DE19803278A1 - Werkstückträger und Anlagen zur Behandlung und/oder Beschichtung von Werkstücken sowie damit hergestellte Beschichtungen - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft Werkstückträger mit zwangsgeführter Mehrfachrotation, insbesondere für zu behandelnde oder zu beschichtende Werkstücke sowie Anlagen zur Behandlung und Beschichtung von Werkstücken mit derartigen Werkstückträgern sowie damit hergestellte Beschichtungen.

Dreidimensionale Werkstücke (Werkzeuge, Bauteile) müssen bei Beschich­ tungen von mehr als einer Seitenfläche (z. B. einer Zylinderfläche) um ihre eigene Achse in einem Werkstückträger gedreht werden. Für die Beschich­ tung eignen sich daher insbesondere solche Teile, die rotationssymmetrisch sind und die auf der Mantelfläche beschichtet werden müssen, wie z. B. Bohrer, Fräser, Lager- und Rollenbolzen, Wellen, Achsen und Zahnräder.

In plasmagestützten Beschichtungsprozessen im Vakuum, beispielsweise als PVD- und PECVD-Prozeß (PVD = Physical Vapor Deposition, PEVD = Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) werden diejenigen Flächen mit einer ausreichend hohen Schichtqualität beschichtet, die dem von den Plasma­ quellen ausgehenden Fluß an Ionen bzw. an aktivierten Teilchen ausgesetzt sind. Desweiteren hängt die Beschichtungsrate stark von der Position ab, die das Werkstück relativ zu den Beschichtungsquellen einnimmt, da der Materi­ alfluß der schichtbildenden Teilchen von der Beschichtungsquelle ausgeht.

Stand der Technik

Üblicherweise werden die zu beschichtenden Teile auf Werkstückträger montiert, die ihrerseits auf einem Drehtisch mit Planetengetriebe montiert werden. Diese Werkstückträger (typischerweise 4 bis 18 Stück pro Drehtisch und Anlage) rotieren um die Hauptachse des Drehtisches, bezeichnet als erste Rotation. Zusätzlich rotieren diese Werkstückträger um ihre eigene Achse, bezeichnet als zweite Rotation. Dies bewirkt, daß die Mantelflächen der Werkstückträger an den feststehenden Beschichtungsquellen vorbeigeführt werden und daß bei einem nicht-periodischen Übersetzungsverhältnis zwischen erster und zweiter Rotationsfrequenz an jeder Stelle des Umfangs der Werk­ stückträger Schichten mit vergleichbaren Qualitäten abgeschieden werden.

Sollen nun Werkstücke mit Abmessungen deutlich kleiner als der Durch­ messer und die Höhe der einzelnen Werkstückträger beschichtet werden, so werden die Werkstückträger derart gestaltet, daß die Werkstücke in ver­ schiedenen Ebenen auf Tellern des Werkstückträgers positioniert werden.

Um diese Werkstücke nun homogen am gesamten Umfang, also an mehr als einer Seitenfläche zu beschichten, müssen sie um Ihre eigene Achse rotiert werden. Dies wird erreicht, indem die Werkstücke nicht direkt auf die Teller gesetzt werden, sondern auf Gleitlagerelemente, die sich auf den Tellern befinden und die eine Eigenrotation der Werkstücke ermöglichen. Die hierdurch ermöglichte weitere Drehachse wird als dritte Rotation be­ zeichnet.

Diese dritte Rotation wird bekanntermaßen dadurch erzeugt, daß diese Gleitlagerelemente an ihrem Umfang mit Mitnehmern, vorzugsweise Zähne oder Zapfen, ausgestattet sind. Diese Mitnehmer bewirken die Rotation der Gleitlagerelemente dadurch, daß Mitnahmefedern oder -bügel in die mit den Gleitlagerelementen fest verbundenen Zähne oder Zapfen eingreifen und diese dabei mitnehmen und weiterdrehen. Nur in dem Moment, in dem der Teller mit dem Gleitlagerelement an der Mitnahmefeder oder -bügel, oder den Mit­ nahmefedern oder -bügeln, vorbeidreht, erfolgt ein Antrieb des Gleitlager­ elementes und somit des Bauteils. Das Gleitlager und das zu beschichtende Teil wird hierdurch periodisch angetrieben. Je Eingriff wird der zu beschich­ tende Teil um einen kleineren oder größeren Winkel gedreht. Daher ergibt sich ein stochastischer Schichtaufbau und eine stochastische Schichtdickenver­ teilung.

Die Mitnahmefedern oder -bügel ihrerseits sind relativ zu der Achse der Werkstückhalterung ortsfest positioniert und drehen mit den Tellern nicht mit. Um einerseits ein Klemmen und andererseits eine sichere Mitnahme der Zähne und somit eine sichere Drehung der Bauteile zu gewährleisten, müssen diese Mitnahmefedern oder -bügel exakt justiert sein. Deswegen müssen die Mitnahmefedern oder -bügel bei jeder Charge, d. h. vor jeder Beschichtung, neu einjustiert werden und sowohl vor als auch nach jedem Beschichtungsprozeß auf ihre Funktion hin überprüft werden.

Diese Art des Antriebs der Eigenrotation der Werkstücke stellt einen kriti­ schen Punkt hinsichtlich der Prozeßsicherheit von Beschichtungen dar. Es können dabei Ausschußteile verursacht werden, z. B. durch falsch eingestellte Mitnahmefedern oder -bügel, oder durch solche, die sich während des Prozesses aufgrund der Wärmebelastung verziehen und damit die Rotation des Zahnrades und des zu beschichtenden Teils nicht mehr gewährleisten. Dadurch können die Schichten auf diesen Bauteilen schlecht haften, nicht die geforderte Stöchiometrie oder Einzelschichtfolge aufweisen, wegen des fehlenden oder verringerten Ionenbeschusses zu weich sein oder eine inhomo­ gene Schichtdickenverteilung (unterschiedliche Dicken am Umfang) aufweisen.

Da die Teile nach einem Ausfall der dritten Rotation trotzdem rundum beschichtet sein können, kann die vorhandene Beschichtung bei einer visuel­ len (optischen) Prüfung nicht als Fehler erkannt werden, da beispielsweise trotz inhomogener Schichtdickenverteilung keine Farbunterschiede am Umfang feststellbar sein müssen. Andere 100%-Prüfungen als die visuelle Sichtprü­ fung sind wesentlich aufwendiger und werden daher meistens nicht einge­ setzt. Qualitätskriterien, wie Schichthaftung, -dicke und -aufbau, die auf­ wendigere Prüfverfahren darstellen, werden in der Regel nur stichpunkthaft an ausgewählten Teilen geprüft. Desweiteren sind die meisten der hier aufgeführten zusätzlichen Prüfungen zudem zerstörend, so daß hierdurch eine 100%-ige Kontrolle erst gar nicht möglich ist. Dies alles hat zur Folge, daß Ausschußteile aufgrund nicht erfolgter oder während des Prozesses unter­ brochener Eigenrotation mit einer endlichen Wahrscheinlichkeit nicht erkannt werden.

Darstellung der Erfindung

Um auf dreidimensional geformten Werkstücken hochwertige Schichten mit möglichst homogenen Schichteigenschaften und homogener Schichtdickenver­ teilung abzuscheiden, weist eine Trägerstruktur mit Mittel auf, die eine definierte Drehung der Werkstückaufnahmen 7 und der Werkstücke 5 be­ wirkt, wobei die Drehung der Werkstückaufnahmen 7 mit der Drehung des Werkstückträgers 1 mechanisch fest gekoppelt ist. Dies führt zu einer zwangsgeführten Eigenrotation der zu beschichtenden Werkstücke.

Die Eigenrotation kann hierbei kontinuierlich (konstante Drehung) oder diskontinuierlich (schrittweise Weiterdrehung, ähnlich einem Maltesergetriebe) sein.

Gemäß einer Weiterbildung erfolgt die Kopplung des Aufnahmebereichs mit dem Werkstückträger mittels eines Getriebes oder einer Mitnehmereinheit und/oder einer Fixiereinheit.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß ein Teil des Getriebes aus einem relativ zur Längsachse des Werkstückträgers ortsfest positionierten Mitnahmeelement besteht. Dadurch wird bei Rotation des Werkstückträgers die zwangsgeführte Eigenrotation der zu beschichtenden Werkstücke erreicht.

Zur Abscheidung von Beschichtungen auf möglichst vielen Werkstücken je Beschichtungscharge kann die Trägerstruktur mehrere Aufnahmeebenen mit drehbaren Aufnahmebereichen aufweisen, so daß eine dichte Packung der zu beschichtenden Teile auf den Werkstückträgern erreicht wird.

Werden die Werkstückaufnahmen durch geeignete Antriebselemente angetrie­ ben, die zwischen Werkstückträgerachse und den zu beschichtenden Teilen liegen, werden die zu beschichtenden Teile deutlich weniger verschmutzt als z. B. bei außenliegenden Antriebselementen.

Der Abrieb entsteht bei außenliegenden Antriebselementen durch den offenlie­ genden Kontakt zwischen Mitnehmer und Gleitlagerungselementen. Bei den bekannten Systemen bewirken die undefinierten Kontaktbedingungen während des Eingreifens der Mitnehmerfedern oder -haken mit den Gleitlagerelemen­ ten eine nochmals deutlich höhere Verschmutzung.

Durch den erfindungsgemäßen Antrieb sind verschmutzungsärmere Prozesse und damit höherwertigere Schichten abscheidbar.

Neben dem bereits erwähnten Vorteil, daß nicht nach jeder Chargierung neu einjustiert werden und vor und nach jedem Beschichtungsprozeß der Rota­ tionsmechanismus auf Funktion überprüft werden muß, gewährleistet das Getriebe eine kontinuierliche definierte oder diskontinuierliche Rotation der Werkstücke, im diskontinuierlichen Fall periodische Rotationen mit definierten Einzeldrehwinkeln. Hierdurch werden gleichmäßige Schichteigenschaften erzielt und die Schichtdickenhomogenität und -qualität auf den Werkstücken wird verbessert, wodurch auch geometrisch kritischere Werkstücke zu be­ schichten sind. Die Verbesserung ist sowohl bei homogenen, wie auch bei gradierten Schichten erzielt worden. Zudem ist die Abscheidung von defi­ nierten Mehrfachlagen- und Multilagenschichten mit Einzelschichtdicken im Bereich von µm bis nm aufgrund der kontinuierlichen Eigenrotation auch auf dreidimensionalen Werkstücken möglich. Diese Schichtsysteme zeichnen sich dadurch aus, daß die Schichteigenschaften wesentlich durch die Einzelschicht­ dicken des Multi- oder Mehrlagenverbundes bestimmt werden. Um hier definierte Schichtqualitäten und -eigenschaften zu erhalten, ist eine definierte dritte Rotation von großem Vorteil.

Weiterer Gegenstand der Erfindung sind Anlagen, in denen Werkstückträger zur Behandlung und Beschichtung von Teilen genutzt werden, wobei der­ artige Werkstückträger verwendet werden. Besondere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Herstellung von Beschichtungen und Schichtsysteme unter Verwendung von erfindungsgemäßen Werkstückträgern sowie derartig hergestellte Be­ schichtungen und Schichtsysteme sind weiterer Gegenstand der Erfindung.

Zeichnung

In der Zeichnung sind drei unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung dargestellt. Es zeigt die

Fig. 1 eine Anordnung von Werkstückträgern auf einem Drehtisch (Fig. 1a) und auf einem linearen Transportrahmen (Fig. 1b), die

Fig. 2 einen Werkstückträger mit einem außenliegenden Mitnehmer und mit einer Trägerstruktur mit einer Aufnahmeebene, die

Fig. 3 einen Werkstückträger mit einem außenliegendem Mitnehmer und mehreren Aufnahmeebenen, die

Fig. 4 einen Werkstückträger mit mehreren Aufnahmeebenen und innenlie­ gendem Mitnehmer, die

Fig. 5 einen Werkstückträger mit Werkstückaufnahmen, die 4 Rotations­ achsen beinhalten, und die

Fig. 6 einen Werkstückträger in Aufsicht mit einem zwangsgeführten, periodischen, aber diskontinuierlichen Antrieb der Werkstücke einschließlich einer Detailansicht A.

Ausführungsbeispiele

In Fig. 1a ist ein Drehtisch 3a mit montierten Werkstückträgern 1 in Aufsicht dargestellt. Der Drehtisch 3a rotiert um seine Mittelachse 4, der sogenannten ersten Rotationsachse. Die Werkstückträger 1 befinden sich auf Aufnahmen, die über ein Satellitengetriebe angetrieben werden und rotieren jeweils um ihre Achsen 2 in der zweiten Rotation. Auf den Werkstück­ trägern 1 sind wiederum drehbare Aufnahmen 7 für die Halterung von Werkstücken 5 mit bedarfsweise Zwischenteilen 6 montiert. Diese Aufnah­ men 7 drehen um die drifte Rotationsachse 14.

in Fig. 1b ist ein Aufnahmerahmen 3b für den linearen Transport von Werkstückträgern 1 in Aufsicht dargestellt. Die Werkstückträger 1 werden wieder über geeignete Aufnahmen behalten und über geeignete Antriebe einzeln oder gemeinsam angetrieben. Die Werkstückträger 1 rotieren um Ihre eigene Achse 2, hier ebenfalls der Einfachheit halber als zweite Rotation be­ zeichnet. Die erste Rotation entspricht hier der linearen Bewegung, anzuse­ hen als eine Rotation mit unendlich großem Radius. Auf den Werkstück­ trägern sind wie bei Fig. 1a um die dritte Rotationsachse 14 drehbare Auf­ nahmen 7 für die Halterung der Werkstücke 5 mit bedarfsweisen Zwischen­ stücken 6 montiert.

Die Zahl und die Anordnung der Werkstückträger 1 kann je nach Bedarf variieren. Statt der linearen Bewegung wie in Fig. 1b sind mit geraden oder gebogenen Transportrahmen ebenfalls Bewegungen auf Teilkreisen möglich.

In Fig. 2 ist ein Werkstückträger 1 dargestellt, der um eine erste Längs­ achse 2 drehbar ist. Der Werkstückträger 1 ist auf einer Aufnahmevor­ richtung 3 angeordnet, welche zusammen mit dem Werkstückträger 1 um eine zweite Längsachse 4 drehbar ist (Fig. 1a) bzw. welche sich linear bewegt (Fig. 1b).

Werkstücke 5, mit Zwischenteilen 6 übereinander zu Werkstückstangen gestapelt, stützen sich auf Gleitlagern 7 ab, die an einer sich radial von der Längsachse 2 wegerstreckenden Trägerstruktur 8 angeordnet sind. Die Achsen 9 des den drehbaren Aufnahmebereich darstellenden Gleitlagers 7 weisen innerhalb der Trägerstruktur 8 ein kleines Zahnrad 10 auf, dessen Zähne in Zähne eines zentralen, bezüglich der Längsachse 2 des Werkstück­ trägers 1 gelagerten Zahnrades 11 eingreifen. Dieses Zahnrad 11 rotiert nicht mit dem Werkstückträger 1 mit, sondern es wird mittels eines Mit­ nehmers 12 an einer mit der Aufnahmevorrichtung 3 fest verbundenen Haltestange 13 festgehalten. Die Bezeichnung "Mitnehmer" soll auf die Fixierung des Zahnrades 11 durch die Haltestange 13 hinweisen, so daß das Zahnrad 11 nur zusammen mit der Aufnahmevorrichtung 3 um die Längs­ achse 4 bewegt wird.

Die Werkstückstangen 5, 6 werden gegen Verkippen in einer Lagerung 7a des Werkstückträgers 1 zusätzlich gelagert. Die Zahnräder 10 des Aufnahme­ bereichs rollen auf dem zentralen Zahnrad 11 ab, was zu einer Drehung der Werkstückstangen 5, 6 um die dritte Längsachse 14, der sogenannten dritten Rotation führt. Durch die innenliegende Anordnung der Zahnräder erfolgt die Übertragung der Drehbewegung abgeschirmt von der Beschichtungsquelle. Hierdurch tritt der die Qualität der Beschichtung beeinträchtigende Abrieb nicht nach außen bzw. sind die Zahnräder vor einer Beschichtung geschützt.

Selbstverständlich ist es möglich, mehrere dieser Werkstückträger-Einheiten übereinander zu setzen, wenn die Aufnahmevorrichtung 3, 3a, 3b mehrere Ebenen aufweist und die Beschichtungsanlage einen entsprechend hohen Aufbau zuläßt.

In Fig. 3 ist ein Werkstückträger 1 mit einer mehrere Aufnahmeebenen 15, 16, 17 aufweisenden Trägerstruktur dargestellt. Die Werkstücke 5 sitzen auf Gleitlagern 7, die wiederum auf den Aufnahmeebenen 15, 16, 17 sitzen und die über kleine Zahnräder 10 antreibbar sind. Diese Zahnräder 10 greifen in einen Zahnkranz 18 ein, der alle Gleitlager 7 einer Aufnahmeebene 15; 16; 17 umschließt. Dieser Zahnkranz 18 rotiert nicht mit dem Werkstück­ träger 1 mit, sondern ist an einer Haltestange 13 befestigt, bzw. über entsprechende, mit den Zahnkränzen 18 fest verbundene Stutzen 12a an den Haltestangen 13 angeschlagen.

In Fig. 4 ist eine Trägerstruktur 1 mit einem innenliegenden Mitnehmer 12 dargestellt, dessen Trägerstruktur mehrere Aufnahmeebenen 15, 16, 17 aufweist. Die Lagerung der Werkstücke 5 entspricht der in Fig. 3 darge­ stellten Lagerung, der Antrieb des Gleitlagers 7 mittels der kleinen Zahnrä­ der 10 erfolgt jedoch nicht durch einen außenliegenden Zahnkranz, sondern durch ein jeweils einer Aufnahmeebene 15, 16, 17 zugeordnetes zentrales Zahnrad 19, welches mit der im Werkstückträger 1 gelagerten Mitnehmer­ einheit 12 verbunden ist. Die Mitnehmereinheit 12 ist wiederum mit einer Stützstruktur 20 verbunden, die wiederum mit der Aufnahmevorrichtung 3 verbunden ist und mit dieser rotiert (Fig. 1a) bzw. im Falle einer linearen Bewegung sich mit dieser mitbewegt (Fig. 1b).

In Fig. 5 ist ein Werkstückträger 1 bezeichnet, in dem sich - stellvertretend für weitere Positionen - an einer Position 22 auf einer Ebene 15 statt einer Aufnahme für ein Werkstück wie in Fig. 3 eine weitere Vorrichtung 22-25 zur Aufnahme weiterer Werkstücke 26 befindet. Diese weitere Vorrich­ tung 22-25 rotiert um die dritte Rotationsachse 22, während die Werk­ stücke 26 sich um ihre eigene Achse 26a drehen. Die Rotationsachse 26a der Werkstücke 26 stellt in dieser Konstruktion die vierte Rotationsachse dar. Diese weitere Vorrichtung 22-25 besteht aus einer ersten Gleitlage­ rung 22, aus einem Mitnehmerbolzen 23, einem außenliegenden Zahnring 24 zum Antrieb von kleinen Gleitlagerungen 25 für die Aufnahme der Werk­ stücke 26.

Durch entsprechende Variation der Konstruktion unter Zuhilfenahme der Konstruktionsprinzipien aus den Fig. 1 bis 4 sind weitere modulare Auf­ bauten zur Realisierung von Werkstückhalterungen mit mehreren Rotations­ achsen erzielbar. Hierdurch sind auch Halterungen mit innenliegenden Mit­ nehmer- und Antriebselementen konstruierbar.

In Fig. 6 ist ein Werkstückträger 1 in Aufsicht dargestellt, der eine periodi­ sche, aber diskontinuierlichen Rotation der Werkstücke 7 ergibt. Der Werk­ stückträger 1 rotiert um seine Achse 4. Die Aufnahmen für die Werkstücke 7 sind gleitgelagert und sind mit einem Mitnehmerstern 27 und einem Fixierplättchen 28 verbunden. Das schrittweise Weiterdrehen der Werkstücke 7 wird über den Mitnehmerstern 27 erreicht, in den bei Drehung des Werk­ stückträgers 1 um die Achse 4 ein- oder mehrmals je Umdrehung ein oder mehrere Mitnehmer 29 eingreift bzw. eingreifen. Hierdurch wird eine Rota­ tion des Werkstückes um die Rotationsachse 14 hervorgerufen. Im Gegensatz zu einem Getriebe mit permanentem Eingriff findet hier nur ein zeitweiser Eingriff des Mitnehmers 29 in den Mitnehmerstern 27 statt.

Der Mitnehmer 29 ist mit der Fixierscheibe 30 fest verbunden, die über die Mitnehmereinheit 12 gehalten wird und nicht mit dem Werkstückträger 1 mitdreht. Die Einzeldrehung der Werkstückaufnahmen 7 wird durch das Zusammenspiel von Fixierplättchen 28 und Fixierscheibe 30 begrenzt. Dies gewährleistet, daß der Mitnehmer 29 sicher in den Mitnehmerstern 27 für die Erzeugung der dritten Rotation eingreifen kann und daß die Weiter­ drehung immer um einen genau definierten Drehwinkel erfolgt.

Desweiteren wird nach dem Weiterdrehen des Werkstückträgers 1 um die Werkstückträgerachse 2 die Werkstückaufnahme 7 mittels der Fixierplättchen 28 in ihrer Stellung fixiert, so daß sie sich nicht durch Erschütterungen ver­ stellt. Dies geschieht dadurch, daß die Fixierscheibe 30 erst mit dem Ein­ griff des Mitnehmers 29 in den Mitnehmerstern 27 und damit mit dem Weiterdrehen der Werkstückaufnahme 7 die Lägefixierung der Werkstückauf­ nahme 7 freigibt. Hierfür ist die Fixierscheibe 30 am Mitnehmer 29 mit einer Aussparung 31 versehen, durch welche eine Kante des Fixierplättchens 28 während der Drehung hindurch läuft. Die Verdrehsicherung des Werk­ stückträgers 7 wird durch eine gekrümmte Außenkante 32 des Fixierplättchen 28 bewirkt, wobei der Krümmungsradius im wesentlichen dem Radius der Fixierscheibe 30 entspricht.

An der Fixierscheibe 30 streicht die gekrümmte Außenkante 32 das Fixier­ plättchen 28 vorbei, das an dieser Kante geführt und gegen Verdrehung gesichert wird. Allein die im Bereich des Mitnehmers 29 angeordnete Aussparung 31 mit einer tiefliegenden Innenfläche 33 führt zu einer Auf­ hebung der Zwangsführung der Außenkante 32 des Fixierplättchens 28 und damit der Werkstückaufnahme 7 am Umfang der Fixierscheibe 30, so daß der in den Mitnehmerstern 28 eintauchende Mitnehmer 29 das Fixierplätt­ chen 28 verdrehen kann. Ist die Endlage erreicht, wie im Detail A darge­ stellt, so ist das Fixierplättchen 28 wieder vollständig aus der Aussparung 31 und dem Umfang der Fixierscheibe 30 herausgetreten. Die Außenkante 32 ist dann wieder zu dem Umfang der Fixierscheibe ausgerichtet und wird dort geführt.

Ein ähnliches Getriebe ist das Maltesergetriebe, bei dem die Abtriebsachse auch diskontinuierlich weitergedreht wird bei konstanter Drehung der An­ triebsachse.

Der in Fig. 6 gezeigte Aufbau läßt sich zu einem Werkstückträger analog Fig. 4 mit mehreren Ebenen gestalten. Die Fixierung der Fixierscheiben 30 erfolgt über die Mitnehmereinheit 12.

Durch Abwandlung der Konstruktionen sind bei Austausch des außenliegen­ den Zahnkranzes 18 in Fig. 3 in ein außenliegendes Fixierrad mit entspre­ chenden Mitnehmern 29 und 12a und Austausch der Zahnräder 10 in Mit­ nehmerstern 27 und Fixierplättchen 28 weitere Aufbauten möglich.

Allen Ausführungsbeispielen sind folgende Punkte gemein:
Die Rotation der Werkstückträger 1, wird durch einen Planetentrieb der Aufnahmevorrichtung, z. B. eines Drehtisches 3a oder eines Transportrahmens 3b, bzw. durch Einzelantrieb erzeugt und von unten auf den Werkstück­ träger übertragen wird.

In weiteren, hier nicht gezeigten Ausführungsformen kann der Antrieb der Werkstückträger 1 auch über einen entsprechenden Antrieb von oben erfol­ gen. In diesem Fall muß die Gegenlagerung der Werkstückträger 1 von unten erfolgen und im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 4 muß die Fixierung der Mitnehmereinheit 12 von unten erfolgen.

Ebenso ist es möglich, daß die Werkstückträger horizontal oder in jeder anderen beliebigen Lage bei entsprechender Anpassung oder Werkstückhalte­ rungen betrieben werden.

Durch die erfindungsgemäße Kopplung der Rotationsbewegung des Werk­ stückträgers mit dem drehbaren Aufnahmebereich eines Werkstücks rotieren die Werkstücke um ihre eigene Achse, wenn der Werkstückträger um seine Achse rotiert. Anstelle der Zahnräder können entsprechende andere Elemente, wie z. B. Teile mit Nuten und Zapfen treten, die als Antriebs- und/oder Getriebelemente wirken.

Wie gezeigt kann diese Art des Antriebes für Werkstückträger mit einer Trägerstruktur mit einer oder mehreren Aufnahmebereichen eingesetzt wer­ den.

Die Werkstückträger können über entsprechende Kopplungsstücke 21, (Fig. 4) auch in der Anlage übereinandergestapelt werden. Weiterhin kann die Gestaltung der Werkstückträger an die Größe der zu beschichtenden Werk­ stücke angepaßt werden, so daß eine größtmögliche Chargenauslastung erreichbar ist und günstige Beschichtungskosten je Werkstück erzielbar sind.

Die Werkstückträger können durch die Getriebe derart gestaltet werden, daß prinzipiell beliebig viele, zwangsgeführte Aufnahmebereiche entstehen. Durch den modularen Aufbau ist es ebenfalls möglich, mehr als drei Rota­ tionsachsen zu realisieren und hierdurch Werkstückträger mit mehreren Rotationsachsen auszustatten.

Die Werkstückträger sind vorteilhaft anwendbar in Batchanlagen, Durchlauf­ anlagen, In-Line-Systemen, Rundtaktanlagen usw. Die Werkstückträger können in Kombination mit unterschiedlichen Aufnahmevorrichtungen genutzt werden. Die Aufnahmevorrichtungen 3, 3a, 3b können linear bewegt, rotiert oder zyklisch gependelt werden.

Durch den modularen Aufbau ist es ebenfalls möglich, in ein und demselben Beschichtungsprozeß unterschiedlich gestaltete Werkstückträger zu verwenden. Diese können sich in der Größe oder auch in der Art des Antriebs der dritten Rotationsachse unterscheiden.

Die Werkstückträger können für alle Arten von Behandlungen und Beschich­ tungen eingesetzt werden, insbesondere für Aufdampfverfahren und für plasmagestütze Verfahren unter Verwendung von elektrischen und/oder elektromagnetischen Feldern und Wellen im Frequenzbereich von 0 Hz bis 25 GHz. Hierzu zählen Beschichtungstechniken wie PVD und/oder PECVD (Sputter-, Arc-, Hohlkathoden- oder Verdampfungsprozesse) oder Plasma­ reinigen und Plasmaätzen für die Oberflächenmodifikation. Die Werkstück­ träger können allgemein auch für alle Spritz- und Strahltechniken, insbeson­ dere für Plasmaspritzen vorteilhaft Verwendung finden.

Claims (26)

1. Werkstückträger, um eine Längsachse (2) drehbar angeordnet, aufwei­ send eine sich radial von der Längsachse (2) wegerstreckenden Träger­ struktur (8; 15-17) zur Aufnahme von mindestens einem Werkstück (5), dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerstruktur Mittel (10, 11, 12, 13; 10, 12a, 13, 18; 10, 12, 19, 20; 10, 12a, 13, 18, 22, 23, 24; 12, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33) aufweist, die eine definierte Drehung der Werkstückaufnahmen (7) und der Werkstücke (5) bewirkt, wobei die Drehung der Werkstück­ aufnahmen (7) mit der Drehung des Werkstückträgers (1) mechanisch fest gekoppelt ist.

2. Werkstückträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zu einer zwangsangetriebenen kontinuierlichen Rotation der Werkstückaufnahmen (7) und der Werkstücke (5) führt.

3. Werkstückträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zu einer diskontinuierlichen, aber zwangsangetriebenen periodi­ schen Rotation der Werkstückaufnahmen (7) und der Werkstücke mit definierten Drehwinkeln je Einzeldrehung führt.

4. Werkstückträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kopplung des Aufnahmebereichs (7) mit dem Werk­ stückträger (1) mittels eines Getriebes (10, 11; 10, 18; 10, 19) oder mehrerer Getriebe (10, 18, 24, 25) oder einer Mitnehmereinheit (27, 28, 29, 30, 31, 32, 33) und/oder einer Fixiereinheit erfolgt.

5. Werkstückträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückträger und das Getriebe (10, 11; 10, 18; 10, 19) oder die Getriebe (10, 18, 24, 25) sich in permanentem Eingriff befindet.

6. Werkstückträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückträger und die Mitnehmereinheit (27, 28, 29, 30-33) sich nur zeitweise im Eingriff befindet.

7. Werkstückträger nach einem der Anspruche 4 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Teil (11; 18; 19) des Getriebes oder der Mitnehmer­ einheit (29, 30) relativ zur Längsachse (2) des Werkstückträgers (1) ortsfest positioniert ist.

8. Werkstückträger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trägerstruktur mehrere Aufnahmeebenen (15-17) aufweist.

9. Werkstückträger nach einem der Ansprüche 4 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ortsfeste Positionierung durch einen Mitnehmer bzw. eine Mitnehmereinheit (12a, 12) und ein Halteelement (13; 20) bewirkt wird.

10. Werkstückträger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mittel (12a) zur Übertragung der Drehbewegung außen an dem Werkstückträger (1) angeordnet sind.

11. Werkstückträger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Übertragung der Drehbewegung im Inneren des Werkstück­ trägers (1) angeordnet sind.

12. Werkstückträger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß über zusätzliche Antriebe (22-25) weitere Rotationsachsen (4; 26a) entstehen und daß die Rotationsachse (14; 26a) der Werkstücke (5) die dritte (14) oder weitere (26a) Rotationsachse darstellt.

13. Anlage, in denen Werkstückträger zur Behandlung und Beschichtung von Teilen genutzt werden, gekennzeichnet durch Werkstückträger nach einem der Ansprüche 1 bis 12.

14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet daß der Werkstück­ träger (1) auf einer Aufnahmevorrichtung (3), insbesondere einem Drehtisch (3a) oder einem Transportrahmen (36) mit linearer Bewe­ gungskomponente angeordnet ist und vorzugsweise durch die Bewegung der Aufnahmevorrichtung (3) in Rotation versetzt wird.

15. Anlagen nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um Batchanlagen, Durchlaufanlagen, in-line-Sytemen oder Rundtakt­ anlagen handelt.

16. Anlagen nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in diesen Anlagen Einrichtungen und Verfahren verwendet werden, die Teile an deren Oberflächen behandeln und/oder beschichten

17. Anlagen nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in diesen Anlagen Einrichtungen und Verfahren für die plasmage­ stützte Oberflächenbehandlungs- und/oder Beschichtungstechniken ver­ wendet werden.

18. Anlagen nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in diesen Anlagen Einrichtungen und Verfahren für PVD-Beschich­ tungen verwendet werden.

19. Anlagen nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in diesen Anlagen Einrichtungen und Verfahren für Sputter-, Arc-, Verdampfungs- oder Hohlkathoden-Prozesse verwendet werden.

20. Anlagen nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in diesen Anlagen Einrichtungen und Verfahren für PECVD-Be­ schichtungen verwendet werden.

21. Anlagen nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in diesen Anlagen Einrichtungen und Verfahren verwendet werden, die durch gepulste und/oder ungepulste Einkopplung von elektrischer Energie oder Einstrahlung von elektromagnetischer Energie mit Frequen­ zen von 0 Hz bis 25 GHz angeregt werden.

22. Anlagen nach einem der Ansprüche 13 bis 16 und 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in diesen Anlagen Verfahren und Einrichtungen verwendet werden, die Werkstücke an der Oberfläche reinigen und/oder ätzen, insbesondere mit Plasmen.

23. Anlagen nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in diesen Anlagen Verfahren und Einrichtungen verwendet werden, die Werkstücke an der Oberfläche beschichten durch Spritz- und Strahl­ techniken, insbesondere Plasmaspritzen.

24. Anlagen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in diesen An­ lagen Verfahren und Einrichtungen verwendet werden, die Techniken nach Anspruch 14 bis 23 einzeln oder in Kombination verwenden.

25. Herstellung von Beschichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten mit Werkstückträgern nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auf Werkstücke abgeschieden wurden.

26. Beschichtungen nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schichten homogen oder gradiert sind oder Mehrfachlagen- bzw. Multi­ lagenschichten darstellen.