EP1550195A1 - Anordnung für n verbraucher elektrischer energie, von denen m verbraucher gleichzeitig mit energie versorgt werden - Google Patents

Anordnung für n verbraucher elektrischer energie, von denen m verbraucher gleichzeitig mit energie versorgt werden

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EP1550195A1
EP1550195A1 EP03776843A EP03776843A EP1550195A1 EP 1550195 A1 EP1550195 A1 EP 1550195A1 EP 03776843 A EP03776843 A EP 03776843A EP 03776843 A EP03776843 A EP 03776843A EP 1550195 A1 EP1550195 A1 EP 1550195A1
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EP
European Patent Office
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consumers
energy
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systems
sputtering
Prior art date
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EP03776843A
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Holger Richert
Wolfgang Morbe
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Applied Materials GmbH and Co KG
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Applied Films GmbH and Co KG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for DC mains or DC distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of DC sources
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J4/00—Circuit arrangements for mains or distribution networks not specified as AC or DC; Circuit arrangements for mains or distribution networks combining AC and DC sections or sub-networks

Definitions

  • the invention relates to an arrangement according to the preamble of patent claim 1.
  • Coating systems often consist of several sputtering devices, which are provided with different sputtering cathodes in order to apply different coatings to glass, for example.
  • Each sputtering device has its own energy supply, which can be a direct current (DC) or alternating current (AC) energy supply.
  • DC direct current
  • AC alternating current
  • the electrical powers with which the sputtering devices work are different. They can be 15 kW, but also 180 kW. For example, if you take fifteen sputtering devices with the outputs 180 kW (AC), 30 kW (DC), 75 kW (DC), 30 kW (DC), 30 kW (DC), 120 kW (DC), 120 kW (AC) , 120 kW (AC), 75 kW (DC), 120 kW (DC), 30 kW (DC), 30 kW (DC), 120 kW (DC), 120 kW (AC), 120 kW (AC) off, this results in a total AC power of 660 kW and a total DC power of 660 kW, which must be provided.
  • An electrical power supply currently costs around € 700.00 per kilowatt, which results in a total electricity supply cost of € 924,000.00.
  • the object of the invention is therefore to provide only as much electrical power as is actually required.
  • the invention thus relates to an arrangement for several consumers of electrical energy, these consumers either having the same electrical power or different electrical powers. Since usually not all consumers have to be supplied with electrical energy at the same time, e.g. B. if some are out of service due to maintenance, a modular power supply system is provided that is off consists of several interconnectable modules. As a result, each consumer can be supplied with the power that he needs from small units.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a modular energy supply
  • Fig. 2 shows a two-pole connection of energy supply sources to supply lines.
  • sputtering systems 1 to 15 are shown schematically as boxes, which are arranged one behind the other, for example in a hall. Glass panes to be coated, which are provided with one or more layers, run through these sputtering systems 1 to 15.
  • the respective electrical connected load of these sputtering systems 1 to 15 is shown within a box; likewise the material of a target to be split.
  • the layer that is produced with the sputtered material on a substrate is shown to the right of sputtering systems 1 to 15.
  • each system has its own power supply, which can provide the required performance.
  • a controller 36 which links several individual energy supplies 16 to 35 to one another by means of a control line and switches 37 to 67.
  • the sputtering system 5 requires 30 kW, so that the interconnection of the individual energy supplies 19 and 23 or 18 and 19 etc. is sufficient.
  • the sputtering system 5 If the sputtering system 5 is switched on, feedback can take place via a line 70 to the controller 36, which then knows that thirty kW must be provided for the sputtering arrangement 5. You then linked z. B. by means of a control command via a line 71 and the switch 43, the two individual power supplies 19 and 23rd together. If the line 71 is designed as a control and power line, the interconnected power can be looped through the controller 36 and fed to the sputtering system 5 via the line 70.
  • each sputtering system has its own regulation, which u. a. is responsible for preventing flashovers.
  • the so-called are management thus remains assigned to each individual sputtering system 1 to 15 or its cathodes.
  • an adaptation network must be assigned to each cathode during AC operation. If the sputter cathodes are operated with pulsed direct current, each cathode is connected to a pulse generator in addition to its own are management. If double cathodes are used, a polarity reversal unit is assigned to two cathodes.
  • Fig. 2 the connection of two individual power supplies 19, 23 is shown again two-pole.
  • the two individual energy supplies 19, 23 are connected to the supply lines 84, 85 via switches 80, 81 and 82, 83.
  • the control lines 86 to 89 and supply lines 84, 85 can be guided to the controller 36 in a single cable. However, it is also possible to run both types of cable separately.
  • the are management, the adaptation networks and the circuits necessary for the pulse operation can be arranged directly at the cathodes or in their vicinity.
  • the sputtering systems 1 to 15 can of course also all have the same performance data. For example, there are many coating systems in a production hall of the same type and are some systems such. B. not in operation due to maintenance or revision, so that the actual utilization is around 80%, you can switch the required power to the systems in operation with the modular power supply 100. The systems that are at a standstill would then not be connected to the power supply.
  • the invention has been described on the basis of an exemplary embodiment which relates to sputtering systems. However, it is applicable to all coating systems and, more generally, to all power consumers.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für mehrere Verbraucher (1-15) elektrischer Energie, wobei diese Verbraucher (1-15) entweder die gleiche elektrische Leistung oder verschiedene elektrische Leistungen haben. Da in der Regel nicht alle Verbraucher (1-15) gleichzeitig mit elektrischer Energie versorgt werden müssen, z. B. wenn einige wegen Wartungsarbeiten nicht im Betrieb sind, ist ein modulares Energieversorgungssystem vorgesehen, das aus mehreren zusammenschaltbaren Modulen (16-35) besteht. Hierdurch kann jeder Verbraucher (1-15) aus kleinen Einheiten mit derjenigen Leistung versorgt werden, die er benötigt. Die Verbraucher sind Sputteranlagen.

Description

ANORDNUNG FÜR N VERBRAUCHER ELEKTRISCHER ENERGIE, VON DENEN M VERBRAUCHER GLEICHZEITIG MIT ENERGIE VERSORGT WERDEN Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei industriellen Großanlagen werden oft mehrere elektrische Einrichtungen benötigt, von denen aber nicht alle gleichzeitig in Betrieb sind.
So bestehen Beschichtungsanlagen oft aus mehreren Sputtervorricritungen, die mit unter- schiedlichen Sputterkathoden versehen sind, um verschiedene Beschichtungen beispielsweise auf Glas aufzubringen. Dabei besitzt jede Sputtervorrichtung eine eigene Energieversorgung, die eine Gleichstrom (DC)- oder Wechselstrom (AC)-Energieversorgung sein kann.
Die elektrischen Leistungen, mit denen die Sputtervorrichtungen arbeiten, sind unter- schiedlich. Sie können 15 kW, aber auch 180 kW betragen. Geht man beispielsweise von fünfzehn Sputtervorrichtungen mit den Leistungen 180 kW (AC), 30 kW (DC), 75 kW (DC), 30 kW (DC), 30 kW (DC), 120 kW (DC), 120 kW (AC), 120 kW (AC), 75 kW (DC), 120 kW (DC), 30 kW (DC), 30 kW (DC), 120 kW (DC), 120 kW (AC), 120 kW (AC) aus, so errechnet sich eine Gesamt- Wechselstromleistung von 660 kW und eine Gesamt-Gleichstromleistung von ebenfalls 660 kW, die bereitgestellt werden müssen. Pro Kilowatt Leistung kostet eine elektrische Stromversorgung derzeit etwa € 700,00, woraus sich Gesamt-Stromversorgungskosten in Höhe von € 924.000,00 errechnen.
In der Praxis werden von den insgesamt 1320 kW nur relativ wenige kW abgerufen, weil nicht alle Sputteranlagen gleichzeitig in Betrieb sind. So genügt in der Regel eine Gesamt- Gleichstromleistung von 300 kW.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, nur soviel an elektrischer Leistung bereitzustellen, wie tatsächlich benötigt wird.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung betrifft somit eine Anordnung für mehrere Verbraucher elektrischer Ener- gie, wobei diese Verbraucher entweder die gleiche elektrische Leistung oder verschiedene elektrische Leistungen haben. Da in der Regel nicht alle Verbraucher gleichzeitig mit elektrischer Energie versorgt werden müssen, z. B. wenn einige wegen Wartungsarbeiten nicht im Betrieb sind, ist ein modulares Energieversorgungssystem vorgesehen, das aus mehreren zusammenschaltbaren Modulen besteht. Hierdurch kann jeder Verbraucher aus kleinen Einheiten mit derjenigen Leistung versorgt werden, die er benötigt.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, dass Kosten für teure elektrische Energieversorgungen eingespart werden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer modularen Energieversorgung;
Fig. 2 eine zweipolige Anschaltung von Energieversorgungsquellen an Versorgungsleitungen. In der Fig. 1 sind mehrere Sputteranlagen 1 bis 15 schematisch als Kästchen dargestellt, die beispielsweise in einer Halle hinter einander angeordnet sind. Durch diese Sputteranlagen 1 bis 15 laufen etwa zu beschichtende Glasscheiben, die mit einer oder mit mehreren Schichten versehen werden. Die jeweilige elektrische Anschlussleistung dieser Sputteranlagen 1 bis 15 ist innerhalb eines Kästchens dargestellt; desgleichen das Material eines zu splitternden Targets. Die Schicht, die mit dem gesputterten Material auf einem Substrat erzeugt wird, ist rechts neben den Sputteranlagen 1 bis 15 dargestellt.
Bei herkömmlichen Sputteranlagen besitzt jede Anlage eine eigene Stromversorgung, welche die jeweils erforderlichen Leistungen erbringen kann.
Gemäß der Erfindung wird die elektrische Leistung für alle Sputteranlagen 1 bis 15 durch eine modulare Energieversorgung 100 aufgebracht, die z. B. aus zwanzig Einzelenergieversorgungen 16 bis 35 von jeweils 15 kW besteht, die im Beispiel alle DC-Stromver- sorgungen sein sollen. Hierbei geht man davon aus, dass nicht alle Sputteranlagen 1 bis 15 gleichzeitig in Betrieb sind, sondern zu einer bestimmten Zeit etwa nur die Anlagen 5, 7, 10 und 13. Diese Anlagen benötigen insgesamt 300 kW. Diese 300 kW können durch geeignetes Zusammenschalten der Einzelenergieversorgungen 16 bis 35 aufgebracht werden, denn 20 x 15 kW = 300 kW. Die Zusammenschaltung erfolgt hierbei mittels einer Steuerung 36, die mittels Steuerleitung und über Schalter 37 bis 67 mehrere Einzelenergieversorgungen 16 bis 35 miteinander verknüpft.
Die Sputteranlage 5 benötigt 30 kW, sodass die Zusammenschaltung etwa der Einzel- energieversorgungen 19 und 23 oder 18 und 19 etc. genügt.
Wird die Sputteranlage 5 eingeschaltet, kann eine Rückmeldung über eine Leitung 70 auf die Steuerung 36 erfolgen, die dann weiß, dass für die Sputteranordnung 5 dreißig kW bereitgestellt werden müssen. Sie verknüpft dann z. B. mittels eines Steuerbefehls über eine Leitung 71 und über den Schalter 43 die beiden Einzelenergieversorgungen 19 und 23 miteinander. Ist die Leitung 71 als Steuer- und Energieleitung ausgebildet, kann die zusammengeschaltete Leistung durch die Steuerung 36 geschleift und über die Leitung 70 der Sputteranlage 5 zugeführt werden.
Die Regelung der Sputterspannungen erfolgt bei der Anordnung nach Fig. 1 nach wie vor dezentral, d. h. jede Sputteranlage hat ihre eigene Regelung, die u. a. für die Verhinderung von Überschlägen verantwortlich ist. Das so genannte Are-Management bleibt somit jeder einzelnen Sputteranlage 1 bis 15 bzw. deren Kathoden zugeordnet. Ebenso muss jeder Kathode beim Wechselstrombetrieb ein Anpassungsnetzwerk zugeordnet werden. Werden die Sputterkathoden mit gepulstem Gleichstrom betrieben, wird jede Kathode außer mit einem eigenen Are-Management auch noch mit einem Impulsgenerator verbunden. Bei Verwendung von Doppelkathoden wird jeweils zwei Kathoden eine Umpoleinheit zugeordnet.
In der Fig. 2 ist die Anschaltung von zwei Einzelenergieversorgungen 19, 23 noch einmal zweipolig dargestellt. Man erkennt hierbei wieder die Sputteranlage 5, die mit 30 kW versorgt werden muss. Hierzu werden die beiden Einzelenergieversorgungen 19, 23 über Schalter 80, 81 bzw. 82, 83 an die Versorgungsleitungen 84, 85 angeschlossen. Die Steuerleitungen 86 bis 89 und Versorgungsleitungen 84, 85 können dabei in einem einzigen Kabel zur Steuerung 36 geführt sein. Es ist jedoch auch möglich, beide Leitungsarten getrennt zu führen. Das Are-Management, die Anpassungsnetzwerke und die für den Pulsbetrieb notwendigen Schaltungen können direkt bei den Kathoden oder in deren Nähe angeordnet sein.
Mit der vorliegenden Erfindung sind erhebliche Kosteneinsparungen möglich. Da nur 300 kW Gesamtleistung bereitgestellt wird, betragen die Kosten für die Stromversorgung nur noch € 210.000,00 statt € 924.000,00. Die Verknüpfungsschaltung zwischen den einzelnen Energiemodulen ist kostengünstig herzustellen, sodass die Gesamtkosten erheblich reduziert werden. Dadurch, dass bei Sputteranlagen jeder Kathode immer noch eine separate Regelungs- und/oder Anpassungseinheit zugeordnet werden muss; liegt die Gesamteinsparung der Stromversorgung gegenüber der herkömmlichen Technik bei etwa 30 % bis 40 %. Mit der Erfindung können viele Kathoden einer Vakuumanlage mit den Stromversorgungen 16 bis 35 auf die beschriebene Weise verbunden werden. Es ist jedoch auch möglich, mehrere Vakuumanlagen, die nur eine oder wenige Kathoden haben, mit der modularen Energieversorgung 100 zu verbinden.
Die Sputteranlagen 1 bis 15 können selbstverständlich auch alle die gleichen Leistungs- daten haben. Stehen beispielsweise in einer Produktionshalle viele Beschichtungsanlagen des gleichen Typs und sind einige Anlagen z. B. wegen Wartung oder Revision nicht in Betrieb, sodass die tatsächliche Auslastung etwa bei 80 % liegt, kann man mit der modular aufgebauten Stromversorgung 100 die benötigte Leistung auf die im Betrieb befindlichen Anlagen schalten. Die im Stillstand befindlichen Anlagen wären dann nicht mit der Stromversorgung verbunden.
Die Erfindung wurde anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, das sich auf Sputteranlagen bezieht. Sie ist indessen auf alle Beschichtungsanlagen und, noch allgemeiner, auf alle Leistungsverbraucher anwendbar.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung für n Verbraucher elektrischer Energie, von denen m Verbraucher gleichzeitig mit Energie versorgt werden, wobei m < n, gekennzeichnet durch a) eine modulare Energieversorgung (100), die aus k Energiemodulen (16 bis 35) besteht, b) eine Steuerung (36), welche so viele modulare Energieversorgungen (16 bis 35) mit jeweils einem Verbraucher (1 bis 15) verbindet, dass dieser Verbraucher (1 bis 15) die von ihm benötigte Leistung erhält.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbraucher (1 bis 15) Sputteranlagen sind, wobei jede Kathode einer Sputteranlage ein eigenes Are-Management besitzt.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie durch Gleichstrom realisiert wird.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie durch Wechselstrom realisiert ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie durch gepulsten Gleichstrom realisiert ist.
6. Anordnung nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kathode mit einem eigenen Anpassungsnetzwerk versehen ist.
7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbraucher (1 bis 15) Sputteranlagen sind, wobei jede Anlage zwei Kathoden besitzt, denen eine Umpoleinheit zugeordnet ist.
8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbraucher (1 bis 15) Sputteranlagen sind, wobei jede Anlage zwei Kathoden besitzt, von denen die eine Kathode an einen Pol einer Wechselspannung und die andere Kathode an den anderen Pol dieser Wechselspannung angeschlossen ist.
9. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kathode ein Pulsgenerator zugeordnet ist.
EP03776843A 2003-09-10 2003-11-10 Anordnung für n verbraucher elektrischer energie, von denen m verbraucher gleichzeitig mit energie versorgt werden Withdrawn EP1550195A1 (de)

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