DE4404550A1 - Anordnung zur Regelung der Verdampferrate von Tiegeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zahlreiche Gegenstände, die aus einem Material mit bestimmten Eigenschaften bestehen, werden oberflächenbehandelt, um ihrer Oberfläche andere Eigenschaften zu geben, als sie das Grundmaterial von Natur aus besitzt. Die Oberfläche kann dabei z. B. geschliffen, erhitzt oder mit einer dünnen Schicht aus einem anderen Material versehen werden.

Für das Aufbringen dünner Schichten auf einem Gegenstand sind mehrere Verfahren bekannt beispielsweise werden diese Schichten durch galvanische Abscheidungs­ prozesse, durch Niederschläge aus einem Plasma oder durch Aufdampfen von Stoffen aufgebracht. Bei allen diesen Verfahren ist es erwünscht, daß die Schichten entsprechend den Vorstellungen des jeweiligen Geräteherstellers aufgebracht werden, d. h. die Schicht soll sich in regelbarer Weise niederschlagen.

Um eine Schichtdickenregelung vorzunehmen, muß der Istwert der Schichtdicke er­ mittelt und mit einem Sollwert verglichen werden. Für die Ermittlung des Schicht­ dicken-Istwerts sind bereits spezielle Fotometer vorgeschlagen worden. Bei einem dieser Fotometer wird das zu messende Objekt zwischen zwei Lichtleitern vor­ gesehen, wobei der eine Lichtleiter zu einem Detektor und der andere Lichtleiter zu einem Licht-Zerhacker führt (EP-A-0 257 229).

Mit diesem bekannten Schichtdicken-Istwert kann nun der Prozeß beeinflußt werden, mittels dem die Schicht aufgebracht wird.

Handelt es sich um einen Verdampfungsprozeß, bei dem z. B. Aluminium aus einem Keramikschiffchen (vgl. hierzu US-PS′en 2 664 853, 2 969 448, 3 730 507) ver­ dampft wird, so müssen bei einem kontinuierlichen Prozeß in der Regel die Tempera­ tur des Schiffchens und die Aluminium-Menge in dem Schiffchen geregelt werden. Bei herkömmlichen Verdampfungsanlagen dieser Art ist ein abgeschlossener Prozeß­ raum vorgesehen, in dem sich mehrere Verdampferschiffchen befinden, über die ein zu beschichtendes Band läuft. In diese Schiffchen wird z. B. Aluminium in Form von Aluminiumdrähten eingegeben, das dann in den Schiffchen schmilzt und verdampft. Um bei einer vorgegebenen Bandgeschwindigkeit eine bestimmte Aluminium-Menge zu verdampfen, wird an dem Verdampfer von einer Bedienungsmannschaft eine indi­ viduelle Verdampferspannung so eingestellt, daß die zur Verfügung gestellte Lei­ stung ausreicht, ein Gleichgewicht zwischen abgedampfter und eingeschmolzener Aluminium-Menge herzustellen. Mit dieser Technik sind Homogenitäten der aufge­ dampften Aluminium-Schicht quer zur Bandlaufrichtung von ca. ± 8% erreichbar. Um eine Verbesserung der Homogenität auf ± 5% und besser zu erreichen, muß die Aluminium-Menge, die aus einem einzigen Verdampfer verdampft wird, regelbar sein.

Es ist bereits eine Regelschaltung mit Thyristor-Stellern vorgeschlagen worden, mit der die Spannung an einem Widerstandsverdampfer so eingestellt werden kann, daß sich bei einem sich entsprechend dem Widerstand einstellenden Strom eine elektri­ sche Leistung einstellt, bei welcher das Material in einem Verdampfergerät ver­ dampft (deutsche Patentanmeldung P 43 01 810.6-34). Die von dem Steller gelieferte Spannung wird hierbei über einen Transformator von z. B. 380 V auf 12 V transfor­ miert, wobei der Strom z. B. von 40 A auf 1200 A ansteigt. Dieser Regelschaltung liegt der Gedanke zugrunde, daß die Menge des verdampften Materials der elektri­ schen Heizleistung für das Verdampferschiffchen proportional ist.

Bei bekannten Aluminium-Verdampfungseinrichtungen werden die Keramikschiff­ chen bei einer Temperatur von 1500°C bis 1600°C betrieben. Um die Bandge­ schwindigkeit und damit die Menge des beschichteten Bands zu erhöhen, wird ge­ fordert, die Temperatur auf 1600°C zu steigern. Diese relativ kleine Temperaturer­ höhung hat indessen enorme Auswirkungen auf den Aufdampfprozeß und seine Be­ herrschbarkeit, denn während bei 1500°C Aluminium einen Sättigungsdampfdruck von 0,5 Torr und bei 1560°C von 1,0 Torr hat, ist dieser bei 1600°C schon auf 1,6 Torr angestiegen. Dementsprechend hat sich die Abdampfrate erhöht. Damit ist das eingestellte Gleichgewicht gestört, d. h. die einem Verdampferschiffchen zugeführte Aluminium-Menge und die Temperatur des Verdampfers sind nicht mehr im Gleich­ gewicht. Das eingeschmolzene Aluminium benetzt folglich nicht mehr die gesamte Oberfläche der im Verdampfer vorgesehenen Vertiefung. Für ein gleichmäßiges und spitzenfreies Abdampfen ist aber eine möglichst große benetzte Oberfläche aus­ schlaggebend.

Von einer großen Oberfläche kann bei niedrigerer Temperatur die gleiche Menge Aluminium abgedampft werden wie von einer kleinen Oberfläche bei höherer Temperatur. Von der kleinen Oberfläche mit hoher Temperatur kann somit mit einer hohen spezifischen Abdampfrate Aluminium pro Zeiteinheit und Fläche verdampft werden.

Allerdings kühlt überall dort, wo flüssiges Aluminium die Oberfläche benetzt und von ihr abgedampft wird, das abdampfende Aluminium das heiße Verdampferschiff­ chen. Weiterhin sorgt das flüssige Aluminium für einen Temperaturausgleich. Damit ergeben sich aufgrund der kleinen benetzten Oberfläche verschiedene negative Aus­ wirkungen. Zum ersten ist die mittlere Temperatur des Verdampferschiffchens von vornherein höher, was die Lebensdauer des Schiffchens reduziert. Zum zweiten bildet sich in Abhängigkeit von der spezifischen Abdampfrate ein Korrosionsgraben im Schiffchen, der schnell größer wird, weil bei kleiner Benetzungsfläche und gleicher Gesamtabdampfrate die spezifische Abdampfrate erheblich vergrößert wird. Dieser schnell wachsende Korrosionsgraben halbiert die übliche Lebensdauer eines Schiff­ chens. Zum dritten wird der Teil der Schiffchen-Kavität, der nicht mit Aluminium benetzt ist, stark überhitzt. In diesem Bereich fehlt die Kühlung durch das abdamp­ fende Aluminium. Der gesamte Heizstrom fließt in diesem Bereich durch den Ver­ dampfer. Im benetzten Bereich fließt ca. 1/3 des Stroms durch das flüssige Alumini­ um. Dabei ist der Anteil des Stroms, der durch das flüssige Aluminium fließt, bei konstant bleibender Benetzungsfläche nur von der Höhe des Aluminium-Sees abhän­ gig. Wird eine minimale Höhe unterschritten, so wird die benetzte Fläche kleiner, was ebenfalls den Stromfluß beeinflußt. Es entsteht eine starke Überhitzung, wo­ durch sich das Schiffchenmaterial zersetzt und Korrosionsspalten entstehen. Kommt flüssiges Aluminium mit dieser sehr heißen Oberfläche in Berührung, wird es schlag­ artig verdampft. Dabei können Spritzer entstehen.

Um ein von Spritzern freies Abdampfen zu garantieren, darf der Verdampfer weder zu heiß noch zu kalt gefahren werden. "Zu heiß" bedeutet, daß dem Verdampfer für die zugeführte Aluminium-Menge zu viel elektrische Heizleistung zur Verfügung ge­ stellt wird, mit der Folge, daß der Verdampfer trocken gefahren wird. "Zu kalt" be­ deutet dagegen, daß dem Verdampfer für die zugeführte Aluminium-Menge zu wenig elektrische Heizleistung zur Verfügung gestellt wird. Hierdurch ist der Verdampfer überall mit flüssigem Aluminium benetzt und die Aluminium-Menge vergrößert sich ständig.

Wünschenswert ist eine optimal benetzte Oberfläche des Verdampferschiffchens und eine unter allen Betriebszuständen gleich große Abdampffläche.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrich­ tung für die Regelung der Verdampfung von metallischen Stoffen in einem elektri­ schen Widerstandstiegel zu schaffen, bei dem der Zustand des Tiegels und des zu verdampfenden Materials berücksichtigt werden.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß bei der thermi­ schen Verdampfung von metallischen Stoffen aus Keramikverdampfern das Ent­ stehen von Spritzern vermieden wird. Um dies zu erreichen, wird die in die jeweili­ gen Verdampferschiffchen zugeführte Aluminiummenge über die Zuführgeschwin­ digkeit des Aluminiums, vorzugsweise von Aluminiumdraht, definiert. Die für diese Aluminiummenge benötigte elektrische Leistung wird durch die Einstellung der Spannung an einem Verdampferschiffchen erzielt. Diese Spannung wird vorzugswei­ se per Thyristorsteller konstant gehalten. Durch Einstellung einer Bandgeschwindig­ keit bei einer gegebenen Aluminium-Menge wird eine bestimmte Schichtdicke auf einem zu beschichtenden Band erreicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein mit flüssigem Aluminium aufgefülltes Keramikschiffchen;

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Keramikschiffchen;

Fig. 3 ein elektrisches Ersatzschaltbild für die Kombination aus Keramik­ schiffchen und flüssigem Aluminium;

Fig. 4 eine Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Bedampfungsanlage;

Fig. 5 eine Draufsicht auf vier nebeneinander angeordnete Verdampfer­ schiffchen;

Fig. 6 eine Anordnung für die Regelung des Schiffchenwiderstands.

In der Fig. 1 ist eine Anordnung mit einem Keramiktiegel 1 gezeigt, der die Form einer Badewanne hat und etwa 13 cm lang, 3 cm breit und 1 cm hoch ist Wegen der schiffsförmigen Ausnehmung des Tiegels 1 wird dieser auch bisweilen "Schiffchen" genannt. Für derartige Verdampfer-Schiffchen wurden bereits verschiedene geometri­ sche Formen vorgeschlagen (DE 41 39 792 A1).

In dem Keramiktiegel 1 befindet sich flüssiges Aluminium 2, das verdampft werden und sich auf einem nicht dargestellten Gegenstand niederschlagen soll. Der Tiegel 1 wird durch einen ihn durchfließenden elektrischen Strom aufgeheizt, der von einer Wechsel-Spannungsquelle 3 geliefert wird.

Zwischen der Spannungsquelle 3 und dem Tiegel 1 sind ein Thyristorsteller 4 und ein Hochstromtransformator 5 vorgesehen. Mit dem Thyristorsteller 4 kann die Span­ nung der Wechselspannungsquelle 3, die beispielsweise 380 Volt beträgt, geregelt werden. Die zwischen 0 und 380 Volt geregelte Spannung wird sodann durch den Hochstromtransformator 5 auf etwa 0 bis 12 Volt heruntertransformiert, wobei sich ein Strom von etwa 0 bis 1 000 A ergibt, der durch den Tiegel 1 fließt. Mit Hilfe eines Ein-/Aus-Schalters 6 kann die Spannung vom Tiegel 1 abgetrennt werden. An dem Ende des Tiegels 1 sind Halterungen 7, 8 aus Kupfer vorgesehen, die sowohl zur mechanischen Stützung des Tiegels 1 als auch zur Stromzuführung dienen.

In der Fig. 2 ist ein Keramikschiffchen 1 in der Draufsicht dargestellt, um die Wir­ kung der Überhitzung auf das Keramikschiffchen 1 zu erläutern. Die Zone, in der Aluminiumdrähte eingeschmolzen werden, ist mit 9 bezeichnet. Links davon ist ein Hitzeriß 10 dargestellt, der sich aufgrund der Überhitzung des Keramikschiffchens 1 gebildet hat. An einer Stelle des Hitzerisses 10 hat sich ein Korrosionsspalt 11 gebil­ det, der auf der linken Seite von einer hufeisenförmigen Ablagerung 12 von Korro­ sionsmaterial umgeben ist. Einzelheiten der Halterung des Keramikschiffchens sowie der Stromzuführung sind der DE 39 25 283 A1 zu entnehmen.

In der Fig. 3 ist das elektrische Ersatzschaltbild des Tiegels 1 mit dem flüssigen Alu­ minium dargestellt. Hierbei liegen parallel zu einer Spannungsquelle 13 ein erster und ein zweiter ohmscher Widerstand 14, 15. Bei dem ersten Widerstand 14 handelt es sich um den des flüssigen Aluminiums 2, während es sich bei dem zweiten Wider­ stand 15 um den ohmschen Widerstand des Tiegels 1 selbst handelt. Der elektrische Widerstand 15 des Tiegels 1 ist stets konstant, während der elektrische Widerstand 14 des geschmolzenen Aluminiums 2 variabel ist je mehr Aluminium 2 sich in dem Tiegel 1 befindet, um so geringer ist der Widerstand 14 und um so geringer auch der Gesamtwiderstand Tiegel - Aluminium.

Der Gesamtwiderstand aus Keramikschiffchen und flüssigem Aluminium errechnet sich somit zu

R_ges = (R₁₄×R₁₅)/(R₁₄+R₁₅) = U/I.

Die Spannung U und der Strom I eines jeden Verdampfers sind leicht abgreifbare Meßgrößen. Befindet sich kein flüssiges Aluminium im Verdampferschiffchen 1, so ist R₁₄ = ∞, d. h. der Gesamtwiderstand entspricht dem Widerstand R₁₅.

Bei einer etwas genaueren Analyse der Zusammenhänge muß anstelle des Wider­ stands des Verdampferschiffchens der Systemwiderstand eingesetzt werden, der sich aus dem Widerstand der Zuleitungen, der Kupfer-Einspannung, einer Graphitfolie und des Verdampfers selbst zusammensetzt.

Aus der obigen Gleichung errechnet sich der Widerstand des flüssigen Aluminium R₁₄zu

R₁₄=(R_ges×R₁₅)/(R₁₅-R_ges).

Da R₁₅ bekannt ist und R_ges leicht durch eine U-I-Messung ermittelt werden kann, ist es möglich, R₁₄ zu ermitteln.

In der Fig. 4 ist eine Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Bedampfungsanlage dargestellt.

Eine Prozeßkammer 20, die an sich geschlossen ist, ist zur besseren Darstellung der wesentlichen Elemente der Erfindung vorne und oben offen dargestellt, d. h. die Decke und die vordere Wand sind weggelassen.

In der Kammer 20 befinden sich auf einer Tragvorrichtung 21 mehrere Verdampfer­ schiffchen 22, 23, 24, 25, die bezüglich ihrer elektrischen Leistung alle gesondert geregelt werden. Über den Verdampferschiffchen ist eine zu beschichtende Folie 26 zu erkennen, die durch Schlitze 27, 28 in die Kammer 20 hinein und wieder heraus­ gefahren wird. Über den Verdampferschiffchen 22 bis 25 ist eine Laufschiene 43 mit einer Laufkatze 29 angeordnet. Diese Laufschiene 43 kann entlang zweier einander gegenüberliegender Säulen 30, 31 in vertikaler Richtung bewegt werden. Es ist auch möglich, daß die Laufkatze 29 eine Vorrichtung aufweist, mit der vertikale Bewegun­ gen möglich sind, z. B. einen Antrieb für eine Spindel 44 in der Laufkatze 29. Am Ende dieser Spindel 44 ist ein Aluminiumdraht 45 vorgesehen. Die vertikalen Säulen 30, 31 sind ihrerseits entlang von Laufschienen 32, 33 horizontal bewegbar. Hierzu sind Schlitten 46, 47 vorgesehen, die von Antriebsspindeln 48, 49 angetrieben wer­ den. Mit Hilfe dieser Vorrichtungen kann die Laufkatze 29 jeden Punkt auf der Ober­ fläche des Trägers 21 erreichen. Einzelheiten über Varianten der Zuführung von Alu­ miniumdrähten von Schiffchen können z. B. der US-PS 4 811 691 entnommen wer­ den.

In der Laufkatze 29 befindet sich Aluminiumdraht 45 auf einer Rolle, der abge­ wickelt und in die einzelnen Verdampferschiffchen gegeben wird. Die Bedampfungs­ anlage gemäß Fig. 4 ist nur eines von mehreren Ausführungsbeispielen. Es kann bei­ spielsweise auch eine Anlage mit einer zylindrischen Kammer verwendet werden, wie sie in Fig. 1 der US-PS 2 969448 gezeigt ist. Aus der Fig. 4 ist zu erkennen, daß es bei dem Beschichtungsvorgang folgende Variablen gibt: Transportgeschwindigkeit v_B des Bands 26, Dicke d_B der Beschichtung auf dem Band, Zuführgeschwindigkeit v_A1 des Aluminiums zu einem Verdampferschiffchen 22 bis 25 und Heizleistung P_S eines Verdampferschiffchens. Bei angenommen stets gleich dicken Aluminiumdräh­ ten ist v_A1 maßgeblich für den Gesamtwiderstand eines Aluminiumschiffchens 22 bis 25.

Die Fig. 5 zeigt die vier Verdampferschiffchen 22 bis 25 noch einmal in der Drauf­ sicht. Über den Verdampferschiffchen befindet sich das noch durchsichtige Folien­ band 26. Im Gegensatz zur Anordnung gemäß Fig. 1 werden die Verdampferschiff­ chen nicht über einen Thyristorsteller angesteuert, sondern über einen Stelltrafo, um anzudeuten, daß prinzipiell auch eine Handregelung möglich ist. Für eine automa­ tische Regelung ist indes ein steuerbarer Thyristorsteller, wie ihn die Fig. 1 zeigt, besser geeignet. Vakuumbedampfungsanlagen, bei denen mehrere, einzeln in der Lei­ stung steuerbare, durch Stromdurchgang beheizte Verdampferschiffchen vorgesehen sind, sind bereits bekannt (DE 40 16 225 A1). Auch die versetzte Anordnung der Verdampferschiffchen zur Erzielung einer gleichmäßigen Beschichtung des Bands ist bereits bekannt (Fig. 2 der DE 40 27 034).

Nachfolgend wird die Betriebsweise der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Anordnun­ gen beschrieben.

Vor dem eigentlichen Beschichtungsprozeß stellt eine Bedienungsperson eine bestimmte Geschwindigkeit v_B des Bands, eine Vorschubgeschwindigkeit v_A1 für den vertikalen Vorschub von Aluminium in der Laufkatze 29 und eine Spannung U_S an den Verdampferschiffchen 22 bis 25 ein. Bei diesen drei Größen handelt es sich um Erfahrungswerte, die durch Versuche ermittelt wurden. Durch diese Versuche wurde herausgefunden, daß für das Einschmelzen und Verdampfen einer bestimmten Aluminiummenge pro Zeiteinheit eine bestimmte Spannung am Verdampferschiff­ chen 22 bis 25 liegen muß. Die angelegte Spannung kann hierbei für ein und dieselbe zu verdampfende Aluminiummenge unterschiedlich sein, weil es bei der Verdamp­ fung auf die elektrische Leistung P = R×I² oder P = U²/R ankommt. Wie man aus diesen Gleichungen ersieht, hängt die Leistung vom ohmschen Widerstand ab, wobei dieser Widerstand wiederum von dem spezifischen Widerstand abhängt, der durch die bei der Herstellung eines Verdampferschiffchens 22 bis 25 verwendete Keramik­ mischung bestimmt wird. Da auch bei Verwendung des gleichen Materials für alle Verdampferschiffchen 22 bis 25 diese trotzdem wegen ihrer leicht unterschiedlichen Geometrie verschiedene Widerstände haben können, muß die Bedienungsperson eine Feineinstellung der jeweils anliegenden Spannung vornehmen. Dies geschieht bei­ spielsweise durch Verstellen des Drehtrafos 34. Die individuellen Verdampfer­ spannungen liegen selbstverständlich innerhalb eines engen Toleranzbereichs.

Durch die Spannungseinstellung erreicht die Bedienungsperson, daß die Vertiefungen der Verdampferschiffchen 22 bis 25 optimal benetzt sind.

Nach dieser Einstellung beginnt die Beschichtung der Folie 26, wobei eine in der Fig. 4 nicht dargestellte Blende über den Verdampferschiffchen 22 bis 25 geöffnet wird. Nach dem Öffnen der Blende wird mit einem optischen Meßsystem quer zur Folien­ laufrichtung die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke d_B vermessen. Obwohl bei allen Verdampferschiffchen 22 bis 25 die gleiche Menge Aluminium eingeschmolzen und verdampft wird, gibt es Inhomogenitäten auf der beschichteten Folie 26. Diese Inho­ mogenitäten hängen z. B. von der Folienfläche ab, die zu unterschiedlichen Konden­ sationsraten an den verschiedenen Stellen führen kann. Sie hängen aber auch von den verschiedenen Verdampfungseffektivitäten der einzelnen Verdampferschiffchen 22 bis 25 ab.

Als Konsequenz hiervon muß die Bedienungsperson nun die Aluminium-Menge in den einzelnen Verdampfern erhöhen oder erniedrigen, je nach gemessener Schicht­ dicke. Die Folge davon ist, daß die ursprünglich eingestellten Verdampferspannun­ gen und damit die Verdampferleistungen nicht mehr optimal an die neuen Alumini­ um-Mengen angepaßt sind. Die Verdampferschiffchen 22 bis 25 werden entweder zu heiß und laufen trocken oder sie werden zu kalt und werden naß. Diese Situation be­ schreibt die Verhältnisse nach der neu eingestellten Aluminium-Menge, da die Ver­ dampferschiffchen 22 bis 25 nach innen mit der gleichen ursprünglichen Spannung betrieben werden.

Im Überhitzungsfall wird das Aluminium nicht mehr ordentlich verdampft, sondern es verspritzt. Dagegen wird bei relativer Unterkühlung das Verdampferschiffchen mit flüssigem Aluminium überflutet. Sobald dieses flüssige Aluminium dann Kontakt mit der Kupfereinspannung 7, 8 erhält, entsteht ein elektrischer Kurzschluß. Auch dies führt zu Spritzern.

In beiden Fällen wird die Folie 26 beschädigt und aufgrund der falschen Betriebswei­ se die Lebensdauer eines Verdampferschiffchens 22 bis 25 stark reduziert. Durch Überhitzung kann sogar ein sofortiger Ausfall auftreten, bei dem das Schiffchen zer­ bricht.

Damit wird deutlich, daß dann, wenn als Folge der optischen Schichtdickenmessung die Aluminium-Menge verändert wird, auch die Verdampferleistung der neuen Alu­ minium-Menge angepaßt werden muß. Für diese Anpassung benötigt eine Bedie­ nungsperson etwa 10 bis 20 Sekunden pro Verdampferschiffchen. Dies bedeutet, daß bei modernen Bandanlagen mit einer Beschichtungsbreite von 3 Metern und ca. 32 Verdampfern sowie mit einer Bandgeschwindigkeit von 10 m/s und mehr 32×10m/s ×20 s = 6400 m = 6,4 km Folie beschichtet werden, bevor diese Anpassung durch­ geführt ist. Da die oben angegebenen Effekte aber eine kontinuierliche Anpassung der Aluminium-Menge erfordern, ist die Bedienungsperson nicht mehr in der Lage, die Handregelung ordnungsgemäß vorzunehmen.

Eine automatische Regelung über die Erfassung der Temperatur der Verdampfer­ schiffchen 22 bis 25 ist nur schwer zu realisieren, da Wärmeverluste durch Abstrah­ len an die Umgebung oder durch Wärmeleitung an die gekühlte Kupfereinspannung 7, 8 auftreten und diese wiederum von der Geometrie und Materialzusammensetzung der Verdampferschiffchen abhängen. Dadurch sind Verdampferleistung und Ver­ dampfertemperatur nicht mehr direkt aneinander gekoppelt.

Die vorliegende Erfindung geht deshalb von dem ohmschen Widerstand als Stellgrö­ ße aus, der sich, wie bereits erwähnt, aus einer Parallelschaltung aus Verdampfer­ schiffwiderstand und Aluminiumwiderstand zusammensetzt. Unabhängig vom Ver­ dampfermaterial oder seiner Geometrie wird der Verdampferwiderstand während eines Beschichtungsprozesses konstant bleiben.

Stellt nun die Bedienungsperson zu Beginn des Beschichtungsprozesses und vor dem Öffnen der Blende - wenn die Folie noch nicht in Bewegung ist - ein optimales Gleichgewicht zwischen zugeführter Aluminium-Menge und Verdampferleistung derart ein, daß die Kavität des Verdampferschiffchens gleichmäßig benetzt ist, so kann dieser Zustand beim Öffnen der Blende durch das Messen von Spannung und Strom definiert werden.

Erfordert die optische Schichtdickenmessung eine größere oder kleinere Aluminium- Verdampfungsrate und damit weniger oder mehr Aluminium-Zufuhr zu den Ver­ dampferschiffchen, so wird durch das Regeln der Spannung und Abfragen des Span­ nungs-Strom-Verhältnisses immer die optimale Benetzung aufrechterhalten und da­ mit ein optimales Gleichgewicht zwischen Einschmelzen und Verdampfen.

Als Folge dieser optimalen Benetzung wird für die Abdampfrate die minimale Tem­ peratur des Verdampferschiffchens 22 bis 25 eingestellt, was einen positiven Einfluß auf das Spritzverhalten und die Lebensdauer hat. Die minimale Temperatur ist des­ halb möglich, weil von der größten benetzbaren Fläche abgedampft wird.

In der Fig. 6 ist eine Anordnung dargestellt, mit welcher die Zufuhr von Aluminium­ drähten 26 zu dem Schiffchen geregelt werden kann. Von den Schiffchen ist nur das Schiffchen 1 dargestellt, obgleich in der Praxis jedes Schiffchen einzeln geregelt wird. Das Schiffchen 1 wird aus der Wechselspannungsquelle 3 über einen Thyristor­ steIler 35 oder eine andere Anordnung mit steuerbaren elektronischen Bauteilen über den Transformator 5 mit Strom versorgt. Die an dem Schiffchen 1 abfallende Span­ nung wird mittels eines Voltmeters 37 gemessen, welches direkt zwischen die An­ schlußleitungen des Schiffchens 1 gelegt ist. Die vom Voltmeter 37 gemessene Span­ nung wird an eine Steuerung 39 gemeldet. Über einen weiteren Wandler 40 wird die Stromstärke I gemessen, die durch das Schiffchen 1 fließt. Ein Amperemeter 41 er­ faßt die Stromstarke I und meldet sie an die Steuerung 39. In der Steuerung wird aus Spannung und Strom der elektrische Widerstand des Schiffchens 1 ermittelt. Dieser Widerstand dient als Istwert für eine Regelung. Der Sollwert des Widerstands kann manuell am Eingang 38 der Steuerung 39 eingestellt werden. Durch einen Soll-Ist­ wert-Vergleich in der Steuerung 39 wird festgestellt, ob der Widerstand des Schiff­ chens 1 zu hoch oder zu niedrig ist. Ist er zu hoch, wird Aluminiumdraht 36 in das Schiffchen 1 eingegeben und geschmolzen, bis der elektrische Widerstand seinen Sollwert erreicht hat.

Durch die Steuerung des Thyristorstellers 35 wird die zu einem bestimmten Alu­ minium-Vorschub gehörende und eingestellte Verdampferspannung U_soll durch kon­ tinuierliches Abfragen der augenblicklichen Verdampferspannung U_ist eingehalten.

Die Leistungsregelung gibt über die Messung des Strom-Istwerts I_ist und den Span­ nungs-Istwert U_ist einen neuen Spannungs-Sollwert U_soll vor. Dabei wird U_soll so­ lange erhöht bzw. erniedrigt, bis das ursprüngliche Verhältnis von U/I = R_system er­ halten worden ist. Ist dieser Wert R_system erreicht, so ist bei einer neuen Abdampfra­ te wieder das Gleichgewicht zwischen Abdampfen und Einschmelzen hergestellt, und zwar mit der Randbedingung der optimalen Benetzung, die ihrerseits wiederum die minimale Verdampfertemperatur für die Abdampfrate garantiert.

Bei konstanter Geschwindigkeit v_B des Bands 26 und konstanter Aluminiums- Zuführgeschwindigkeit v_A1 ist der Sollwert des elektrischen Widerstands eines Ver­ dampferschiffchens ebenfalls konstant. Wird jedoch die Bandgeschwindigkeit v_B er­ höht, muß mehr Aluminium zugeführt werden, um die bei höherer Bandgeschwindig­ keit größere Menge an verdampftem Aluminium zur Verfügung zu stellen, d. h. v_A1 wird ebenfalls erhöht. Der Gesamtwiderstand des Schiffchens bleibt dabei unverän­ dert. Der Sollwert des Widerstands R_ges kann nicht nur manuell, sondern auch auto­ matisch über ein Schichtdickenmeßgerät 42 eingestellt werden. Sobald die Schicht­ dicke d_B wegen erhöhter Bandgeschwindigkeit v_B geringer wird, meldet dies das Schichtdickenmeßgerät 42 an die zentrale Steuerung 39. Diese bewirkt hierauf, daß mehr Aluminiumdraht 36 zugeführt wird. Durch die vermehrte Zuführung von Alu­ minium würde sich der Widerstand des Verdampferschiffchens absenken, wenn nicht gleichzeitig die elektrische Heizleistung des Verdampferschiffchens erhöht würde, um den Gesamtwiderstand beizubehalten. Um eine erhöhte Verdampferrate zu erzie­ len, wird deshalb gleichzeitig die elektrische Leistung am Verdampferschiffchen hochgeregelt, was durch Erhöhung der Spannung am Verdampferschiffchen mittels des regelbaren Stellers 35 geschieht.

Man erkennt hieraus, daß bei allen veränderten Variablen nur eine Größe konstant bleibt: der Gesamtwiderstand eines Verdampferschiffchens. Die gegebenenfalls not­ wendige höhere oder niedrigere Verdampferleistung wird gemäß P = U²/R durch eine Erhöhung oder Erniedrigung der Spannung erzielt.

Claims (10)

1. Anordnung zur Regelung der Verdampferrate von Tiegeln, die durch Stromdurch­ fluß erhitzt werden und aus denen Metall verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem elektrischen Widerstand eines Tiegels (1; 22 bis 25) und dem elek­ trischen Widerstand des in dem Tiegel (1; 22 bis 25) befindlichen zu verdampfenden Metalls bestehende Gesamtwiderstand auf einen vorgebbaren Wert geregelt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von zu verdampfendem Metall (36) in dem Tiegel (1; 22 bis 25) in Abhängigkeit vom Ge­ samtwiderstand des Tiegels (1; 22 bis 25) erfolgt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der für eine optimale Verdampfung geeignete Gesamtwiderstand ermittelt und als Sollwert in eine Regel­ schaltung (39) gegeben wird.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke des verdampften Metalls auf einem Band (26) oder dergleichen gemessen wird und die Metallzufuhr und Heizleistung eines Verdampferschiffchens in Abhängigkeit von dieser Schichtdicke geregelt wird.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der oder die Tiegel (1; 22 bis 25) in einer abgeschlossenen Vakuum-Prozeßkammer befinden.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der oder die Tiegel (1; 22 bis 25) unterhalb eines zu beschichtenden Bands (26) befinden.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Tiegel (1; 22 bis 25) nebeneinander und versetzt angeordnet sind.

8. Anordnung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung oder Erniedrigung der Verdampferrate des Tiegels (1; 22 bis 25) die Spannung an dem Tiegel (1; 22 bis 25) verändert wird.

9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Tiegel (1; 22 bis 25) vorgesehen sind, in denen jedes einzeln bezüglich seiner Heizleistung regelbar ist.

10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (29) für die Zuführung von Metall in Tiegel (1; 22 bis 25) vorgesehen ist, die jedem einzelnen Tiegel (1; 22 bis 25) die für ihn individuell erforderliche Menge von Metall zuführt.