DE1808898A1

DE1808898A1 - Vorrichtung zur Durchfuehrung von Verfahren im Vakuum

Info

Publication number: DE1808898A1
Application number: DE19681808898
Authority: DE
Inventors: Dennis Barker
Original assignee: Edwards High Vacuum International Ltd
Current assignee: Edwards High Vacuum International Ltd
Priority date: 1967-11-14
Filing date: 1968-11-14
Publication date: 1969-07-17
Also published as: US3505974A; FR1591813A; GB1173978A; NL6816163A

Description

Vorrichtung zur Durchführung von Verfahren im Vakuum Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Verfahren im Vakuum und bezieht sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf das Beschichten von Material auf Rollen.
Ein solches Beschichten wird in seiner einfachsten Form in einer einzigen luftleeren Kammer durchgefuhrt, wobei ein zu beschichtendes Flachmaterial sich von einer ersten Rolle abwickelt und um eine Reihe von Zwischenrollen läuft, wobei es über eine oder mehrere Verdampfungsquellen geführt und wieder auf eine Aufnahmerolle aufgewickelt wird. Diese Anordnung hat jedoch einen wichtigen Nachteil, der es praktisch unmöglich macht, eine gewünschte Uberzugsqualität zu steuern und auf rechtzuerhalten. Wenn die Kammer anfänglich evakuiert wird, ist praktisch das gesamte Flachmaterial auf die erste Rolle aufgewickelt, und große Mengen von Wasser und Dampf (d.h.
große Mengen, was einen typischen Arbeitsdruck von beispielsweise 10 4 Torr betrifft) sind zwischen der ersten Rolle und dem Flachmaterial und zwischen den einzelnen Lagen des Flachmaterials eingeschlossen, Eine gewisse Menge Gas - insbesondere Wasserdampf - wird auch von dem Material selbst abgegeben. Auch wenn die Kammer vor Beginn des Verfahrens auf einen ziemlich stabilen gewUnschten Druck leergepumpt wurde, geht diese Stabilität verloren sobald das Material beginnt, sich von der ersten Rolle abzuwickeln und dabei Luft- und Dampfeinschlüsse abzugeben. Die daraus folgenden Druckschwankungen, die von einer Materialrolle zur nächsten unterschiedlich sind, beeinträchtigen daher die Qualität des Ueberzugs.
Dieser Nachteil kann durch Anwendung des-bekannten Verfahrens, bei dem mehrere Vakuumkammern, z. B. drei verwendet werden, weitgehend kompensiert werden. Dabei enthält die erste Kammer die erste Rolle und eine Anzahl von anderen Rollen, über die das sich abwickelnde Material einen langen Weg innerhalb der Kammer zurücklegt, die zweite Kammer weist weitere Zwischenrollen auf, und die letzte Kammer führt das Material über die Verdampfungsquelle zur Aufnahmerolle. Die drei Kammern werden auf etwa 1 Torr, 10 2 Torr bzw. 10 4 Torr ausgepumpt, und sie sind getrennte nebeneinanderliegende Einheiten, wobei das Material durch schmale Schlitze von einer Kammer in die nächste läuft. Natürlich muß jede einzelne Kammer atmosphärischen Druck aushalten, wodurch eine solche Anlage praktisch die Kosten der vorstehend beschriebenen einfachen Anlage verdreifacht.
Ziel der Erfindung ist, eine Vorrichtung zu schaffen, die so gebaut werden kann, daß ihre Kosten eher denen der einfachen Anlage entsprechen, daß sie jedoch verbesserte Beding-ungen für das Beschichten schafft.
Zu diesem Zweck wird eine Vorrichtung nach der Erfindung zur Durchführung von Vakuumverfahren mit zwei evakuierbaren Eammern geschaffen, die sich dadurch kennzeichnet, daß die zweite evakuierbare Kammer sich innerhalb der ersten evakuierbaren Klammer befindet und daß ein Verbindungskanal zwischen den Kammern den Durchgang von zu bearbeitendem Material gestattet, jedoch das freie Strömen von Gasen und Dampf verhindert.
Eine solche Vorrichtung ist vorzugsweise zur Rollen-Vakuum-Beschichtung ausgebildet und isiuPeh gekennzeichnet durch eine Anzahl paralleler Rollen, über die eine biegsame Matgerialbahn bewegbar ist, wobei eine erste Rolle sich innerhalb der zweiten Kammer befindet, während sich innerhalb der ersten Kammer die anderen Rbllen befinden in Gestalt einer Aufnhiiierolle und einer Reihe von Zwischenrollen, über welche die Materialbahn auf ihrem Weg von der ersten Rolle durch den Verbindungskanal zur Aufnahmerolle gelangt, weiter durch eine Bearbeitungseinrichtung, die sich innere halb der ersten, aber außerhalb der zweiten Kammer befjndet.
Die biegsame Materialbahn kann selbst das zu behandelnde Material und z. B. eine Polyesterbahn oder Gewebe sein. Sie kann Jedoch beispielsweise auch als Träger für Werkstücke dienen. Als Behandlungseinrichtung dienen vorzugsweise zwei Verdampfungsquellen, z.B. von Aluminium, die sich unterhalb der Materialbahn befinden, während diese sich über eine Reihe von Rollen bewegt, wobei gegenüberliegende Seiten der Materialbahn den beiden Verdampfungsquellen zugekehrt werden.
Die zweite Kammer ist vorzugsweise im wesentlichen zylindrisch, wobei der Verbindungskanal die Form eines Schlitzes haben kann, der sich längs der zweiten Kammer durch deren Wandung erstreckt. Der Verbindungskanal kann ferner ein Paar gefräste (milled) Zetallplatten aufweisen, die beide mit einem Belag aus einem Material mit niedrigen Reibungskoeffizienten versehen sind, wobei der Schlitz zwischen den Belägen ssi gebildet wird und die Metallplatten in eine Öffnung längs der Wand der zweiten Kammer eingefügt sind.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigt diese in schematischer Darstellung von einem offenen Ende gesehen eine Ansicht einer Beschichtungskammer einer Rollen-Beschichtungs-Vorrichtung nach der Erfindung.
Eine äußere evakuierbare Kammer 1, die atmosphärischem Druck standhalten kann, wenn sie auf für das Verfahren benötigte -4 Drücke im Bereich von 10 4 Torr ausgepumpt ist, ist als ganzes zylindrisch, und ihr eines Ende ist geschlossen, während sie am anderen Ende mit einer (nAcht gezeigten) abnehmbaren Tür versehen ist, Die Tür, die bei 2 luftdicht verschlossen ist, und die auf einem (nicht gezeigten) Wagen gelagert ist, ist mit einer Aufspannvorrichtung versehen, die die genau parallel zueinander ausgerichteten Rollen 3-9 trägt. Die Aufspannvorrichtung trägt auch eine an der Tür angeschraubte innere Kammer 10. An dem von der Tür entfernten Ende werden die Rollenlager und die Kammer 10 alle von einer gestrichelt gezeigten Metallplatte 11 gehalten, die ihrerseits einer Schiene 12 auflagert, die entlang des Bodens der zimmer 1 läuft. Die Platte 11 trägt weiter zwei Verdampfungsquellen 15 und 16, die mit Abdeckblechen 17 und 18 zum Abschirmen gegen die Verdampfung versehen sind.
Das der Tür gegenüberliegende Ende der zweiten Kammer 10 ist selbst mit einem nicht gezeigten Verschluß versehen, an dem Rollen 13 und 14 gelagert sind, und der sich selbst auf einem nicht gezeigten Wagen befindet, der aus der Eammer 10 ausgefahren werden kann. In der Wand der Kammer 10 ist über ihre Länge ein Schlitz 19 vorgesehen, der mit einem Material ausgekleidet sein kann, das einen niedrigen Reibungskoeffizienten hat, z. B. mit Polytetrafluoräthylen.
Jede der Kammern 1 und 10 ist mit einem nicht gezeigten Pumpenanschluß versehen, der an einer Pumpeneinheit angeschlossen wird. Die Kammer 1 wird auf einen für das Verf ahren erforderlichen Druck, meistens 10 4 Torr, ausgepumpt, wozu z.B. eine Reihenschaltung aus einer Dampfdiffusionspumpe, einer Dampfüberdruckpumpe und einer Umlaufpumpe verwendet werden kann. Die Kammer 10 wird ebenfalls auf einen niedrigen Druck ausgepumpt, der jedoch niedriger ist als der in der Kammer 10 aufrechterhaltene Druck, wozu ,B. eine Dampfdiffusionspumpe und eine Umlaufpumpe hintereinander verwendet werden.
Beim Betrieb wird ein VerdampfungsmaterialS zaBa Aluminium, aus den Quellen 15 und 16 bei offenen Abdeckblechen verdampft, während eine Materialbahn 20, die zUnäGhSt auf die Rolle 13 gewickelt ist, sich über die Rollen 14, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 bewegt und von der Aufwickelrolle 9 aufgenommen wird. Während die Materialbahn sich an den beiden Quellen vorbeibewegt, werden beide Seiten der Bahn beschichtet, wobei die Bahn sich mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 182,9 m/min.
(600 Fuß/min.) bewegt.
Wahrpnd dieser Zeit werden die Kammern 1 und 10 ständig ausgepumpt, wobei durch das Auspumpen der inneren Kammer der größte Teil an &uft und Wasserdampf entfernt wird, der während des Abwickelns der Materialbahn entsteht und frei wird. Infolge des Druckunterschieds zwischen den beiden Kammern besteht-die Tendenz eines Ausgleichs über den Schlitz 19, welcher Jedoch auf ein Minimum reduziert werden kann, indem man den Schlitz so eng wie möglich hält. Bei einer Auskleidung aus Polytetrafluoräthylen kann man die Materialbahn 20 während sie sich durch die Auskleidung bewegt, an beiden Seiten mit dieser in Berührung halten, da das Polytetrafluoräthylen infolge seiner geringen Reibung die Bahn 20 nicht beschädigt; auf diese Weise kann der Vakuumverlust relativ niedrig gehalten werden. Ferner kann dieser Verlust durch Vergrößerung der Schlitztiefe verringert werden. Der Schlitz kann gebildet werden, indem man zwei Metallplatten fräst und sie so zusammenfügt, daß ein Schlitz von etwa 1,27 cm (1/2 Zoll) Breite entsteht. Diese werden dann permanent und vakuumdicht in die Öffnung längs der Wand der Klammer 10 eingesetzt. In den Schlitz können ein Paar vorgefertigter A;uskleidungsteile (Polytetrafluoräthylen) eingesetzt werden, zwischen denen sich der Schlitz 19 befindet.
Um Materialbannen 20 von verschiedener Dicke zu behandeln, brauchen lediglich die Auskleidungsteile ausgewechselt zu werden. Die Tiefe des Schlitzes 19 ist natürlich lediglich von der Tiefe der Metallplatten und der Auskleidungsteile abhängig und nicht etwa von der Wandstärke der Kammer 10.
Somit wird die Tiefe des Schlitzes lediglich durch den zur MrfUgung stehenden Raum begrenzt. Ein 25,4 cm tiefer und 10 mil (0,254 mm) oder weniger breiter Schlitz kann für ein Material mit einer Dicke von 2 mil (0,0508 mm) geeignet sein.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß dadurch, daß eine Vakuumkammer ini'halb der anderen vorgesehen ist, die innere Kammer keinesfalls vollen atmosphärischen Druck auszuhalten braucht. Das führt zu einer verhältnismäßig billigen Zwei-Kammer-Anlage.
Die Erfindung ist nicht auf die in Verbindung mit der Zeichnung beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern es sind vielerlei Abwandlungen denkbar. So kann bei ausreichendem Raum unbedenklich noch eine weitere Kammer die innere Kammer umgeben, die dann getrennt ausgepumpt werden würde. Auch könnte die Materialbahn 20 lediglich einen Träger bilden, auf dem kleine Werkstücke angebracht sind. In diesem Fall wäre das Dichtungsproblem zwischen den beiden Kammern schon damit gelöst, daß zwei Werkstücke sich jeweils wenigstens teilweise gleichzeitig in dem Schlitz 19 befinden,

Claims

Patentansprüche 1. Vorrichtung zum Beschichten im Vakuum mit zwei evakuierbaren Kammern zwischen denen sich ein Material bewegen kann, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite evakuierbare Kammer (10) sich innerhalb der ersten evakuierbaren Kammer (1) befindet und daß ein Verbindungskanal (19) zwischen den Kammern (10 und 1) den durchgang von zu bearbeitendem Material gestattet, jedoch das freie Strömen von Gasen und Dampf verhindert.
2. Vorrichtung zum Rollen-Vakuum-BeschichtelL nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anzahl paralleler Rollen (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 19) iiber die eine biegsame Materialbahn (20) bewegbar ist, wobei eine erste Rolle (13) sich innerhalb der zweiten Kammer (10) befindet, während sich innerhalb der ersten Kammer (1) die anderen Rollen befinden in Gestalt einer ,Aufnahmerolle (9) und einer Reihe von Zwischenrollen (3, 4, 5, 6, 7, 8), über welche die Material bahn (20) auf ihrem Weg von der ersten Rolle (13) durch den Verbindungskanal (19) zur Aufnahmerolle (9) gelangt, weiter durch eine Bearbeitungseinriohtung (15, 16), die sich innerhalb der ersten (1), aber außerhalb der zweiten Xainmer (10) befindet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (10) im wesentlichen zylindrisch ist und der Verbindungekanal die Form eines längs der zweiten Kammer (10) durch deren Wand gehenden Schlitzes (19) hat.
4. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet1 daß der Verbindungskanal (19) ein Paar gefräster Metallplatten aufweist, von denen Jede mit einer Einlage aus einem Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten ausgekleidet ist, wobei der Schlitz zwischen diesen Einlagen gebildet wird, und die Metallplatten in eine Öffnung längs der Wand der zweiten Kammer (10) eingefügt sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatten sich in bezug auf die zweite Kammer (10) um eine größere Strecke in radialer Richtung erstrecken als der Wandstärke der Kammer (10) entspricht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlagen aus dem Material geringer Reibung zur Erzielung anderer Schlitzbreiten auswechselbar sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten Polytetrafluoräthylen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungseinrichtung wenigstens eine Verdampfungequelle (15) aufweist, über der sich die biegsame Haterialbahn (20) auf ihrem Weg über die Zwischenrollen (3, 4, 5, 6, 7, 8) innerhalb der ersten Kammer (1), aber außerhalb der zweiten Kammer (10) bewegt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Verdampfungsquellen (15, 16) vorgesehen sind, die in bezug auf die Zwischenrollen (3, 4, 5, 6, 7, 8) so angeordnet sind, daß die eine Seite der Materialbahn (20) auf die eine Quelle (15) und die andere Seite der Materialbahn (20) danach auf die andere Quelle gerichtet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungequelle oder jede der Verdampfungaquellen (15, 16) eine Aluminiumverdampfungsquelle ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (1) im wesentlichen zylindrisch und ihr eines Ende durch eine Blr verschließbar ist, die in axialer Richtung von der ersten Kammer (1) wegbewegbar ist und die zweite Kammer (10) und die Reihe von Rollen (3,4,5,6,7,8) lagert.