DE1521573A1

DE1521573A1 - Regelanlage fuer Bedampfungsapparate

Info

Publication number: DE1521573A1
Application number: DE19661521573
Authority: DE
Inventors: George Dykemann; Frank Slamar
Original assignee: United States Steel Corp
Current assignee: United States Steel Corp
Priority date: 1965-11-10
Filing date: 1966-11-10
Publication date: 1969-11-06
Also published as: BE689369A; US3397672A; ES333150A1; FR1498949A; GB1168813A; NL6615541A

Description

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Die vorliegende Erfindung "betrifft eine Regelanlage zur Einstellung der verschiedenen Bedingungen bei kontinuierlichen Bandlackierverfahren in Vakuum, bei denen auf der Oberfläche eines Bandes entsprechend der Bandgeschwindigkeit Metalldampf abgeschieden wird. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Anlage zur Steuerung des Austritts von Dampfteilchen aus der Oberfläche des Schmelzbades aus öchichtmetall, damit eine gleichmäßige Schichtdicke der auf dem Band aufgedampften Metallschicht in der Längs- und Querrichtung gewährleistet ist.

Bei der kontinuierlichen Bedampfung von Bandmaterial wird vorzugsweise ein länglicher Schmelztiegel quer zur Be-

Patenfanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

8 MÖNCHEN 2, TH ERES I ENSTRASSE 33 · Telefon: 2921 02 · Telegramm-Adresse: Lipatli/München

wegungsrichtung des Bandes aufgestellt und die Oberfläche der darin enthaltenen Schmelze aus öchichtmetall erhitzt. Zur Erhitzung, vorzugsweise durch Elektronenbeschuß, sind mehrere sogenannte Elektronenkanonen (Emitter) hintereinander entlang dem Schmelztiegel angebracht. Die von der Kanone zur Metalloberfläche im Schmelztiegel verlaufenden Elektronenbahnen werden durch quer zur Strahlungsrichtung verlaufende Magnetfelder gesteuert, wie in dem U.S. Patent No. 3,046,936 von Simons beschrieben wird. Wenn dicke Schichten erforderlich sind, werden vorzugsweise mehrere dieser Anordnungen aus Schmelztiegel und Elektronenkanonen in gewissem Abstand voneinander entlang dem zu beschichtenden Band verwendet. Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, sowohl die Gesamtleistung, die der Metalloberfläche im Tiegel zugeführt wird, als auch die Aufteilung dieser Leistung auf die einzelnen Elektronenkanonen zu regeln, um in Längsrichtung des Tiegels (d. h. quer zum Band) eine bestimmte Kurve für die Verdampfungsgeschwindigkeit des Metalls zu schaffen und um die Geschwindigkeit der Metallzufuhr zum Tiegel in Übereinstimmung mit der Bandgeschwindigkeit zu regeln, damit die auf dem Band abgeschiedene Schicht in Längs- und in Querrichtung eine gleichmäßige Dicke aufweist.

Der hier verwendete Ausdruck "Strahlleistung" ist die von einer einzigen Elektronenstrahlkanone an die Metalloberfläche im Tiegel abgegebene Leistung. Eine bestimmte Strahlleistung ergibt sich entweder aus einer relativ hohen Spannung

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mit niedrigem Strahlstrom oder aber aus einer niedrigen Spannung mit hohem Strahlstrom. Bei der Verwendung von Elektronenkanonen als Heizquelle bei kontinuierlichen Prozessen im Hochvakuum bilden einander entgegengesetzte Betriebskennwerte ein Problem, das gelöst werden muß. Beispielsweise ist eine lineare Leistungsregelung erwünscht,* eine Elektronenkanone ist jedoch grundsätzlich ein nichtlineares Gerät. Weiterhin ist ein gleichmäßiger Leistungsfluß erwünscht, jedoch treten häufig Ionisierungsentladungen auf, die durch Verunreinigungen aus den Arbeitsmaterialien verursacht werden und kurzzeitige Kurzschlüsse zum Netzteil hervorrufen. Um Verfahrensabweichungen auszugleichen, sind Leistungsänderungen über einen weiten Bereich erforderlich, die normale Arbeitsweise einfacher Elektronenatrahlkanonen ist jedoch auf einen engen Betriebsbereich beschränkt. Dennoch wird eine einfache Elektronenkanone bevorzugt, da sie in einer Atmosphäre arbeiten muß, die den Elektrodenaufbau einer komplexeren Kanone verunreinigen würde. Bisher erforderte eine Weitbereichsregelung Steuergitter und Zusatzelektroden, wie sie in komplexeren Elektronenkanonen vorgesehen sind, um den iStromfluß zu variieren und den Elektronenstrahl auf den zu erhitzenden Gegenstand zu bündeln.

Zur Aufgabenstellung der Erfindung gehört weiterhin, eine große Zahl von Elektronenkanonen zu steuern, um einen Schmelztiegel, der erheblich größer als eine einzelne Elektronenkanone ist, gleichmäßig erhitzen zu können.

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Dementsprechend liefert die vorliegende Erfindung eine Regelanlage für ein Gerät zur Beschichtung eines bewegten Bandes mit Metall durch Bedampfen in Vakuum mit einem Schmelztiegel, der in der Nähe des Bandes angebracht ist und das zur Beschichtung dienende Metall enthält, mit einer Elektronenkanone neben dem Tiegel, die mittels einer Glühelektronenemissions-Elektrode einen Elektronenstrahl auf das im Tiegel enthaltene Metall aussendet, mit Vorrichtungen, die der Elektronenkanone elektrische Leistung zuführen und Spannungsreglervorrichtungen enthalten, und mit Vorrichtungen, um die Spannungsreglervorrichtungen entsprechend der Bandgeschwindigkeit zu variieren.

Hierfür muß die Elektronenstrahlkanone innerhalb geregelter Bereiche für Spannung, Strahlstrom und Heizdrahtstrom (Temperatur) betrieben werden. Wenn beispielsweise die Temperatur des Heizfadens (Emitter) hoctigenug ist, so daß mehr Elektronen vorhanden sind, als bei maximaler Spannung (Sättigung) von der Metallschmelze angezogen werden können, kann die Strahlleistung durch Variieren der Spannung geändert werden. Zweitens» Wenn die Spannung genügend hoch ist, um aus dem Heizdraht zur Metallschmelze hin die maximale Anzahl von Elektronen anzuziehen, die vom Heizdraht emittiert werden können( temperaturbegrenzt), dann kann die Leistungsdichte durch Änderung des Heizdrahtstroms (Temperatur) geregelt werden. Wenn der Heizdraht temperaturbegrenzt ist und die Spannung unterhalb der Maximalspannung liegt, kann die Strahl-

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spannung außerdem durch Variieren der Heizdrahttemperatur und der Spannung geregelt werden, bis entweder der erste oder der zweite der oben beschriebenen Zustände erreicht ist.

Eb folgt nun eine Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an Hand der Zeichnungen.

Figur 1 ist eine schematische Darstellung des Bedampfung sapparat es und ein Diagramm eines Teils der Schaltung für die Eegelanlage nach der vorliegenden Erfindung.

Figur 1a ist der restliche Teil des Schaltdiagramma für die Regelanlage.

Man betrachte nun Figur 1. Der Apparat, bei dem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, enthält eine Vakuumkammer 10 mit eingangs« und ausgangsseitigen Rollendichtungen 11 und 12. Die Kammer 10 wird durch geeignete Pumpen (nicht dargestellt) auf einen Druck von weniger als 2·10~'^> bis 10 mm Hg evakuiert. Führungsrollen 13 leiten das Band 14 durch die Kammer, so daß das Band zuerst an den als Vorwärmer dienenden Elektronenstrahlkanonen 15 und dann in gegenläufiger Richtung an zwei Paaren von langgestreckten, quer angebrachten feuerfesten Tiegeln 17 und 18 vorbeiläuft, damit beide Seiten des Bandes beschichtet werden. Eine Reihe von Elektronenstrahlkanonen 19 (etwa das Modell 60-850 von UITEK CORPORATION, PaIo Alto, Kalifornien) reichen vom einen Ende des Tiegels zum anderen, und Elektromagnete 20 sind auf geeigneten Kernanordnungen vorgesehen und liefern die Magnetfelder, um die gewünschte Krümmung der Elektronenstrahlen hervorzurufen.

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Für Jeden Tiegel ist ein Drahtzuführungsgerät 21 vorgesehen, das den nötigen Nachschub an Schichtmetall liefert, beispielsweise Aluminium aus dem Speicher 16. Ein Oberflächen-Pyrometer 22 (etwa das Modell TD-3, hergestellt von der RADIATION EIECTRONICS COMPANY, Chicago, Illinois) mißt die Temperatur des Bandes nach dem Vorwärmen j geeichte Meßgeräte 25 zur Schichtdickenmessung (etwa der "Quantroi"-Analysator, hergestellt von APPLIED RESEARCH LABORATORIES, Inc., Glendale, Kalifornien) messen die Schichtdicke auf der einen Seite des Bandes. Ein Tacho-Generator 24 erzeugt proportional zur Geschwindigkeit des durch die Kammer 10 laufenden Bandes eine Spannung, die an den Hauptregler 25, der im folgenden beschrieben wird, ein Signal liefert.

Die Anlage der vorliegenden Erfindung arbeitet nach Maßgabe eines Hauptreglers, dessen Elemente innerhalb des gestrichelten Rechtecks 25, das im folgenden allgemein als Regler bezeichnet wird, drei Potentiometer 26, 27 und 28 enthalten, die automatisch eingestellt werden und die die Geber für die Drahtzuführungsgeschwindigkeit, den Glühfadenstrom und die Eingangsleistung der Elektronenstrahlröhre darstellen und die jeweils bei gegebener Bandgeschwindigkeit die für die gewünschte Schichtdicke geeigneten Werte liefern.

Figur 1a zeigt die Regelanlage für die Glühfäden 29A, 29B, etc. für eine Gruppe von fünf Elektronenkanonen, die hintereinander angeordnet sind und zu einem der Tiegel 17 gehören, wie bei 19 angedeutet ist. Jeder der Tiegel hat einen

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solchen Satz Elektronenkanonen 19· Die Elektronenstrahleingangsieistung für jede Gruppe von Elektronenkanonen wird aus einer Primärquelle 30 entnommen, und zwar über einen dreiphasigen magnetischen Verstärker 31 (handelsübliches Gerät» erhältlich bei Elektrofinnen, beispielsweise General Electric Company), einen Transformator 32 und Gleichrichter 33 (etwa Siliziumgleichrichter von Westinghouse Electric Corporation), die an zwei Sammelschienen 34- und 35, von denen die positive (35) geerdet ist, eine hohe Gleichspannung liefern (5000 bis 15000 Volt). Die von diesen Sammelschienen abgenommene Eingangsleistung wird von einem Wattmesser 36 gemessen (etwa das Modell 1483 von Weston Instruments)· Das Wattmeter 36 liefert eine Signalspannung, der die Spannung vom Potentiometer 28 über einen Widerstandskreie (der im einzelnen später beschrieben wird) gegengeschaltet ist, wobei die resultierende Spannungsdifferenz einem Leistungsverstärker 37 eingespeist wird (etwa von der Firma Norbatrol Electronics Corporation, Pittsburgh, Pennsylvania)· Der Ausgang vom Verstärker erregt die Feldspule eines Erregergenerators 38, der von einem Motor mit konstanter Drehzahl angetrieben wird (nicht dargestellt). Der Generator 38 erregt die verschiedenen Erregerwicklungen 31Λ des Hagnetverstärkers 31· Daraus ergibt sich ein geschlossener Regelkreis, durch den der Magnetverstärker zur Aufrechterhai tung einer konstanten Eingangsleistung dient, indem die anliegende Spannung entsprechend der Stellung des Potentiometers 28 korrigiert wird, wobei allerdings noch andere

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variable Bedingungen eingehen, wie im folgenden erläutert wird,

Die Glühfäden 29A, 29B, etc. der Elektronenstrahlkanonen sind mit einer Quelle für Heizstrom verbunden,und zwar über die Transformatoren 39A, 39B, etc. unter der Kontrolle der Magnetverstärker 4OA, 4OB, etc., die dem Verstärker 37 ähnlich sind und die ihrerseits mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind. Jeder dieser Verstärker besitzt eine Steuerwicklung 41A, 41B, etc-r, die an einer Sammelschiene 42 von einem Verstärker 43 anliegen. Der Verstärker 43 wird über ein Widerstandsnetzwerk von dem Heizdraht-Regelpotentiometer 27 gespeist (das später im einzelnen beschrieben wird)} außerdem liegt am Verstärker 43 eine von einem Spannungsteiler 44 an der Sammelschiene 34 abgegriffene Spannung an, wobei der Spannungsteiler eine Zenerdiode 45 (etwa von International Rectifier Corporation), eine örtliche Vorspannungsquelle 46 und ein mit Hand einzustellendes Potentiometer 47 enthält. Dadurch wird der an sämtlichen Heizdrähten 29A, 29B, etc. anliegende Strom durch die Differenz zwischen der Spannung vom Potentiometer 27 und der von Spannungsteiler 47 geregelt. Das Potentiometer 47 reguliert die Proportionalität zwischen der von der Sammelschiene 34 abgegriffenen Spannung und der Spannung vom Potentiometer 27. Das Netzwerk 44 ändert den Eingang für den Verstärker 43 nur dann, wenn die Spannung an der Sammelschiene 34 über- oder unterhalb eines gewünschten Arbeitsbereiches liegt, der von der ausgewählten Zenerdiode 45 und der Einstellung an einem Potentiometer 48 bestimmt wird,

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das die anliegende Vorspannung regelt.

Die Verstärker 4OA, 4OB, etc. besitzen außerdem Steuerwicklungen 49A, 49B, etc., die etwa durch Nebenschlüsse 5OA, 50Β·> etc. in Übereinstimmung mit den einzelnen Heizdrahtströmen erregt werden. Die individuelle Regelung des Heizstroms der verschiedenen Heizdrähte erfolgt über Transduktor en i?1A, b1B, etc. Die Transduktoren sind magnetische Verstärker (etwa die von Magnetic Controls Company, Minneapolis, Minn, hergestellten Gleichstromtransformatoren), die mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind und von der Hochspannungsschiene 34 Eingangsstromsignale empfangen und die natürlich mit den einzelnen Heizdrähten verbunden sind. Die Gleichspannungsausgänge der Transduktoren, d. h. entkoppelte Signale, die proportional zur Hochspannungszuleitung zu den einzelnen Heizdrähten sind, liegen ebenfalls an den Magnetverstärkern 4OA, 4OB, etc. an, um die Heizdraht-Temperaturen zu regulieren und um das richtige Verhältnis von Temperatur zur Dichte der Blektronenstrahlentladung vom Heizdraht zum Tiegel aufrechtzuerhalten. -

In der vorliegenden Ausführungsform sind Vorrichtungen vorgesehen, die dafür sorgen, daß die äußeren Elektronenkanonen einen stärkeren Elektronenstrahl liefern als die inneren Kanonen, damit eine gleichmäßige Schichtdicke der aufgedampften Schicht quer zum Band gewährleistet ist. Diese Vorrichtung enthält weitere Steuerwicklungen 52A, 52B, 52D und 52E für die zugehörigen Verstärker 4OA, 4OB, 4OD und 4OE. Der Verstärker

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400 besitzt keine solche Wicklung. Diese Wicklungen werden von den Ausgängen der Transduktoren 51A, 51B, 51D und 51E erregt. Durch zwei mechanisch miteinander gekoppelte Potentiometer 52 und 53 werden die Transduktoren 51A und 51E gesetzt, damit sie die Heizdrähte 29A und 29E stärker erregen als die Heizdrähte 29B, 290 und 29D, wobei die Transduktoren 51B, 510 und 51D auf Grund der gemeinsamen Verbindung 54 mit gleicher Spannung arbeiten. Da der Transduktor 510 keinen Einfluß auf den Verstärker 400 hat, erregt dieser den Heizdraht 290 mit Minimalspannung. Die Verstärker 40B und 40D erregen die Heizdrähte 29B und 29D mit höherer Spannung und die Verstärker 40A und 40E erregen die Heizdrähte 29A und 29E mit einer noch höheren Spannung. Hierdurch ist von der Mitte des Tiegels 17 zum Rand hin eine anwachsende Verdampfungsgeschwindigkeit gegeben, wodurch die sonst auftretende Abnahme der Schichtdicke an den beiden Kanten ausgeglichen wird.

Eine zweite vom Regler 25 ausgeübte Regelfunktion betrifft die Bestimmung der geeir - ι Leistungsaufteilung auf die verschiedenen aufeinanderfolgenden Tiegel 17» 18. Normalerweise ist erwünscht, die Leistung gleichmäßig auf die verschiedenen verwendeten Tiegel zu verteilen, obwohl ersichtlich ist, daß aus einer nichtlinearen Beziehung zwischen Leistung und Verdampfungsgeschwindigkeit besondere Vorteile gezogen werden können, indem die Leistung verschiedenartig dimensioniert wird. Für die gewünschte Aufteilung der Leistung auf die verschiedenen Regelanlagen für die Elektronenkanonen

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zweier oder mehrerer Tiegel wird ein Mehrfachkontaktaehalter

72 für die Auswahl der Widerstände 75» 74 verwendet, die die Bezugsspannung durch 1, yz oder Y3 teilen, je nachdem ob 1, 2 oder 3 Tiegel verwendet werden. Wie in Figur 1a gezeigt ist, können entweder der erste oder der dritte Tiegel allein, der

erste und der zweite zusammen oder alle drei zusammen verwendet werden« Zusätzliche Schaltverbindungen können auch andere Kombinationen ermöglichen. Da die Signalteilungs-Widerstände

73 und 74 einstellbar sind, können verschiedene Verhältnisse eingestellt werden, d. h. alle drei Tiegel können bis zu 100# des Referenzsignals ausgesteuert werden.

Eine dritte vom Regler 25 ausgeübte Regelfunktidn besteht darin, die Geschwindigkeit zu variieren, mit der die Drahtzuführungsmaschine 21 arbeitet. Für diesen Zweck verändert ein Regler 55 (beispielsweise die Type "Basic Electronic Governor C^w der Firma Linde Div., Union Carbide Corporation) die Geschwindigkeit eines Motors 56, der die Drahtnachführungsrollen 57 antreibt. Der Regler 55 spricht auf die Differenz zwischen der Spannung vom Potentiometer 26 und der vom Tachogenerator 58 erzeugten Spannung an, der mit dem Motor 56 gekoppelt ist.

Die verschiedenen Potentiometer 26, 27 und 28 des Reglers 25 werden gemeinsam von einem Servomotor 59 angetrieben (etwa das Modell 6102 von der Solar Electronics Company, Hollywood, Kalifornien), und zwar in Übereinstimmung bezüglich Abweichungen der auf dem Ber.i S aufgebrachten Schichtdicke

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vom gewünschten Wert und bezüglich Abweichungen bei der Bandgeschwindigkeit. Wenn der Fühler 23 abweichende Werte für die Schichtdicke feststellt, liefert er Signale an einen Zwischen-Servomotor 60 (ähnlich dem Servomotor 59)» der mechanisch mit einem Potentiometer 61 gekoppelt ist, das dem Servomotor 59 eine Spannung liefert· Das Potentiometer 61 liegt in einem Vorspannungsnetzwerk 62, das an die Eingänge der Potentiometer 63 und 64 angeschlossen ist, und an diese Eingänge Spannung anlegt, die einer bestimmten Breite des Bandes bzw· Schichtdicke entspricht.

Vom Tachogenerator 24 wird die Meßgröße der Bandgeschwindigkeit abgenommen. Die vom Generator 24 gelieferte Spannung wird an die Potentiometer 63 und 64 angelegt und betreibt zusammen mit der Spannung für die vorgewählte Breite und Schichtdicke das Netzwerk 62. Ein Zeitgeber 65 (der im einzelnen weiter unten beschrieben wird) bewirkt, daß das Potentiometer 61 vom Servomotor 60, falls erforderlich, periodisch eingestellt wird, und das Potentiometer 61 seinerseits bedient den Servomotor 59. Der Servomotor 59 betätigt die Potentiometer 26, 27 und 28, deren Arbeitsweise oben schon beschrieben wurde.

Der Zeitgeber 65 bewirkt, daß der Regler 25 in Übereinstimmung mit der vom Fühler 23 gemessenen Schichtdicke mit einer Geschwindigkeit zurückgesetzt wird, die sich mit der Bandgeschwindigkeit ändert, wodurch die Verzögerung zwischen der Messung der Schichtdicke und der Nachregelung kompensiert

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wird} diese Verzögerung entsteht dadurch, daß eine gewisse Zeit vergeht, bis ein' Bandpunkt von den Tiegeln 17 zum Fühler gelangt. Dieser Zeitgeber hat zwei Perioden (der Zeitgeber wird beispielsweise von der Firma Square D Co., Milwaukee, Wis., hergestellt) und steuert die Arbeitsweise des Servomotors Die eine Periode (der Einschaltzustand) des Zeitgebers wird durch die Einstellung eines Regelwiderstands 65C bestimmt. Die andere Periode (der Ausschaltzustand) wird von einem veränderlichen Widerstand 65D gesteuert. Dieser Widerstand ist eine Photozelle, deren Widerstand durch das Licht von einer lampe 65E gesteuert wird, die durch die Spannung vom Tachogenerator 24 erregt wird. Die Photozelle 65D und die Lampe 65E bilden eine Kombination, die als elektrooptisches Gerät mit der Bezeichnung "Raysistor" von der Firma Raytheon Co., Newton, Mass. hergestellt wird.

Die Kontakte 66 des Zeitgebers 65 sind während der Einschaltperiode geschlossen und während der Ausschaltperiode offen. Der Regelwiderstand 65C ist anfänglich so eingestellt, daß die Einschaltperiode ausreicht, um ein am Eingang des Servomotors 60 anliegendes Fehlersignal von 100$ auszugleichen. Wenn die Bandgeschwindigkeit zunimmt, leuchtet die Lampe 65E heller, wodurch der Widerstand der Photozelle 65D kleiner wird und dementsprechend die Ausschaltperiode des Zeitgebers 65 kürzer wird. Im weiteren Verlauf der Arbeitsweise der Anlage kann der Regelwiderstand 65C so eingestellt werden, daß er die Einschaltperiode verkürzt und damit die Betriebszeit des Servomotors 60 verringert.

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Wenn die tatsächliche Schichtdicke, die das Meßgerät 23 mißt, aer gewünschten, durch die Einstellung des Potentiometers 64 angegebenen Dicke entspricht, setzt sich das Eingangssignal zum Servomotor 59 aus den Spannungen der Potentiometer 63 und 64 zusammen. Wenn die tatsächliche Schichtdicke vom öollwert abweicht, bewirken der Servomotor 60, aer Zeitgeber 65 und aas Vorspannungsnetzwerk 62 ein Ansteigen des am Servomotor 59 anliegenden Signals im Verhältnis zu der gemessenen Abweichung. Der Servomotor 59 vergrößert oder verkleinert die Einstellung der Potentiometer 26, 27 und 28 in entsprechenden Verhältnissen, damit die gesamte Regelanlage auf einen Pegel eingestellt wird, der die gewünschte Schichtdicke liefert. Da die Vorgänge der Beschichtung und der Schichtdicken-Messung notwendigerweise räumlich getrennt sein müssen, wird die Verzögerung zwischen der Beschichtung und dem Meßvorgang proportional zur Bandgeschwindigkeit gewählt. Wie schon erwähnt wurde, bewirkt der Zeitgeber 65 die Verzögerung zwischen den vom Servomotor 60 an d-r n^-vomotor 59 gelieferten Korrekturen, und zwar in der Weise, daß die Verzögerung proportional zur Bandgeschwindigkeit ist.

Die Stromversorgung für die Wicklung des Elektromagneten 20 wird von einem Stromregler 67 gesteuert (als Beispiel hierzu die Anmeldung vom 17. Mai 1963» veröffentlicht von George A. Philbrick Researchers, Inc., Boston, Mass.). Die Regelung erfolgt gemäß der Eingangsspannung vom Wattmeter 36, die an ein Potentiometer 68 angelegt wird.

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Ea ist natürlich ersichtlich, daß die oben beschriebene Regelanlage zur Regelung der Elektronenstrahlkanonen von nur einem Tiegel dient} für die Elektronenkanonen anderer Tiegel müssen weitere Regelanlagen vorgesehen werden.

Eine Eigenschaft der vorliegenden Erfindung, die noch beschrieben werden muß, ist die Steuerung der Vorwärm-Elektronenkanonen 15. Hierzu gehören ein Netzteil 69 ( mit Einheiten ähnlich den Einheiten 311 32 und 33)ι eine Heizdrahtregel schaltung 70 (mit ähnlichen Einheiten wie 39 bis 54, mit und ohne die zugefügten Buchstaben A-E) und ein Hauptregler 71» ähnlich dem Regler 25, nur daß hierbei anstelle der Schichtdicke die Temperatur des Bandes, gemessen vom Pyrometer 22,. den Arbeitsgang reguliert, nachdem an Potentiometern, ähnlich den Potentiometern 63 und 64-, die 8ollwerte für Bandbreite, Banddicke und gewünschte Temperatur eingestellt worden sind. Aus der obigen Ausführung ist ersichtlich, daß nicht nur die Heizdrähte der Verdampfungskanone 19 von der Mitte des Tiegels zu den Rändern des Streifens hin mit wachsender Spannung erregt werden, sondern auch die Erregung der Heizdrähte für die Vorwärmkanonen 15 in ähnlicher Weise zunimmt.

Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß die Erfindung zahlreiche Vorteile aufweist. Erstens kann die Anlage im voraus für eine bestimmte gewünschte Schichtdicke auf einem Band bestimmter Breite und gegebener Geschwindigkeit eingestellt werden. Der für diese Bedingungen erforderliche Heizstrom, die zwischen Heizdraht und Tiegel anliegende Spannung

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und die Eingangsleistung der Elektronenkanonen werden auf einem bestimmten geeigneten wert gehalten oder, soweit das notwendig ist, eingestellt, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, d. h. eine einheitliche Schichtdicke über die gesamte Fläche des Bandes, trotz möglicher Änderungen der Bandgeschwindigkeit oder der tatsächlich aufgebrachten Schichtdicke, die verschiedene Ursachen haben können. Das Vorwärmen des Bandes und die Bedampfungsrate, mit der das Schichtmetall aufgedampft wird, nehmen außerdem von der Mittellinie des Bandes zu den Kanten hin zu· Damit eine einheitliche Erhitzung und Beschichtung über die ganze Breite gewährleistet ist, muß dieser Effekt kompensiert werden. Die gewünschte Verteilung der Verdampfungs- oder Vorwärmenergie wird beibehalten, auch wenn der Gesamtpegel der Eingangsenergie Änderungen erfährt. Die Anlage erhält eine geeignete Eingangsleistung für die Elektronenkanonen aufrecht, indem die Spannung oder der Strom oder beide den Erfordernissen entsprechend variiert werden, um Änderungen der Steuerparameter auszugleichen.

Obwohl im vorstehenden eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, können auch Änderungen oder Abwandlungen vorgenommen werden, soweit sie in den Bereich der Erfindung und den der Ansprüche fallen.

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Claims

UNITED STATES STEEL CORPORATION Pittsburgh 30, Pennsylvanien William Penn Place 525 V. St. A. Patentanmeldung* Regelanlage für Bedampfungsapparate, PATENTANSPRÜCHE

1. Regelanlage für ein Gerät zur Beschichtung eines bewegten Bandes mit Metall durch Bedampfen in Vakuum, gekennzeichnet durch einen Schmelztiegel (17» 18), der in der Nähe des Bandes angebracht ist und das zur Beschichtung dienende Metall enthält, mit einer Elektronenkanone (19) neben dem Tiegel, die mittels einer Glühemiasionselektrode einen Elektronenstrahl auf das in dem Tiegel enthaltene Metall aussendet, mit Vorrichtungen (30-33), die der Elektronenkanone elektrische Leistung zuführen und Spannungsreglervorrichtungen enthalten, und mit Vorrichtungen, um die Spannungsreglervorrichtungen entsprechend der Bandgeschwindigkeit zu variieren.

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann 8 MÖNCHEN 2, THERESIENSTRASSE 33 · Telefon: 2921 02 · Telegramm-Adresse: Lipatli/München

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2. Regelanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Vorrichtungen, die den Strom von der Leistungszuführungsvorrichtung zum Emitter der Elektronenkanone variieren, wobei die geschwindigkeitsempfindliche Vorrichtung Vorrichtungen enthält, um die Vorrichtung zur Änderung des Emitterstroms zu variieren.

3. Anlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Vorrichtungen, die die Wirkungsweise der Stromänderungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der am Emitter anliegenden Spannung abwandeln.

4. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Vorrichtungen (21), die das zur Aufbereitung dienende Metall dem Tiegel zuführen, wobei die geschwindigkeit sempfindliche Vorrichtung Vorrichtungen enthält, um die Geschwindigkeit der MetallZuführungsvorrichtung zu variieren.

5. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Elektromagneten (20), der am Tiegel angebracht ist und den Elektronenstrahl ablenkt, mit Vorrichtungen, die auf die Spannung der leistungszuführungsvorrichtung ansprechen, um das Erregen des Magneten zu steuern.

6. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenkanone zahlreiche Glühelektroden enthält, die quer zu dem Band angebracht sind, mit Vorrichtungen, um den Strom, der den an den Rändern des Bandes befindlichen Emittern zugeführt wird, relativ zum

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Strom für die näher zur Mitte des Bandes gelegenen Emitter zu variieren.

7. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Elektronenkanone (151, ciie zum Erhitzen des Bandes vor der Beschichtung dient, mit elektrisehen Spannungszufünrungsvorrichtungen, die mit der Kanone verbunden sind, mit Vorrichtungen, die auf die Temperatur des Bandes ansprechen, nachdem es die Kanone durchlaufen hat, und mit Vorrichtungen, die von der temperaturempfindlichen Vorrichtung gesteuert werden, um die von der Spannungsversorgungsvorrichtung zur Elektronenkanone zugeführte Eingangsleistung zu variieren.

8. Anlage nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch mehrere der erwähnten Banderwärmungskanonen (15), die quer zum Band angebracht sind, mit Vorrichtungen, um den Strom, der an den am Rande des Bandes befindlichen Elektronenkanonen anliegt, relativ zu dem Strom zu variieren, der an den näher zur Mittellinie des Bandes befindlichen Elektronenkanonen anliegt.

9. Anlage nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch Vorrichtungen, die auf die Bandgeschwindigkeit ansprechen, mit Vorrichtungen, die gemeinsam von der geschwindigkeitsempfindlichen und der temperaturempfindlichen Vorrichtung gesteuert werden, um die von der Spannungsversorguiigsvorrichtung an die Banderwärmungskanone gelieferte Eingangsleistung zu variieren.

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10. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Vorrichtungen, die das Erzeugen von Dampf in Übereinstimmung mit der Bandgeschwindigkeit steuern, mit einer Kombination aus diesen Vorrichtungen und weiteren Vorrichtungen, die die Arbeitsweise der Steuervorrichtung in bestimmten Intervallen periodisch unterbrechen, und mit Zeitgebervorrichtungen, die diese Intervalle in umgekehrtem Verhältnis zur Bandgeschwindigkeit bestimmen.

11· Eegelanlage für ein Gerät zur Beschichtung eines bewegten Bandes mit Metall durch Bedampfen in Vakuum wie sie im wesentlichen im vorstehenden beschrieben und mit bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert wurde.

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