DE2548357C2 - Einrichtung zur kontinuierlichen Vakuumbedampfung eines bandförmigen Trägermaterials mit Zink - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur kontinuierlichen Vakuumbedampfung nach der Gattung des Hauptanspruches. Eine derartige Bedampfungseinrichtung ist beispielsweise bekannt aus der DE-PS 9 76 068, welche ein Verfahren zum laufenden Überziehen band- oder drahtähnlicher Gebilde nach dem thermischen Aufdampfungsverfahren beschreibt. Die dort verwendete Bedampfungseinrichtung zeigt einen Verdampfer, auf dessen oberem Rand ein massiver Aufsatz mit einer düsenartigen Austrittsöffnung aufgebracht ist. Die Wärmeleitfähigkeit eines derartigen Düsen-Aufsatzes ist nicht befriedigend, einerseits weil der Einsatz nicht weit genug in den Heizraum hineinreicht und anderer· seits weil der Wärmetransport zur Düsenöffnung hin aufgrund der Masse des Teiles und gegebenenfalls seines Materials unzureichend ist Weiterhin besitzt der die Düse bildende Aufsatz dieser bekannten Vorrichtung scharfkantige Ränder am Düsenaustritt, wodurch die Homogenität des Dampfstromes gestört wird.

Weiterhin ist es aus der US-PS 32 81 517 bekannt, den Düseneinsatz einer stationären Bedampfungseinrichtung weit in den Heizraum hineinragen zu lassen. Auch dieser bekannte Einlauftrichter besitzt scharfkantige Begrenzungen, welche sich nachteilig auf den Verlauf des Dampfstromes auswirken und .zu verhältnismäßig starken Ablagerungen am Düsenrand führen. Ferner ist auch dieser bekannte Düseneinsatz massiv ausgebildet, so daS die Temperatur am Düsenrand mit beachtlicher Verzögerung derTemperatur im Heizraum folgt

Bekannte Bedampfungseinrichtungen entsprechend dem Gattungsbegriff des Anmeldungsgegenstandes finden Verwendung bei der Zink-Bedampfung von dielektrischen Bändern für selbstheilende elektrische Kondensatoren. 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 einer derartigen bekannten Einrichtung zur Bedampfung von Kondensatorbändern 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 Oberfläcnenbeschichtung 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 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 Bandoberfläche 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 und 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 kann 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 »us dem relativ großen öffnungswinkel und der Weite des Längsschlitzes 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, bei einer Einrichtung gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruches die Drosselstelle so auszubilden und anzuordnen, daß sich dort Material nicht durch Kondensation ansammeln bzw. ansetzen kann. Durch die Verhinderung von Ablagerungen des verdampften Zinks am Verdampferschlitz vermeidet man neben des zuvor geschilderten Spritzers auch weitestgehend das Zuwachsen des Schlitzes und Korrosionserscheinungen durch Zinkoxid, welches sich bei Luftzutritt an der Düse bildet Zur Behebung dieser nachteiligen Erscheinungen ist einerseits eine vorteilhafte Formgebung für die Düse wichtig, andererseits soll dafür gesorgt werden, daß eine gute Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Heizraum und dem äußeren Düsenrand entsteht so daß der Wärmetransport zum Schütz hin verbessert und damit Ablagerungen von Metall am Schlitz weitgehend vermieden werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Gestaltung der Bedampfungseinrichtung entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches. Die getroffenen Maßnahmen bewirken, daß die Dampfstrahlablösung am Dampfaustritt auf ein unvermeidliches Minimum herabgesetzt ist wodurch die Gefahr einer Metallkondensatabiagerung stark vermindert 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 Auslauftrirhters auf höchstens Schallgeschwindigkeit des Materialdampfes mit geringster Wandablösung des Dampfstrahles 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 geringalmögliche Wandablösung des Dampfstrahles 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 Dampfstrahl vermindert wird.

Um dem Niederschlag von aus dem Bad erüptierten Materialspritzern entgegenzuwirken, ist es ferner ίο zweckmäßig, daß die Abdampf fläche des Tiegels durch eine mit Abstand in Strömungsrichtung darüber vor dem Einlauftrichter oder innerhalb diesem angebrachte Blende überdeckt ist

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger ihrer Ausführungsformen, die in der Zeichnung vereinfacht dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Einrichtung zur Vakuumbsdampfung der bekannten Art im senkrechten Schnitt;
Fig.2 eine Einrichtung zur Vakuumbedampfung nach der Erfindung im senkrechten '.;hnitt;

Fig.3 eine Draufsicht auf die Ein-ichtung gemäß F i g. 2 unter Fortlassung des Bandes und

F i g. 4 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung im senkrechten Schnitt

F i p. I zeigt einen 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 obengerichtete öffnung, die durch ein Blech 5, beispielsweise aus Chrom-Nickel-Stahl abgedeckt ist, 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 Längsschlitz 8 insbesondere an seiner dem Band 6 zugewandten Außenkante strömungsungünstig ausgebildet ist, kommt es dort zu einem Abreißen der der Dampfströmung 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 F i g. 2 und 3 bei einem Verdampfer 10 mit Heizraum 11, Tiegel 12 und Zink'iad 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 dargestellter Weise befestigt ijt.

Wie aus F i g. 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 Fig.2 gelegenen Enden kreisförmig abgeschlossen.

Bei Ausbildung der in den Fig. 2 und 3 veranschaulichten Düsenform unter Zuhilfenahme bekannter aerodynamischer Gesetzmäßigkeiten so, daß Überschallströmung im Dampfstrahl nicht entsteht, läßt sich erreichen, daß den Auslauftrichter 16 ein weitestgehend ί wirbelfreier 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 in Heizraum 11 hineinragt und dadurch für einen guten Wärmetransport zur Düse 14 und zum Auslauftrichter 16 sorgt.

Wie außerdem aus F i g. 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 F i g. 4 ist beim Verdampfer 30 mit Heizraum 31, Tiegel 32 und Zinkbad 33 die Anordnung so getroffen, daß der Düse 34 im Einlauftrichter jI5 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 über starke Abrundungen 38 und 39 in ein Auflageblech 40 über, mit dem die Düsenkonstruktion wieder auf der öffnung des Heizranities31 aufgesetzt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. Patentansprüche;

   l_r Einrichtung zur kontinuierlichen Vakuumbedampfung eines Trägermaterials in Form eines Bandes mit Zink, 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 und wobei die Drosselstelle im in Bandvorschubrichtung gelegenen Querschnitt als Düse mit einem sich in Richtung auf die Düse verengenden Einlauftrichter und einem sich erweiternden Auslauf ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Stahlblech bestehende Düsen-Konstruktion von oben in den Heizraum (11, 31) eingesetzt ist mit einem weit in den Heizraum hineinragenden Einlauftrichter (15, 33) und daß der Auslauftrichter (16) sich trat Abrundungen (17, 18; 38, 39) der Längsränder der Düse nach außen öffnet
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlauftrichter (15) den Tiegel (12) des zu verdampfenden Materials (13) umfaßt
3. 3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse nach Art einer Laval-Düse oder eines Venturi-Rohres ausgebildet ist
4. 4. Einrichtung nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (14; 34, 36) einschließlich gegebenenfeüs eines Auslauftrichters (16) auf höchstens Schallgeschwindigkeit des Materialdampfes mit geringster Wandablöst/ig des Dampfstrahles ausgelegt ist
5. 5. Einrichtung nach Anspruch i, 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).
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdampffläche des Tiegels (12) durch eine mit Abstand in Strömungsrichtung darüber angebrachte Blende (21) überdeckt ist