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Einklemmvorrichtung zum Einklemmen der Enden eines aus hochschmelzendem
sprödem Material bestehenden langgestreckten Gegenstandes, der hohen Temperaturen
ausgesetzt wird, vorzugsweise eines stabförmigen Heizelementes zum Vakuumaufdampfen
von Metallschichten Die Erfindung bezieht sich auf eine Einklemmvorrichtung zum
Einklemmen der Enden eines aus hochschmelzendem sprödem Material bestehenden langgestreckten
Gegenstandes, der hohen Temperaturen ausgesetzt wird.
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In der Praxis muß ein Gegenstand mitunter sehr fest eingespannt werden,
z. B. dann, wenn über die Einklemmstellen an den eingespannten Gegenstand Strom
angelegt wird. In diesem Fall dienen die Einklemmstellen zugleich als Stromübergangsstellen.
Um Stromverluste möglichst zu vermeiden, die an solchen Übergangsstellen zu befürchten
sind, muß die Einspannstelle den eingespannten Gegenstand mit festem Anlegedruck
umspannen. Als Werkstoff für den eingespannten Gegenstand aus hochschmelzendem Material
kann dann beispielsweise Titancarbid oder Zirkonborid verwendet werden. Die Erhitzung
durch Stromdurchgang erfolgt dann, um beispielsweise den eingespannten Gegenstand
auf eine zum Verdampfen erforderliche Temperatur zu bringen.
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Infolge der beim Stromdurchgang erfolgenden Erwärinung dehnt sich
der eingespannte Gegenstand aus und wirft sich. Dieses Werfen kann bei sprödem Werkstoff
die Folge haben, daß der eingeklemmte Gegenstand zerbricht.
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Es liegt also die Aufgabe vor, einen erhitzbaren, aus zerbrechlichem
Werkstoff bestehenden Gegenstand an seinen Einklemmstellen sehr fest einzuklemmen,
um beim Stromdurchgang Stromverluste möglichst zu vermeiden, und andererseits den
eingeklemmten Gegenstand trotz der sehr festen Einklemmung davor zu bewahren, daß
er möglicherweise beim Stromdurchgang und der dabei erfolgenden Erhitzung und Ausdehnung
zerbricht.
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Gerade bei Verdampfungsvorrichtungen ist es schon bekannt, die Träger
für den Verdampfer, die zugleich als Elektroden für die Heizstromzuführung dienen,
in solcher Weise einzuspannen, daß die Träger ein Ausdehnen und Ausweichen des zwischen
ihnen erfaßten Gegenstandes nach oben und nach unten hin gestatten. Trotz des richtigen
Ausgangspunktes dieser Lösung ist diese selbst unvollkommen, denn es reicht nicht
aus, daß die Träger nur nach oben oder unten ausweichen können. Die als Folge der
Erwärmung eintretende Ausdehnung des eingeklemmten Gegenstandes führt zu Spannungen,
die den eingeklemmten Gegenstand nach allen Richtungen hin drücken, weswegen zumindest
eines seiner eingeklemmten Enden eine Ausweichmöglichkeit nach allen Richtungen
hin gestatten muß. Ein Ausweichen nur nach oben und unten, also allein in vertikaler
Ebene, ist unvollkommen. Zum Verdampfen kommen häufig vorgeforinte Schiffchen zur
Verwendung, die sehr spröde sind und keine große Zugfestigkeit aufweisen. Hinsichtlich
solcher Schiffchen ist bekannt, ihre Längenänderung bei Temperaturänderungen durch
ein elastisches Glied aufzunehmen. Ein solches, dann an einer Stromzuführung vorgesehenes
elastisches Glied besteht aus einem Blechstreifen und ist federnd ausgebildet. Diese
Lösung gestattet ausschließlich Länaenänderungen, also Änderungen in der Hauptsache
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aufzunehmen, kann aber unmöglich der Aufgabe dienen, die infolge der Ausdehnung
nach allen Richtungen hin erfolgenden Ausdehnbewegungen des eingeklemmten Gegenstandes
zu erfassen.
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Die Einklemmvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zum Einklemmen
der Enden eines aus hochsehmelzendem sprödem Material bestehenden langgestreckten
Gegenstandes, der hohen Temperaturen ausgesetzt wird, vorzugsweise eines durch Stromdurchgang
zu erhitzenden stabförmigen Heizelementes zum Vakuumaufdampfen von Metallschichten.
bestehend aus zwei zur Aufnahme derbeiden Enden des langgestreckten Gegenstandes
geeigneten-, einander gegenüberliegenden Trägern, die
im Betriebszustand
aufeinander zugedrückt werden und eine Verschiebung des eingeklemmten Gegenstandes
in bestimmten Richtungen beim Auftreten von inneren Spannungen infolge Erhitzens
ermöglichen, ist zur Lösung der zuvor erläuterten Aufgabe dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens einer der Träger über einen Metallbalgen nach allen Seiten hin bewegbar
mit einem starren Bauteil der Vorrichtung verbunden ist sowie im Innern des Balgens
in an sich bekannter Weise Leitungen für den Durchfluß eines unter Druck stehenden
Kühlmittels vorgesehen sind, wobei das Kühlmittel zum Hauptteil auch den Druck liefert,
mit welchem die Träger aufeinander zugedrückt werden.
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Wird nun ein in dieser Weise nachgiebig eingespannter Gegenstand durch
elektrischen Strom erhitzt und dehnt er sich aus, werden die Ausdehnbewegungen durch
den über den Balgen nachgiebig angeordneten einen Träger aufgenommen. Hierbei dient
die in dem inneren Hohlraum des Balgens unter Druck eingeleitete Kühlflüssigkeit
als Puffer, um den Ausdehndruck des eingeklemmten Gegenstandes aufzunehmen, der
darüber hinaus völlig frei ist, eine Ausdehnbewegung auch aus der Achsmitte heraus
vorzunehmen, da diese durch die allseitig nachgiebige Vorrichtung, welche den nachgiebigen
Klemmträger trägt, solche Ausweichbewegungen nach jeder Richtung hin zuläßt. Somit
ist ein in dieser Weise eingespannter Gegenstand besonders geeignet, um in Verdampfungsvorrichtungen
Verwendung zu finden, bei denen der eingeklemmte Gegenstand mit Strom beschickt
und dadurch erhitzt wird und als Folge hiervon sich ausdehnt.
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Soll beispielsweise Aluminium verdampft werden besteht das Heizelement
zweckmäßig aus Titankarbid oder Zirkonborid und ist an den Enden in zwei Träger
eines Materials guter Leitfähigkeit, wie Kupfer, aufgenommen. Die Träger werden
im Betriebszustand der Anlage aufeinander zugedrückt. Die Träger und das Heizelement
sind in einem verschlossenen Raum, in dem Unterdruck herrscht, angeordnet.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher
erläutert. In F i g. 1 ist die Vorrichtung nach der Erfindung in einem Schnitt
durch die Träger dargestellt; in F i g. 2 und 3 ist eine mit der Vorrichtung
nach der Erfindung versehene Anlage zum Aufdampfen eines Metalls auf einen Gegenstand
in einem Schnitt durch das Heizelement, bzw. in einem Schnitt senkrecht zu diesem
Element dargestellt.
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In F i g. 1 ist der eingeklemmte Gegenstand mit 11 bezeichnet.
Seine Enden 12 und 13 sind in die Träger 14 und 15 aufgenommen. Der
Träger 14 ist durch eine feste Verbindung mit einer mechanischen Unterstützung
16 verbunden. Der Träger 14 wird durch eine um ihn herumlaufende Kühlmittelleitung
17 gekühlt. Die Zu- und Abführung des Kühlmittels erfolgt durch Leitungen,
die senkrecht zur Zeichenebene rückwärts aus der Vorrichtung herausragen und daher
in der Zeichnung nicht sichtbar sind. Der Träger 15 ist an der Stirnfläche
eines Metallbalgens 18 befestigt, dessen anderes Ende mit dem Bauteil
19 verbunden ist, der seinerseits durch eine feste Verbindung an der mechanischen
Unterstützung 16
befestigt ist. In das Innere des Balgens münden die Zuführungsleitung
20 und die Abführungsleitung 21. des Kühlmittels. Der am Balgen 18 befestigte
Träger 15 kann sich hierdurch unter dem Einfluß von sowohl in Richtung der
Verbindungslinie X-X der im Ruhezustand befindlichen Träger, als auch in zu dieser
senkrechten Richtungen wirkenden Kräften verschieben. Bei der Ausführungsform nach
F i g. 1 ist der Träger 14 nicht verschiebbar, aber es ist möglich, diesen
Träger gleichfalls durch eine Balgenkonstruktion mit der mechanischen Unterstützung
16 zu verbinden.
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In den F i g. 2 und 3 ist eine Anlage zum Aufdampfen
eines Metalls auf einen Gegenstand in einem Schnitt gemäß der Linie 11-11
der F i g. 3 bzw. der Linie III-111 der F i g. 2 dargestellt. Die
Anlage ist mit einer Einklemmvorrichtung nach der Erfindung versehen. Das aus Titankarbid
oder Zirkonborid bestehende Heizelement ist mit 111 bezeichnet. Das dargestellte
Heizelement hat die Form eines stabförmigen Gegenstandes viereckigen Querschnitts.
Die Enden 112 und 113 sind in die Träger 114 und 115 aufgenommen,
welche aus einem Material guter Leitfähigkeit, wie Kupfer, hergestellt sind. Der
Träger 114 ist an der mechanischen Unterstützung 122 starr befestigt, welche gleichfalls
aus einem Material guter Leitfähigkeit besteht. Der Träger 114 ist von der Kühlwasserleitung
117 umgeben, deren aus einem nichtleitenden Material bestehende Zu- und Abführungsleitungen
123 und 124 rückwärts aus der Anlage herausragen. Der Träger 115 ist
an der Stirnfläche des Metallbalgens 118 befestigt, dessen anderes Ende mit
dem Bauteil 119 verbunden ist, der gleichfalls an einer mechanischen Unterstützung
125 starr befestigt ist. Der Bauteil 119 und der Balgen
118 sind gleichfalls aus einem Material guter Leitfähigkeit hergestellt.
Der Balgen 118 kann dabei aus Tombak bestehen. In den Balgen 118 münden
die aus einem nichtleitenden Material bestehenden Zu- und Abführungsleitungen 120
und 121. Die mechanischen Unterstützungen 122 und 125 sind mit dem Gehäuse
126 der Anlage starr verbunden und durch die aus einem Isoliermaterial bestehenden
Teile 127 und 128 von diesem Gehäuse isoliert. Durch den Balgen
118, die Träger 114 und 115 und das Heizelement 11 wird ein
elektrischer Strom geschickt, der durch die Leitungen 129 und 130
der
Anlage zugeführt bzw. von ihr abgeführt wird. Die Anlage besitzt weiterhin zwei
Unterstützungen 131 und 132, auf die der mit einer aufgedampften Metallschicht
zu versehende Gegenstand 133 aufgesetzt ist. Das Gehäuse 126 der Anlage
enthält eine Spule 134, die auf der im Gehäuse gelagerten Welle 135 befestigt
ist, die über ein Übersetzungsgetriebe 136 von dem Elektromotor
137 angetrieben wird. Auf der Spule 134 ist das aufzudampfende Material in
Drahtform vorhanden. Das drahtfönnige Material 138
wird von der Spule 134
aus über die Führung 139
dem Heizelement 111 zugeführt. Das Gehäuse
126 ist durch den Deckel 140 luftdicht von der Umgebung abgeschlossen. In
den abgeschlossenen Raum mündet: die Leitung 141, die an eine nicht dargestellte
Anlage angeschlossen ist, welche im abgeschlossenen Raum einen Unterdruck bewirken
kann. Das Gehäuse 126
der Anlage ist auf zwei Unterstützungen 142 und 143
aufgesetzt und mit diesem starr verbunden. Die Wirkungsweise der Anlage ist wie
folgt-.
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Das Heizelement 111 wird durch den durchgeleiteten elektrischen
Strom auf die zur Verdampfung notwendige Temperatur erhitzt. Um diese verhältnismäßig
hohe Temperatur zu erreichen, muß ein starker Strom durch das Element geschickt
werden. Dabei ist
es wichtig, daß der übergangswiderstand, der an
den Berührungsflächen der Enden 113 und 114 des Heizelementes 111
mit den Trägern 115 und 114 auftritt, gering ist. Dazu sind die Enden 112
und 113 des Heizelementes 111 derart gestaltet, daß sie über ihre
ganze Außenfläche mit den Trägern 114 und 115,
welche kräftig gegen das Heizelement
111 gedrückt werden, in Berührung sind. Durch dieses innige Aufschließen
der Enden in den Trägern haben diese gegenüber den Trägern keine Beweg
C gungsfreiheit. Wenn das Heizelement unter dem Einfluß der infolge der Erhitzung
auftretenden inneren Spannungen krummziehen will, so würde es brechen, wenn die
Träger 114 und 115 zueinander starr angeordnet wären. Da der Träger
115 auf der Stirnfläche des Balgens 118 montiert ist, kann er sich
in verschiedenen Richtungen etwas verschieben, so daß das Heizelement
111 die Freiheit hat, etwas krummzuziehen, wodurch die inneren Spannungen
ausgeglichen werden und das Element nicht bricht. Auf das Heizelement wird das niederschmelzende
Material, z. B. Aluminium, aufgebracht. Dieses Material wird ausfließen und, wenn
es schneller schmilzt als verdampft, sogar die Träger 114 und 115 erreichen.
Hierdurch würden die Träger von diesem Metall chemisch angegriffen werden. Da jedoch
die Träger gekühlt werden, erstarrt das geschmolzene Metall, das mit den Trägern
in Berührung kommt, so daß ein solcher Xngriff nicht auftritt. Da das Kühlwasser
unter einem bestimmten Druck dem Balgen zugeführt wird, wird dieser Kühlwasserdruck
auch auf den Träger 115
übertragen, so daß letzterer gegen das Heizelement
111 gedrückt wird. Das am Heizelement 111 verdampfte Metall wird auf
den über dem Heizelement befindlichen Gegenstand 133 niederschlagen.
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Der wichtige Vorteil der Einklemmvorrichtung nach der Erfindung besteht
darin, daß man jetzt nicht die Gefahr läuft, daß das Heizelement 111 bricht,
bevor der Gegenstand völlig mit einer aufgedampften Materialschicht versehen ist.