DE2548357A1

DE2548357A1 - Einrichtung zur kontinuierlichen vakuumbedampfung eines traegermaterials

Info

Publication number: DE2548357A1
Application number: DE19752548357
Authority: DE
Inventors: Dieter Bayer; Herbert Dipl Phys Foerster
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1975-10-29
Filing date: 1975-10-29
Publication date: 1977-05-18
Also published as: DE2548357C2

Description

Anlage zur
Patent- und Gebrauchsmuster-Hilfsanmeldung Einrichtung zur kontinuierlichen Vakuumbedampfung eines Trägermaterials Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur kontinuierlichen Vakuumbedampfung einer Trägermaterials in Form eines Bandes mit verdampfbarem Material, wobei das in einem Heizraum aus einem Tiegel verdampfte Material über eine den Heizraum abschließende Drosselstelle von der Breite des Bandes dem davor zumindest im angenäherten Vakuum gleichmäßig fortbewegten Band zuströmt und darauf niedergeschlagen wird.
Eine solche Einrichtung findet beispielsweise Verwendung bei der Zink- Bedampfung von dielektrischen Bändern für selbstheilende elektrische Koniensatoren.
Auf dieses Beispiel wird auch im weiteren Bezug genommen, ohne daß darauf die Erfindung beschränkt wäre.
Vielmehr ist sie auch zur Bedampfung eines Trägermaterials mit anderen Stoffen verwendbar.
Bei der bekannten Einrichtung ist der Heizraum, an dessen Boden sich der Tiegel mit dem zu verdampfenden Zink befindet, in Richtung auf das zu bedampfende Band durch ein ebenes Blech mit geeigneter chemischer und Temperaturbeständigkeit abgeschlossen, in dem sich ein quer zur Bandvorschubrichtung über die gesamte Bandbreite erstreckender Längsschlitz befindet, durch den der Zinkdampf infolge des Druckunterschiedes zwischen Verdampferraum und unmittelbarer Umgebung des Bandes strömt und sich auf dem davor kontinuierlich fortbewegten Band als Oberflächenbeschichtung niederschlägt. Dabei wird die niedergeschlagene Menge über die Temperatur des Heizraumes also die Stärke der Zinkverdampfung in Kombination mit der Vorschubgeschwindigkeit des Bandes geregelt.
Der genannte Längsschlitz ist nun scharfkantig in dem Abschlußblech des Heizraumes angebracht. Die damit gegebene Form der Dampfführung und des Dampfaustrittes bewirkt hinter dem Längsschlitz verstärkte Ablösung der Dampfströmung, wodurch sich unmittelbar an den Rändern des Längsschlitzes Dampfmaterial niederschlagen kann.
Die dort dadurch gebildeten Tropfen werden von dem weiterhin vorbeiströmenden Dampf teilweise mitgerissen und als Spritzer auf die Dampfoberfläche geschleudert.
Solche Spritzer oder Verdickungen in der Zinkbeschichtung des Bandes können zum Versagen der Selbstheilung eines aus einem solchen Band hergestellten Kondensators führen. Unter Selbstheilung eines Kondensators versteht man, daß bei elektrischem Durchschlag des Dielektrikums das im Bereich der Durchschlagstelle vorhandene Metall verdampft uns sich dadurch kein Kurzschluß an dieser Stelle bilden kann. Ist nun aber infolge eines Spritzers der genannten Art an einer solchen Durchschlagstelle die angebotene Metallmenge zu groß, so kadn sie.nicht gänzlich oder in ausreichend kurzer Zeit verdampfen und es entstehen Ausbrandstellen mit unzulässig niederen Isolationswiderständen.
Eine weitere unangenehme Begleiterscheinung von niedergeschlagenen Spritzern bzw. auf der Bandoberfläche gebildeten Verdickungen ist eine stärkere mechanische Beanspruchung der benachbarten Bandlage, aufgrund derer es an solchen Stellen besonders leicht zum Durchschlagen des Kondensators kommen kann. Um dem zu begegnen, mußte beispielsweise das aus einer dünnen Polypropylenfolie bestehende Bandmaterial entsprechend kräftiger bemessen werden, was sich jedoch wieder auf den Raumbedarf eines Kondensators auswirkt.
Schließlich ergibt sich aus dem relativ großen Offnungswinkel und der Weite des Längsschlites eine verhältnismäßig große Wahrscheinlichkeit dafür, daß aus dem Bad eruptierte Tropfen auf die Bandoberfläche geworfen werden, was wiederum zu den vorstehend beschriebenen Folgen führt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einer Einrichtung der eingangs beschriebenen Art die Drosselstelle so auszubilden und anzuordnen, daß sich dort Material nicht durch Kondensation ansammeln bzw. ansetzen kann, um so auch einem Zuwachsen der Drosselstelle beim Absetzen des Betriebes der Einrichtung und dem damit verbunden Lufteinlaß durch Metalloxid entgegenzuwirken. Im Hinblich hierauf sollen also die Strömungsbedingungen im Bereich der Drosselstelle verbessert werden, was außerdem durch einfache auch nachträglich bei bereits vorhandenen Anlagen durchführbare Maßnahmen geschehen soll.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Drosselstelle im in Bandvorschubrichtung gelegenen Querschnitt als Düse mit einem in den Heizraum hineinreichenden, sich in Richtung auf die Düse verengenden Einlauftrichter und einem sich wenigsten in Form einer Abrundung der Längsränder der Düse erweiternden Auslauf ausgebildet ist.
Diese Maßnahmen haben die Wirkung, daß die Dampfstrahlablösung am Dampfaustritt auf ein unvermeidliches Minimum herabgesetzt ist, wodurch die Gefahr einer Metallkondensatablagerung stark vermindet ist. Dem tritt erheblich unterstützend hinzu, daß durch das Hineinreichen des Einlauftrichters in den Heizraum durch Wärmestrahlung und Wärmeleitung die Temperatur der Düse ohne zusätzliche Heizung so heraufgesetzt ist, daß sie der Neigung der Bildung eines Metallkondensats entgegenwirkt.
Damit kann nun auch die Weite der Düse relativ klein gehalten werden, was wiederum die Möglichkeit gibt, die Dampfenergie im Verdampfer mittels Temperaturerhöhung zu vergrößern, ohne daß zuviel Dampf auf dem Band niedergeschlagen wird. Die vergrößerte Dampfenergie führt aber zur Bildung einer besonders gut haftenden und stabilen dünnen Metallschicht auf der Folie.
Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, daß der Einlauftrichter den Tiegel des zu verdampfenden Materials umfaßt, wodurch eine besonders gute Wärmeleitung und vollständige Erfassung des entstehenden Materialdampfes gewährleistet sind.
Außerdem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß sich an die Düse in Richtung auf das zu bedampfende Trägermaterial ein Auslauftrichter anschließt Damit ergibt sich erfindungsgemäß eine Düsenform nach Art einer Laval-Düse oder eines Venturi-Rohres, wobei die Ausbildung zweckmäßig so vorgenommen wird, daß die Düse einschließlich gegebenenfalls eines Auslauftrichters auf höchstens Schallgeschwindigkeit des Materialdampfes mit geringster Wandablösung des Dampf strahles ausgelegt ist.Anzustreben ist also eine Dampfabströmung hinter der Düse in Form eines Parallel-Dampf strahles mit einer Geschwindigkeit unterhalb der Überschallströmung. Dadurch treten hinter der Düse keine Verdichtungsstöße auf, die wieder zur Tropfenbildung infolge Kondensation und ungleichmäßigen Schichtdicken führen könnten. Außerdem verhindert auch eine geringsmögliche Wandablösung des Dampf strahles dortige Wirbelbildung und Kondensation infolge herabgesetzter Geschwindigkeit der Dampfteilchen.
In Weiterbildung kann der Düse eine weitere Düse im Einlauftrichter vorgeschaltet sein, wobei sich der Einlauftrichter zwischen den beiden Düsen wieder erweitert, denn es hat sich gezeigt, daß dadurch die Gefahr einer Tröpfchenbildung im Dampfstrafhl vermindert wird.
Um dem Niederschlag von aus dem Bad eruptierten Materialspritzern entgegenzuwirken, ist es ferner zweckmäßig, daß die Abdampfflache des Tiegels durch eine mit Abstand in Strömungsrichtung darüber vor dem Einlauftrichter oder innerhalb diesem angebrachte Blende überdeckt ist.
Schließlich versteht es sich von selbst, daß der Düsenquerschnitt einschließlich Einlauftrichter und gegebenenfalls vorhandenem Auslauftrichter im Bereich der Bandlängskanten durch eine strömungsgünstige Form, zweckmäßig eine abgerundete Form abgeschlossen ist.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenen Beschreibung einiger ihrer Ausführungsformen, die auf der Zeichnung vereinfacht dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 Eine Einrichtung zur Vakuumbedampfung der bekannten Art im senkrechten Schnitt; Fig. 2 eine Einrichtung zur Vakuumbedampfung nach der Erfindung im senkrechten Schnitt; Fig. 3 eine Draufsicht auf die Einrichtung gemäß Figur 2 unter Fortlassung des Bandes und Fig. 4 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung im senkrechten Schnitt.
Figur 1 zeigt ein« in nicht dargestellter Weise elektrisch beheizten Verdampfer 1, der einen Heizraum 2 bildet, an dessen Boden ein Tiegel 3 mit einem Zinkbad 4 angeordnet ist.
Der Heizraum 2 hat eine nach oben gerichtete hoffnung, die durch ein Blech 5, beispielsweise aus Chrom-Nickel-Stahl abgedeckt ist1 das auf dem Verdampfer in nicht näher dargestellten Weise befestigt ist. Oberhalb des Bleches wird das zu bedampfende Trägermaterial 6 in Richtung des Pfeiles 7 kontinuierlich vorbeibewegt.
Da sich das Band 6 in einem Raum befindet, in dem niederer Druck herrscht, strömt das im Heizraum 2 verdampfte Zink über den im Blech 5 sich senkrecht zur Zeichenebene erstreckenden Längsschlitz 8 in Richtung auf das Band 6 und schlägt sich dort als Beschichtung nieder.
Da bei dieser bekannten Einrichtung der scharfkantig ausgebildete Längs schlitz 8 insbesondere an seiner dem Band 6 zugewandten Außenkante strömungsungünstig ausgebildet ist, kommt es dort zu einemAbreißender der Dampf strömung und zur Kondensation des Zinkdampfs unter Bildung von sich an der Kante ansetzenden Tropfen.
Diese werden vom nachströmenden Zinkdampf mitgerissen und als Spritzer auf das Band 6 geworfen.
Um dem zu begegnen, ist gemäß Figur 2 und 3 bei einem Verdampfer 10 mit Heizraum 11, Tiegel 12 und Zinkbad 13 für die Dampfströmung eine Düse 14 vorgesehen, die sich an einen den Tiegel 13 umfassenden Einlauftrichter 15 anschließt und in einen Auslauftrichter 16 übergeht. Der Auslauftrichter 16 schließt sich über stark abgerundete Kanten 17 und 18 an ein Abschlußblech 19 an, mit dem die nach Art einer Laval-Düse ausgebildete, beispielsweise aus Chrom-Nickel-Stahlblech bestehende Konstruktion von oben in die Öffnung des Heizraumes 11 eingesetzt und dort in nicht näher dargestellten Weise befestigt ist.
Wie aus Figur 3 ersichtlich, ist der durch die Düse 14 und die Trichter 15 und 16 gebildete Austrittsquerschnitt für den Zinkdampf an dem senkrecht zur Zeichenebene der Figur 2 gelegenen Enden kreisförmig abgeschlossen.
Bei Ausbildung der in den Figuren 2 und 3 veranschaulichten Düsenform unter Zuhilfenahme bekannter aerodynamischer Gesetzmäßigkeiten so, daß Uberschallströmung im Dampf strahl nicht entsteht, läßt sich erreichen, daß den Auslauftrichter 16 ein weiteLtrJehend wirbel freier Paralleldampfstrahl in Richtung auf das Band 20 verläßt, so daß sich weder an der Düse 14 noch am Rand des Auslauftrichters 16 Metallkondensat absetzt. Dies wird dadurch unterstützt, daß der Einlauftrichter 15 mit seiner Wandung weit in den Heizraum 11 hineinragt und dadurch für einen guten Wärmetransport zur Düse 14 und zum Auslauftrichter 16 sorgt.
Wie außerdem aus Figur 2 ersichtlich, kann der Tiegel 12 durch eine mit Abstand frei darüber angeordnete Blende 21 so abgedeckt sein, daß aus dem Zinkbad 13 eruptierte Zinktropfen nicht mit dem Dampfstrom in den Einlauftrichter 15 gelangen können.
Gemäß Figur 4 ist beim Verdampfer 30 mit Heizraum 31, Tiegel 32 und Zinkbad 33 die Anordnung so getroffen, daß der Weise 34 im Einlauftrichter 35 eine weitere Düse 36 vorgeschaltet ist, wobei sich der Einlauftrichter zwischen den beiden Düsen 34 und 36 bei 37 wieder erweitert. Der Düsenquerschnitt 34 geht huber starke Abrundungen 38 und 39 in ein Auflageblech 40 über,mit dem die Düsenkonstruktion wieder auf der Öfihung des Heizraumes 31 aufgesetzt ist.

Claims

Ansprüche )) Einrichtung zur kontinuierlichen Vakuumbedampfung eines Trägermaterials in Form eines Bandes mit verdampfbarem Material, wobei das in einem Heizraum aus einem Teigel verdampfte Material über eine den Heizraum abschließende Drosselstelle von der Breite des Bandes dem davor zumindest im angenäherten Vakuum gleichmäßig fortbewegten Band zuströmt und darauf niegergeschlagen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle im in Bandvorschubrichtung gelegenen Querschnitt als Düse (14, 34, 36) mit einem in den Heizraum (11, 31) hineinreichenden, sich in Richtung auf die Düse verengenden Einlauftrichter (15, 35) und einem sich wenigsten in Form einer Abrundung(17, 18; 38, 39) der Längsränder der Düse erweiterden Auslauf ausgebildet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlauftrichtet (15) den Tiegel (12) des zu verdampfenden Materials (13) umfaßt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Düse (14) in Richtung auf das zu bedampfende Trägermaterial (20) ein Auslauftrichter (16) anschließt.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse nach Art einer Lavel-Düse oder eines Venturi-Rohres ausgebildet ist
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (14; 34, 36) einschließlich gegebenenfalls eines Auslauftrichters (16) auf höchstens Schallgeschwindigkeit des Materialdampfes mit geringster Wandablösung des Dampf strahles ausgelegt ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Düse (34) eine weitere Düse (36) im Einlauftrichter (35) vorgeschaltet ist, wobei sich der Einlauftrichter zwischen den beiden Düsen wieder erweitert (bei 37).
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdampffläche des Tiegels (14 durch eine mit Abstand in Strömungsrichtung darüber angebrachte Blende (21) überdeckt ist.