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"Reihenverdampfer für Vakuumbedampfungsanlagen" Die Erfindung bezieht
sich auf einen Reihenverdampfer für Vakuumbedampfungsanlagen, insbesondere für Bandbedampfungsanlagen,
bestehend aus mehreren, einzeln in der Leistung steuerbaren, durch Stromdurchgang
beheizten auf stUtzenförmig ausgebildeten elektrischen Zuleitungen befestigten Verdampfern.
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Bei Reihenverdampfern handelt es sich um Verdampfungseinrichtungen,
die aus mehreren, in einer Reihe angeordneten Verdampferelementen von im wesentlichen
gleicher Bauart bestehen. Sie werden in den Fällen eingesetzt, in denen einen größere
Fläche möglichst gleichmäßig mit dem zu verdampfenden Stoff beschichtet werden soll.
Besonders hohe Anforderungen an eine gleichmäßige Niederschlagsrate bzw. Schichtdickenverteilung
werden bei Bedampfungsanlagen für die Bedampfung von Bändern und Folien mit erheblichen
Breiten gestellte Hierbei wird ein Band mit großer Geschwindigkeit oberhalb einer
reihenförmigen Verdampferanordnung bewegt. Aufgrund der bei solchen Bändern auftretenden
Randeffekte und der bei einzelnen Verdampfern auftretenden Dampfstrahlen mit Vorzugsrichtung
können breite Bänder mit einem einzigen Verdampfer nicht gleichmäßig beschichtet
werden, auch dann nicht, wenn der Verdampfer eine Länge besitzt, die im wesentlichen
der Breite des Bandes entspricht. Als Grund hierfür ist die Unmöglichkeit anzusehen,
einzelne Zonen eines solchen langen Verdampfers getrennt in Richtung auf eine höhere
oder niedrigere Verdampfungsrate zu steuern bzw. zu regeln.
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Das vorstehende Problem wurde bereits durch Schaffung des Reihenverdampfers
gelöst, bei dem jedes Verdampferelement eine eigene elektrische Zuleitung besitzt,
die zu einem eigens für diese Verdampfereinheit vorgesehenen Stellglied führt. Diese
Maßnahme bedingt eine Vielzahl von elektrischen Zuleitungen, welche vakuumdicht
durch das Gehäuse der Bedampfungsanlage ins freie geführt werden müssen. Darüberhinaus
bedingt die thermische Belastung der Verdampfer eine intensive Kühlung der Kontakte
bzw.
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Einspannstellen der Verdampferschiffchen. Auch hiermit ist wiederum
notwendigerweise eine Vielzahl von Zu- und
Ableitungen für die Führung
einer Kühlflüssigkeit verbunden. Bereits bei einem Reihenverdampfer, der aus acht
Verdampferelementen besteht, führt dies zu einem nahezu unübersehbaren Wirrwarr
von Leitungen mit den entsprechenden Di chtungsprobl emen.
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Durch das DT-Gm 7 o37 932 ist es bereits bekannt, die Vielzahl der
Leitungen und deren Durchführungsstellen durch die Wand der Vakuumkammer dadurch
auf die Hälfte zu reduzieren, daß man die Kühlmittelhin- und -rückleitungen als
KaxialLeitungen ausführt, von denen die äußere gleichzeitig zur Stromzuführung dient.
die bekannte Anordnung besitzt jedoch immer noch eine unerwünscht große Anzahl von
Leitungen und Wanddurchführungen, insbesondere dann, wenn die Anzahl der einzelnen
Verdampferelemente weiter erhöht wird, was beispielsweise bei der Bedampfung von
breiteren Bändern unerläßlich ist. Außerdem erschweren die teilweise gekrümmt verlegten
Leitungen die Reinigung der Anlage außerordentlich, so daß der Wunsch nach starker
Verinfachung des Konstruktionsaufwandes entstanden ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reihenverdampfer der
eingangs beschriebenen Bauart anzugeben, bei dem die Dichtungsprobleme weiter reduziert
werden und bei der eine Verdampferanordnung-entsteht, deren Äußeres bei völligem
Verzicht auf äußerlich sichtbare Leitungen einen glatten und geschlossenen Eindruck
macht, so daß eine Reinigung leicht möglich ist.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen
Reihenverdampf er gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch, daß die stützenförmigen
Zuleitungen zu den Verdampfern auf einem sich über die gesamte Länge des Reihenverdampfers
erstreckenden, elektrisch
leitfähigen Hohlkörper befestigt sind,
wobei die Zuleitungen der einen Polarität elektrisch leitend mit dem Hohlkörper
verbunden sind, während die Zuleitungen der anderen Polarität isoliert durch den
Hohlkörper hindurchgeführt und mit imi Innern des Hohlkörpers isoliert angeordneten
Leitungsdrähten verbunden sind, und daß der Hohlkörper als Behälter für ein Kühlmittel
eingerichtet ist.
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Bei Befolgung der erfindungsgemäßen Lehre wird die Reinigung des Reihenverdampfers
aufgrund der glatten Oberfläche des elektrisch leitfähigen Hohlkörpers wesentlich
vereinfacht. Eine regelmäßige Reinigung ist deswegen erforderlich, weil bei der
Verdampfung von Metallen ein Teil des Metalles auf dem unvermeidbaren elektrischen
Isolatoren kondensiert und den Isolationswiderstand beträchtlich herabsetzt. Eine
Reinigung ist aber auch deswegen erforderlich, weil ein Teil des verdampften Sbffes
auf anderen Flächen als dem Substrat kondensiert, nach Erreichen einer größeren
Schichtdicke abblättert und die gesamte Anlage verunreinigt.
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Durch die gemeinsame Kühlung aller Einspannstellen bei Reihenverdampfern
können weniger temperaturbeständige Werkstoffe verwendet werden, so daß die Herstellkost,en
gesenkt werden können. Aufgrund der Anordnung der Leitungsdrähte im Innern des Hohlkörpers
werden die Leitungsdrähte zwangsweise durch das sie umströmende Kühlmittel gekühlt,
so daß kleinere Querschnitte verlegt werden'können, die eine leichtere Verlegung
mit sich bringen. Spannungs- und Kühlwasserdurchführung durch die Vakuumkammer sind
miteinander identisch; es wird für jeden Reihenverdampfer nur eine einzige Durchführung
durch die Wand der Vakuumkammer
bendtlgtQ Die vakuumdichte Durchfüiirung
der stützenförmigen Zuleitungen durch den Hohlkörper ist relativ unproblematisch,
weil es sich hierbei um einfache Bauteile handelt, für deren Abdichtung ausreichend
Platz zur Verfügung steht. Im übrigen kann die Montage des Reihenverdampfers außerhalb
der Vakuumanlage durchgeführt und die erforderliche Vakuumdichtheit außerhalb der
Anlage UberprüSt werden.
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Die stüztenförmigen Zuleitungen zu den Verdampfern dienen zur Einspannung
und Halterung des jeweilige Verdampfers sowie zu dessen Stromversorgung. Sie können
in verschiedener Weise ausgeführt sein, jedoch empfiehlt sich infolge der notwendigen
Abdichtung eine Ausbildung in Form eines rotationssymmetrischen Zapfens, der mit
Mitteln für das vakuumdichte Einsetzen in den Hohlkörper ausgestattet ist und an
den im eingebauten Zustand nach oben weisenden Ende eine Einspannmöglichkeit für
den einzelnen Verdampfer bzw. das Verdampferschiffchen besitzt. Die Zuleitung hat
somit das Aussehen einer Stützsäule mit elektrischer Leitfähigkein. Eine sehr einfache
Ausführung auch im Hinblick auf den Herstellungsaufwand ergibt sich gemäß der weiteren
Erfindung dann, wenn der elektrisch leitfähige Hohlkörper als quaderförmiger Kasten
ausgebildet ist, in dessen oberer Wand zwei parallele Reihen von Bohrungen angeordnet
sind, von denen die eine Reihe zur Aufnahme der Zuleitungen einer Polarität und
die andere Reihe zur Aufnahme der Zuleitungen der anderen Polarität dient.
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Der zu treibende Fertigungsaufwand kann dadurch noch weiter verringert
werden, daß die stützenförmigen Zuleitungen beider Polaritäten mindestens an der
Stelle
des Durchtritts durch den Hohlkörper identisch ausgebildet
sind, und daß für die elektrisch leitende Verbindung mit dem Hohlkörper metallische
Dichtelemente und für die isolierte Durchführung nichtleitende Dichtelemente von
identischen Abmessungen vorgesehen sind Ein derart konstruierter Reihenverdampf
er läßt sich nach Art eines Baukastensystems aus wenigen, vorgefertigten Teilen
zusammensetzen, wobei je nach der Polarität der stützenförmigen Zuleitung lediglich
das entsprechende, leitende oder nichtleitende Dichtelement ausgewählt werden muß.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.
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Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung sei nachfolgend
anhand der Figuren 1 und 2 näher beschrieben.
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Es zeigen: Figur 1 einen Querschnitt durch ein Verdampferelement und
Figur 2 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt aus einem Reihenverdampf er gemäß Figur
1.
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In Figur T ist mit? io ein Verdampferschiffchen bezeichnet, welches
in seinem mittleren Teil eine Ausnehmung 11 zur Aufnahme des geschmolzenen und zu
verdampfenden Materials 12 enthält. Da das Verdampferschiffchen durch Stromdurchgang
beheizbar ist, besteht es aus einem elektrisch leitfähigen Material. Hierfür kommen
beispielsweise Graphit oder hochtemperaturbeständige-ivletalle in Frage wie beispielsweise
Wolfram sowie Keramik-Metall-Verbindungen.
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Das zu verdampfende Material wird während des Betriebes kontinuierlich
in Form eines Drahtes 13 von einer Vorratsrolle 14 zugeführt. Das Verdampferschiffchen
lo ist an seinem einen Ende unter guter Kontaktgabe in einer stützenförmigen Zuleitung
15 eingespannt, die aus gutleitendem Metall besteht und im wesentlichen rotationssymmetrisch
ausgebildet ist. Am oberen Ende der Zuleitung 15 befindet sich eine der Breite des
Verdampferschiffchens lo entsprechende Ausnehmung 16, die beidseitig von Spannbacken
1? begrenzt wird. Der Strom-Übergang erfolgt durch zwischengelegte Grafitfolie,
die elastisch genug ist, bei Wärmeausdehnungen der Schiffchen den elektrischen Kontakt
aufrecht zu erhalten.
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Die Zuleitung 15 besitzt einen ringförmigen Flansch 18, an den sich
ein zylindrischer Fortsatz 19, ein Gewinde 20 und ein stark verjüngter Zapfen 21
anschliessen.
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Unterhalb des Verdampferschiffchens lo befindet sich ein kastenförmiger,
metallischer Hohlkörper 22 entsprechenden Querschnitts, dessen obere Wand 23 mit
zwei parallelen Reihen von Bohrungen 24 und 25 versehen ist, von denen in Figur
1 nur jeweils die in der Schnittebene liegenden Bohrungen zu sehen sind. Durch die
in der Zeichnung rechts liegende Bohrung 24 ist die Zuleitung 15 mittels des zylindrischen
Fortsatzes 19 hindurchgeführt. Der Flansch 18 stützt siah hierbei unter Zwischenschaltung
eines isolierenden Dichtelements 26 auf der Oberseite der oberen Wand 23 ab. Ihm
gegenüber ist ein zweites, isolierendes Dichtelement 27 angeordnet, welches mittels
einer Spannmutter 28 gegen die Wand 23 vakuumdicht verschraubt ist. Die Dichtwirkung
kann durch besondere Rundschnurringe 29' zusätzlich verbessert werden. An dem Zapfen
21 ist mittels einer Klemme 30 einer der Leitungsdrähte 31 für die Stromversorgung
des Schiffchens 1o befestigt.
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Das andere Ende des Verdampferschiffchens lo ist in analoger Weise
zwischen Spannbacken 17' eingespannt, welche Teil einer stützenförmigen Zuleitung
15' sind, die mit der Zuleitung 15 identisch ist. Auch die Art der Befestigung in
der in der Figur links liegenden Bohrung 25 ist identisch, jedoch mit dem Unterschied,
daß als Material für die Dichtelemente 26' und 27' ein elektrisch gutleitender Werkstoff
verwendet wird.
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Eine Phase der Stromversorgung ist an den Hohlkörper 22 angeschlossen,
während die andere Phase mit dem Leitungsdraht 31 verbunden ist. Der Heizstrom für
das Verdampferschiffchen lo fließt somit vom Hohlkörper 22 über die Dichtelemente
26727' zur Zuleitung 15' und von hier über das Verdampferschiffchen lo zur Zuleitung
15 bis zum Gewindezapfen 21 und über die Klemme 30 zum Leitungsdraht 31. Analoge
Verhältnisse gelten für ein dahinterliegendes, in der Zeichnung nicht dargestelltes
Verdampferelement, von dem nur ein weiterer Leitungsdraht 32 sichtbar ist. Durch
die angegebene Stromführung können sämtliche Verdampferschiffchen lo bzw. loa parallel,
jedoch mit unterschiedlicher Leistungsregelung betrieben werden. Es ist zu erkennen,
daß der Hohlkörper 22 nicht nur die Leitungsdrähte 31 und 32 zum Zwecke einer intensiven
Kühlung mittels eines darin befindlichen, Kühlmediums umschließt, sondern auch einen
Teil der stützenförmigen Zuleitungen 15 bzw. 15'. Hierdurch ist es möglich, auch
die unteren Enden dieser Zuleitungen stark zu kühlen, so daß eine übermäßige Aufheizung
insbesondere der Durchführungen durch die obere Wand 23 durch einen unvermeidbaren
Wärmefluß vom Schiffchen lo her vermieden, mindestens aber stark reduziert wird.
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Aus Figur 2 ist die Parallelanordnung zweier Verdampferelemente mit
den Verdampferschiffchen 10 und loa gezeigte Die Schiffchen sind auf ihrer linken
Seite swisci-en den Spannbacken 17' bzw. 17a' befestigt. Eine analoge Befestigung
erfolgt auf der gegenüberliegenden Seite mittels der Spannbacken 17 etc. Die Leitungsdrähte
31 und 32 verlaufen aui einem Teil ihres Weges parallel zueinander und sind am Eh¢e
des lstetfoige Hohlkörpers 22 durch eine Abschlußwand 33 gefuhrd, die aus zwei Platten
34 und 35-bestehtO Die Platten sind gegeneinander verspannbar, wobei mittels einer
entsprechenden Anzahl von Rundschnurringen 36 die erforderliche Abdichtung erreicht
wird. Zwischen Abschlußwand 33 und Hohlkörper 22 befindet sich ein weiterer Rundschnurring
37.
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Die Anzahl der Verdampferschiffchen 10 bzw. loa beträgt natürlich
ein Vielfaches der in Figur 2 dargestellten Zahl, wobei zu jeder der in Figur 2
rechts liegenden Zuleitungen 15 ein Leitungsdraht 31 bzw. 32 führt.