DE3740483A1 - Verfahren und vorrichtung zum beschichten von materialbahnen mit einer offenen tiefenstruktur - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum beschichten von materialbahnen mit einer offenen tiefenstrukturInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 5.
Durch die DE-AS 10 59 739 ist es bekannt, wärmeempfindliche
Bänder beim Vakuumbeschichten auf einer mitlaufenden Kühlfo
lie durch die Beschichtungzone laufen zu lassen und diese
Kühlfolie ggf. mit den Bändern aufzuwickeln, um beispeils
weise ein Verkleben der einzelnen Lagen der Bänder zu ver
hindern. Dadurch ist eine zweiseitige Beschichtung aber nur
auf dem Umweg über eine Trennung von Band und Kühlfolie mit
nachfolgendem Wenden des Bandes möglich. Die bekannte Maß
nahme ist jedoch nicht ausreichend, wenn es sich darum han
delt, Bahnen mit einer offenen Tiefenstruktur wie Schaum
stoffe, Vliese, Gewebe etc. mit einer relativ großen Menge
des Beschichtungsmaterials pro Flächeneinheit zu beschich
ten.
Beim Vakuumbeschichten durch ein physikalisches Abscheide
verfahren wie Aufdampfen und Katodenzerstäuben wird das Sub
strat (die Materialbahn) thermisch hoch belastet, und zwar
durch die unvermeidliche Wärmestrahlung und durch die
beim Abscheiden freiwerdende Kondensationswärme. Da im Va
kuum die Kühlung durch Gase bzw. Umgebungsluft ausschei
det, führt man das Substrat innerhalb der Beschichtungszone
im allgemeinden über eine gekühlte Oberfläche, was auch in
der DE-AS 10 59 739 angegeben ist. Diese Maßnahme ist aber
nur dann erfolgversprechend, wenn das Substrat eine gute
Wärmeleitfähigkeit und/oder eine geringe Dicke aufweist und
glatt an der Kühlfläche anliegt, was bei dünnen Kunststoff
folien noch einigermaßen zutrifft.
Ganz anders liegen die Verhältnisse bei Materialien mit
einer offenen Tiefenstruktur, d.h. bei Schaumstoffen, Vlie
sen, Geweben etc., die Poren, Hohlräume, vorstehende Ober
flächenpartikel etc aufweisen, sich nicht glatt an Kühlflä
chen anlegen lassen, in der Regel schlechte Wärmeleiter sind
und eine verhältnismäßig große Dicke aufweisen. Das Be
schichtungsmaterial kondensiert bevorzugt auf vorstehenden
Partikeln der zerklüfteten Oberfläche und gibt dort zusätz
lich zur Strahlungswärme seine Kondensationswärme ab. Eine
Wärmeabfuhr zur Seite hin und über die Rückseite des Sub
strats ist vernachlässigbar. Die Folge ist eine rasche Zer
störung des Substrats, und zwar bereits bei geringen Nieder
schlagsraten pro Flächeneinheit des Substrats. Noch sehr
viel ungünstiger liegen die Verhältnisse, wenn die Material
bahn gleichzeitig von beiden Seiten beschichtet wird, da
sich in diesem Fall die Wärmebelastung verdoppelt und jegli
che Kühlung in der Beschichtungszone unterbleiben muß.
Ein Versuch, die Materialmenge in mehrere Teilmengen zu
unterteilen und diese nacheinander in mehreren Durchgängen
auf die Materialbahn aufzubringen, führte allein gleichfalls
nicht zum Erfolg, da der Wickel der Materialbahn einen idea
len Wärmespeicher darstellt, so daß die Substrattemperatur
bei jedem Durchgang kumulativ anstieg und das Substrat beim
zweiten, spätestens aber beim dritten Durchgang zerstört
wurde.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Be
schichtungsverfahren und eine Beschichtungsvorrichtung der
eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit denen auch Materi
albahnen mit einer offenen Tiefenstruktur ohne thermische
Schädigung beschichtet werden können.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß
bei dem eingangs beschriebenen Verfahren durch die im Kenn
zeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen, bei der
eingangs beschriebenen Vorrichtung durch die im Kennzeichen
des Anspruchs 5 angegebenen Merkmale.
Durch das Hin- und Herlaufen der Materialbahn, gewissermaßen
im Pendelbetrieb, verbunden mit dem jedesmaligen Einwickeln
der erneut rückgekühlten Kühlfolie, Einstellen einer "Misch
temperatur" zwischen Materialbahn und Kühlfolie, Herauswic
keln der erwärmten Kühlfolie und den Transport der Wärme
mittels der Kühlfolie an einen Wärmeüberträger unterbleibt
die Kumulation der Wärme in der Materialbahn und im Wickel,
so daß die insgesamt aufzubringende Materialmenge auf eine
entsprechende Anzahl von Teilmengen pro Flächeneinheit auf
geteilt, und die Zahl der Durchläufe bzw. Beschichtungsvor
gänge bei entsprechend verringerter Temperatursteigerung pro
Einzeldurchlauf praktisch beliebig erhöht werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Ma
terialbahn in beiden Laufrichtungen, ja sogar gleichzeitig
auf beiden Seiten ohne unzulässige Temperaturerhöhung zu be
schichten, wodurch die Kapazität der Vorrichtung und damit
die Wirtschaftlichkeit entsprechend erhöht wird.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und das darin ausgeübte Verfahren werden nachfolgend anhand
der einzigen Figur näher erläutert, die einen Vertikal
schnitt durch die Vorrichtung zeigt:
In einer zylindrischen Vakuumkammer 1 befinden sich zwei
Rollen 2 und 3, die je nach Laufrichtung der Materialbahn 4
alternierend als Abwickel- und Aufwickelrollen dienen. Der
größere Wickel befindet sich in dem dargestellten Augenblick
auf der linken, ersten Rolle 2 (Abwickelrolle), während die
zweite Rolle 3 als Aufwickelrolle dient. Zwischen diesen
beiden Rollen liegt der Laufweg der Materialbahn 4. Da sich
der Wickeldurchmesser beider Wickel laufend ändert, wird ein
frei ausgespannter waagrechter Teilabschnitt 4 a der Materi
albahn durch zwei Umlenkwalzen 5 und 6 räumlich festgelegt.
In diesem Teilabschnitt 4 a liegt die Beschichtungszone 7,
die durch zwei Beschichtungsquellen 8 und 9 gebildet wird,
die als an sich bekannte Magnetronkatoden ausgeführt sind,
deren Zerstäubungsflächen 8 a und 9 a einander zugekehrt und
spiegelsymmetrisch zum Teilabschnitt 4 a angeordnet sind.
Unterhalb der Rollen 2 und 3 befinden sich zwei Kühleinrich
tungen 10 und 11, die als drehbare Kühlwalzen ausgeführt
sind und denen je eine Speicherrolle 12 bzw. 13 zugeordnet
ist. Die Kühlwalzen werden durch einen Flüssigkeitsumlauf
auf Temperaturen von -20°C gehalten. Die Wickel auf den
Rollen 2 und 3 bestehen aus abwechselnden Lagen der Materi
albahn und je einer Kühlfolie 14 bzw. 15.
Aus dem Wickel der Rolle 2 wird die Kühlfolie 14 mit glei
cher Laufgeschwindigkeit wie die Materialbahn 4 herausgewic
kelt und auf der Speicherrolle 12 aufgewickelt, nachdem sie
über den Umfang der Kühleinrichtung 10 geführt wurde. Der
Umschlingungswinkel auf der Kühlwalze wird durch zwei Um
lenkwalzen 16 und 17 größtmöglich gehalten.
Von der Speicherrolle 13 wird die weitere Kühlfolie 15 abge
wickelt und über die analoge Kühleinrichtung 11 geführt, der
zwei Umlenkwalzen 18 und 19 zugeordnet sind. Von der Umlenk
walze 18 verläuft die Kühlfolie 15 mit gleicher Geschwindig
keit wie die Materialbahn in den Spalt zwischen dem frei
laufenden Abschnitt 4 b der Materialbahn 4 und dem bereits
gebildeten Wickel der Rolle 3, so daß auf dieser der gleiche
Wickel aus Materialbahn und Kühlfolie gebildet wird wie auf
der Rolle 2. Der Umwickelvorgang wird fortgesetzt, bis sich
praktisch die gesamten Längen der Materialbahn 4 auf der
Rolle 3 und der Kühlfolie 14 auf der Speicherrolle 12 befin
den.
In diesem Augenblick befindet sich praktisch die gesamte
Länge der Kühlfolie 15 innerhalb des Wickels auf der Rolle
3. Die Wärmezufuhr zur Materialbahn erfolgte zuvor konti
nuierlich in der Beschichtungszone 7 durch die gleichzeitig
wirkenden Beschichtungsquellen 8 und 9, und auf der Rolle 3
stellt sich eine Mischtemperatur zwischen den Temperaturen
der Materialbahn und der Kühlfolie 15 nach Maßgabe der Dic
kenverhältnisse und der spezifischen Wärme der Materialien
ein.
Im Anschluß daran wird durch entsprechende Reversierantriebe
die Laufrichtung der Materialbahn 4 und der Kühlfolien 14
und 15 umgekehrt: Die erwärmte Kühlfolie 15 läuft unter Ab
gabe ihrer Wärme an die Kühlwalze 11 über diese auf die
Speicherrolle 13 auf und wird hier für den nächsten Durch
lauf festgehalten. Gleichzeitig läuft die Kühlfolie 14 von
der Umlenkrolle 17 in den Spalt zwischen der Materialbahn 4
und den bereits gebildeten Wickel auf der Rolle 2 ein, so
daß auch hier eine alternierenden Folge einzelner Lagen von
Materialbahn und Kühlfolie gebildet wird und sich eine ent
sprechende Mischtemperatur einstellt. Der gesamte Vorgang
läuft in umgekehrter Richtung ab, bis sich praktisch die ge
samten Längen der Materialbahn 4 und der Kühlfolie 14 auf
der Rolle 2 befinden.
Dieser Pendelvorgang kann beliebig oft wiederholt werden,
bis sich die vorgegebene Menge an Beschichtungsmaterial
(beispielsweise ein Metall oder eine Legierung) pro Flä
cheneinheit auf der Materialbahn befindet. Als Material für
die Kühlfolie kann Metall oder Kunststoff (Polyester, Poly
äthylen, Polypropylen etc.) mit möglichst hoher Wärmespei
cherkapazität verwendet werden.
In einer Vorrichtung nach der Figur, jedoch ohne Kühlfolien,
wurden 250 Meter einer anfangs auf Raumtemperatur befindli
chen, 100 cm breiten und 2 mm dicken Materialbahn aus einem
feinen, offenporigen Kunststoffschaumstoff bei einer Laufge
schwindigkeit von 25 m/min umgewickelt und beidseitig mit
einem Metall mit einer Schmelztemperatur von über 1500°C be
schichtet. Die Beschichtungsrate wurde so gewählt, daß sich
bei der angebenen Laufgeschwindigkeit bzw. Verweilzeit eine
Temperatur der Materialbahn von 120°C auf der Rolle 3 ein
stellte. Der Versuch einer Laufrichtungsumkehr mußte wegen
Zerstörung der Materialbahn beim zweiten Beschichtungsvor
gang sofort abgebrochen werden.
Der Versuch nach Beispiel 1 wurde wiederholt, diesmal jedoch
mit den beiden Kühlfolien 14 und 15. Die eine gleiche Länge
und Breite wie die Materialbahn aufweisenden Kühlfolien be
standen aus einem thermoplastischen Kunstoff mit einer Dicke
von 0,2 mm und besaßen nach dem Verlassen der Kühlwalzen
eine Temperatur von etwa -10°C. Daraus ergab sich auf der
Rolle 3 eine "Mischtemperatur" von ca. 30°C nach dem ersten
Durchgang. Nach der Laufrichtungsumkehr und dem zweiten Be
schichtungsvorgang stellte sich vor der Vereinigung mit der
Kühlfolie eine Temperatur der Materialbahn von 125°C ein,
auf der Rolle 2 eine Mischtemperatur von ca. 32°C. Es wurden
im Pendelbetrieb insgesamt 8 Durchläufe mit einer Dauer von
jeweils 10 Minuten gefahren, bis die erforderliche Metall
menge beidseitig und bei jedem Durchgang auf der Material
bahn niedergeschlagen war, ohne daß die Materialbahn hierbei
eine unzulässig hohe Temperatur angenommen hätte.
Claims (9)
1. Verfahren zum Beschichten von eine offene Tiefenstruktur
aufweisenden Materialbahnen mit einer vorgegebenen Menge
pro Flächeneinheit eines Beschichtungsmaterials im Vakuum
durch Umwickeln der Materialbahn von einer ersten Rolle
auf eine zweite Rolle und Hindurchführen der Materialbahn
durch eine Beschichtungszone mit einer Quelle des Be
schichtungsmaterials unter Einwickeln einer Kühlfolie in
den im Aufbau befindlichen Wickel, dadurch gekennzeich
net, daß die Materialbahn unter jedesmaliger Umkehrung
der Laufrichtung mehrfach zwischen den beiden Rollen hin
und her geführt und dabei jeweils mit einer Teilmenge des
Beschichtungsmaterials beschichtet wird, und daß die
Kühlfolie aus dem jeweils im Abbau befindlichen Wickel
herausgenommen, nach einer Zwangskühlung vorübergehend
auf einer Speicherrolle aufgenommen und nach einer Umkeh
rung der Laufrichtung wieder von der Speicherrole abge
wickelt und erneut in den im Aufbau befindlichen Wickel
eingewickelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Materialbahn in beiden Laufrichtungen beschichtet
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Materialbahn beim gleichen Durchgang beidseitig
beschichtet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in
beiden Laufrichtungen voneinander getrennte Kühlfolien in
den jeweils im Aufbau befindlichen Wickel eingewickelt
werden.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch
1 mit einer Vakuumkammer, zwei Rollen (2, 3) für das Ab-
und Aufwickeln des Bahnmaterials (4), mindestens einer im
Laufweg des Bahnmaterials zwischen den Rollen angeordne
ten Beschichtungsquelle (8, 9) und mit mindestens einer
Speicherrolle (12, 13) mit einer Kühlfolie (14, 15), dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Rollen (2, 3) mit einem
Reversierantrieb versehen sind und daß der Speicherrolle
(12 bzw. 13) eine Kühleinrichtung (10 bzw. 11) für die
Rückkühlung der Kühlfolie (14 bzw. 15) zugeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Speicherrolle (12, 13) mit einem Reversierantrieb ver
bunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
im Laufweg der Kühlfolie (14 bzw. 15) zur Speicherrolle
(12 bzw. 13) eine Kühlwalze (10 bzw. 11) angeordnet ist,
über die die Kühlfolie geführt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Materialbahn (4) in der Beschichtungszone (7) frei
ausgespannt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
beiderseits der Beschichtungszone (7) zwei Speicherrollen
(12, 13) und zwei Kühlwalzen (10, 11) angeordnet sind.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19873740483 DE3740483A1 (de) | 1987-11-28 | 1987-11-28 | Verfahren und vorrichtung zum beschichten von materialbahnen mit einer offenen tiefenstruktur |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE3740483A1 true DE3740483A1 (de) | 1989-06-08 |
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ID=6341542
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country Status (2)
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---|---|
US (1) | US4826707A (de) |
DE (1) | DE3740483A1 (de) |
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