erreicht werden.
-
Im Vergleich dazu weist ein herkömmliches Verdampferschiffchen 1 (siehe 5) mit einem rechteckigen Querschnitt und einer Verdampferseite 2, bei gleicher Querschnittsfläche wie der Verdampferkörper 12 des Verdampferschiffchens 10, nur eine Standzeit von etwa 15 Stunden auf, bevor der korrodierte Bereich K das herkömmliche Verdampferschiffchen 1 unbrauchbar macht.
-
Auf diese Weise kann mit dem Verdampferschiffchen 10 bei einer vergleichbaren Querschnittsfläche und damit einem vergleichbaren Materialeinsatz die Standzeit verdoppelt werden.
-
Ferner hat die drehsymmetrische Gestaltung des Verdampferkörpers 12 bzw. des Verdampferschiffchens 10 den Vorteil, dass das Verdampferschiffchen 10 besonders kostengünstig hergestellt werden kann.
-
Des Weiteren gewährleistet die drehsymmetrische Gestaltung des Verdampferkörpers 12, dass alle Verdampferseiten 21, 22, 23 identisch gestaltet sind und dieselben Eigenschaften zum Verdampfen von Metall aufweisen.
-
Insbesondere kann hierdurch das Verdampferschiffchen 10 in allen Stellungen, d.h. im Betrieb mit jeder der Verdampferseiten 21, 22, 23, auf dieselbe Weise betrieben werden, ohne dass hierzu die Werkzeughalterung für das Verdampferschiffchen 10 und/oder die Spannung zum Heizen des Verdampferschiffchen 10 wesentlich verändert werden muss.
-
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt. Insbesondere können einzelne Merkmale einer Ausführungsform beliebig mit Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden, insbesondere unabhängig von den anderen Merkmalen der entsprechenden Ausführungsformen.
