EP3728687A1 - Barometrische flüssigkeitsschleusen - Google Patents

Barometrische flüssigkeitsschleusen

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Publication number
EP3728687A1
EP3728687A1 EP18829376.5A EP18829376A EP3728687A1 EP 3728687 A1 EP3728687 A1 EP 3728687A1 EP 18829376 A EP18829376 A EP 18829376A EP 3728687 A1 EP3728687 A1 EP 3728687A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
region
siphon
liquid
turn
strip
Prior art date
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Pending
Application number
EP18829376.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Schwerdt
Andreas MONTKOWSKI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG, ThyssenKrupp AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP3728687A1 publication Critical patent/EP3728687A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/03—Pressure vessels, or vacuum vessels, having closure members or seals specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/04—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to gases
    • B05D3/0493—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to gases using vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/562—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks for coating elongated substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2202/00—Metallic substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2252/00—Sheets
    • B05D2252/02—Sheets of indefinite length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/02—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by baking

Definitions

  • the present invention is based on a sluice device for material bands in vacuum chambers for treating the material strips in a vacuum.
  • the inflow and outfeed of material bands is labor-intensive, time-consuming and energy-intensive.
  • the vacuum at the vacuum chamber must be broken and then the vacuum chamber evacuated again.
  • EP 2 13 23 54 discloses a conventional lock concept. They are therefore all leaks, which must be permanently compensated by a variety of energy and maintenance-intensive vacuum pumps. Both in the case of bandwidth changes and changes in the thickness of the material through which the material passes, the locks must be elaborately adjusted or leaks must be compensated for by additional pumping power. In addition, the multiple, partially pressurized roller contact in a lock means problems for product quality.
  • a device for continuous introduction and / or removal of material bands in vacuum systems wherein the device has a lock stage, wherein the lock stage has a siphon, wherein the siphon in the plane defined by the vertical and the horizontal plane a turn wherein the turn is placed so that the material band before moving through the turn has a downward movement component and that after passing through the turn the material strap has a movement component upwards, the turn being filled with a liquid, wherein the siphon has a connection region, the siphon connecting a first region of the device to a second region of the device.
  • the siphon has a, preferably U-shaped, turn and a connection area.
  • the connecting region joins the turn on one side of the turn and is preferably oriented vertically upwards.
  • the turn is filled with a liquid, preferably water.
  • Conceivable here would be another liquid such as an acid, preferably hydrochloric acid, or an oil.
  • the siphon connects a first area to a second area. Because the turn is filled with the liquid, the first region is separated from the second region by the siphon in a gastight manner. A band of material can be guided by the siphon from the first area into the second area.
  • the siphon is the only permeable connection between the first region and the second region. This ensures in an advantageous manner that no gas exchange can take place between the first region and the second region, and thus the pumping capacity can be at least significantly reduced after the evacuation of the second region.
  • the second region has a vacuum pump. This can be lowered in the second area of the pressure. Conceivable here are pressure drops to the range of rough vacuum, ie about 300 mbar to 1 mbar.
  • the air pressure in the first region presses onto the surface of the liquid in the siphon so that it sinks on the side of the first region and rises on the side of the second region in the connection region.
  • a liquid column is formed, which is formed so high that its hydrostatic pressure equalizes the pressure on the surface of the liquid on the side of the first area. If an operating vacuum in the second range is reached, this state remains.
  • the vacuum pump can be switched off and the siphon can be used to continuously feed a band of material from the first area to the second area.
  • the rise height of the liquid column depends on the density of the liquid used and on the pressure difference between the first and second regions.
  • the height of rise of the liquid column would be about 10 m, with a pressure difference of 1 bar and the use of mercury as liquid, the height of rise of the liquid column would be 733 mm.
  • the achievable with the device end pressure in the second region corresponds to the partial vapor pressure of the liquid used. If this is achieved, the liquid begins to boil in the second area and in a further evacuation, only the steam of the boiling liquid would be pumped out. If water is used as the liquid at room temperature, the partial vapor pressure is 33 mbar.
  • the siphon has a deflection device for deflecting the material band in the turn.
  • the material band can be deflected at the reversal point of the turn of the siphon in its direction.
  • Conceivable here is the use of a pulley.
  • the deflection roller is driven and thus prevents abrasion of the material strip.
  • the deflecting roller is provided with a profile through which liquid can advantageously be removed between the material band and the roller. It is preferably provided that the deflection roller is only partially immersed in the liquid and thus forms the inner part of the turn.
  • the upper part of the deflection roller would thus form an intermediate wall between the first region and the connection region or the second region. It is conceivable to seal an emerging passage between the first area and the connection area or the second area at the upper part of the deflection roller and from the vacuum side the suspension by one or more scraper bars. Slight leaks in this preferred embodiment could be compensated for by vacuum pumps in the second area.
  • the deflection device is a semicircular surface, wherein the semicircular surface has bores. It is conceivable that within the semicircular surface, a pump for pumping the liquid is installed. This pump is connected to the holes in the semicircular surface so that it presses the liquid through the holes with slight overpressure in the turn against the material band and so creates a liquid cushion between the semicircular surface and the material band. Thus, it is possible to reverse the material band in its direction without contact with a solid surface. Damage or abrasion on the material band can thus be avoided.
  • the siphon has a reservoir filled with the liquid. If a pressure which is lower than the pressure in the first region prevails in the second region, a liquid column forms in the connection region. Due to the increase in the liquid level on the side of the second area, liquid is withdrawn from the side of the first area, which leads to a drop in the liquid level on this side.
  • a surge tank is attached to the siphon on the side of the first area. cher is a liquid reservoir. If the second area is vented, this expansion tank can also accommodate the volume of the liquid column of the connection area. Thus, fluctuations of the liquid level on the side of the first region are advantageously minimized.
  • the siphon has a device for regulating the temperature of the liquid.
  • the possible final vacuum in the second range depends on the partial vapor pressure of the liquid, which in turn depends on the temperature of the liquid. If, for example, water at room temperature has a partial vapor pressure of 33 mbar, then it is still at 10 mbar at 0 ° C. With a cooling of the liquid, the possible end vacuum in the second region can be improved in an advantageous manner. However, it would also be conceivable to heat the liquid in order, for example, to control chemical processes between the material band and the liquid during passage.
  • the second region has an element for heating the material strip. This advantageously makes it possible to vaporize microscopic adherences of the liquid to the material strip and thus to remove it before processing the material strip.
  • the second region has an element for heating walls of the second region. Liquid introduced from the web of material into the second region could condense on the walls of the second region. If this happens, it is difficult to prevent the liquid from dripping back onto the material band and thus causing problems when processing the material strip.
  • Heating the walls of the second region above the dew point of the liquid used at a given partial pressure in the second region advantageously prevents condensation of the liquid on the walls.
  • the second region has a capacitor.
  • This capacitor could be designed as a component whose temperature is controlled so that it is always the lowest temperature in the second range. If liquid is introduced into the second area and evaporated, the point at which the liquid vapor condenses can advantageously be controlled by the placement of the condenser. It would be conceivable to choose a location for the condenser in the interior of the second area, where dripping liquid causes no damage but can be collected and removed. Alternatively, this is carried out in the form of an exhaust pump analogous to an evacuation device, in which the gas is supplied to the condenser via a piping system.
  • the device has a series arrangement of a plurality of lock stages.
  • the liquid of a first lock stage can absorb a large part of the heat of the material band and heat to, for example, 60 ° C. Conceivable here would be the dissipation of heat by means of a cooling tower.
  • the evacuated area of the first lock stage in this case again has a residual gas pressure below the partial vapor pressure of the liquid of the first lock stage and therefore only has to be pumped off permanently if gases are introduced by the material band or occur in a reaction with the liquid.
  • the liquid of a second lock stage thus only needs to absorb significantly less heat. It would also be conceivable to cool down a strip of material to below room temperature.
  • first lock stage for cleaning the material strip.
  • liquid of a first lock stage for example, an acid for pickling the material strip, preferably hydrochloric acid
  • a second lock stage could be warm water for rinsing the web of material and the liquid of a third lock stage could be cold water for pressure reduction.
  • squeeze rollers between the lock stages.
  • first sluice stage for discharging a material band heated in the vacuum chamber, in which the liquid is cold water and to use a second sluice stage in which the liquid is warm water. Due to the Leidenfrost effect, the fluid of the first lock stage hardly absorbs any heat. The heat release by the wetting of the surface of the strip material, which leads to the massive formation of steam, takes place only in the second lock stage. It is conceivable that the second lock stage is provided with strong vacuum pumps for maintaining the vacuum and / or with a condenser.
  • a further subject matter of the present invention for achieving the object stated at the outset is a method for the continuous introduction and / or discharge of material strips in vacuum systems with a device according to one of the preceding claims, wherein the material strip is guided through a lock step is passed, wherein the strip of material is passed through a filled with a liquid siphon, the material band is passed before passing through the siphon down and is passed after passing through the siphon upwards, the material band through the siphon of a first area is led into a second area.
  • the method makes it possible to continuously feed in and out of material strips in vacuum chambers, with little or no further vacuum pumping being necessary after evacuation of the vacuum chamber.
  • the method is independent of strip thicknesses and / or bandwidths of the material strip and makes it possible to manage with only a few one-sided roller contacts of the material strip.
  • the material strip is guided from the first region through a liquid-filled siphon, the turn of which is preferably U-shaped, into a second region.
  • the fact that the material band is guided through a liquid-filled compound prevents gas from being exchanged between the first region and the second region.
  • the second area is evacuated. By evacuating the second area, a treatment of the material band in the second area is made possible under vacuum.
  • the gas-tight closure in the siphon makes it possible to pump the second area to an operating vacuum, preferably in the area of the rough vacuum, and then to shut off the vacuum pumps, without the vacuum breaking in the second area.
  • the material band in the siphon is deflected by a deflecting device.
  • the running direction of the material strip is guided along the shape of the siphon.
  • the siphon preferably has a U-shaped turn at the lowest point, through which the material band must be guided, that is, it is deflected by a downward movement in an upward movement.
  • the material strip is deflected on a semicircular deflection device with bores, wherein the liquid is pressed out of the bores with slight overpressure. It is conceivable that liquid is pressed through the bores outwards into the turn by a pump in the interior of the deflection device. If the material strip is guided along the deflection device, a liquid cushion is formed between the deflection device and the material strip. This advantageously makes it possible to deflect the material strip without contact with a solid surface.
  • the material strip is dried in the second area outside the liquid of squeezing rollers. This makes it possible to free the material band of macroscopic liquid adhesions, which can accumulate on the material band as the material band passes through the liquid-filled part of the siphon.
  • the temperature of the liquid is regulated. This allows the partial vapor pressure of the liquid to be reduced. The quality of the vacuum in the second range depends on the partial vapor pressure of the liquid. If this is cooled, the partial vapor pressure drops and thus it is possible to set a better vacuum in the second range.
  • the liquid is heated in order to control possible chemical processes between the liquid and the material strip.
  • the liquid used is a warm acid for simultaneous cleaning of the material band during insertion.
  • the material strip is heated in the second region.
  • microscopic liquid adhesions can advantageously be vaporized from the material strip.
  • the material band is guided over heated rollers or that the material band is illuminated by an infrared lamp or a laser. If the material band is conductive, it is advisable to use preferably an adapted inductive heating. To prevent flashovers due to the vacuum, this preferably works at a low voltage ⁇ 200 V.
  • the temperature is controlled by walls of the second region. This makes it possible to prevent the condensation of liquid vapors on the walls of the second region and thus the uncontrolled dripping of the condensed liquid. Thus, an impairment of the processing of the strip of material can be avoided by dripping the liquid condensed on the walls of the second region onto the strip of material.
  • the material band is guided by a series arrangement of a plurality of lock stages.
  • the liquid of a first lock stage a large part absorb the heat of the material band and heat to, for example, 60 ° C. Conceivable here would be the dissipation of heat by means of a cooling tower.
  • the evacuated area of the first lock stage in this case again has a residual gas pressure below the partial vapor pressure of the liquid of the first lock stage and therefore only has to be pumped off permanently if gases are introduced through the material band or occur in a reaction with the liquid.
  • the liquid of a second lock stage thus only has to absorb significantly less heat. It would also be conceivable to cool down a strip of material below room temperature.
  • first lock stage for cleaning the material strip.
  • an acid for pickling the material strip preferably hydrochloric acid
  • liquid for a second lock stage could use warm water for rinsing the strip of material
  • cold water for lowering the pressure could be used as the liquid of a third lock stage
  • first lock stage for discharging a material band heated in the vacuum chamber, in which cold water is used as liquid and to use a second lock stage in which warm water is used as the liquid. Due to the Leidenfrost effect, the fluid of the first lock stage hardly absorbs any heat. The release of heat by the wetting of the surface of the material strip, which leads to the massive formation of steam, takes place only in the second lock stage. It is conceivable that the second lock stage is provided with strong vacuum pumps for maintaining the vacuum and / or with a condenser.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of the device for the continuous introduction and / or removal of material strips in vacuum systems according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the apparatus for the continuous introduction and removal of material bands in vacuum installations according to a further exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of the deflection device in vacuum systems according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of the deflection device in vacuum systems according to a further exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 1 schematically shows the basic principle of the continuous introduction and / or removal of material strips in vacuum systems according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a material band 7 is passed from above into a lock stage 1.
  • the lock stage has a siphon 20 which has a turn 2 and a connection region 40.
  • the material band 7 is guided in a curve, so that the direction of movement of the material band 7 in front of the turn 2 has a directional component downwards and after the turn 2 has a directional component upwards.
  • the material band 7 is deflected by a deflection device 6.
  • the siphon 20 is filled with a liquid 3.
  • the siphon 20 connects a first area 4 to a second area 4 ', the siphon 20 being the only passage between the first area 4 and the second area 4'.
  • the second area 4 ' is evacuated, the level of the liquid 3 in the connection area 40 rises to the level at which the hydrostatic pressure of the liquid column in the connection area 40 increases according to the difference between the pressure in the first area 4 and the pressure in the first area 4 second area 4 'corresponds.
  • the second region 4 ' can only be evacuated until the pressure in the second region 4' corresponds to the partial vapor pressure of the liquid 3.
  • the liquid 3 begins to boil in the second region 4' and only the vapor of the liquid 3 is pumped out of the second region 4 '.
  • the liquid 3 is water.
  • the water is cooled to 0.1 ° C. This allows the second area to be evacuated to around 10 mbar.
  • the water in the siphon 20 closes the second region 4 'relative to the first region 4 gas-tight.
  • the evacuation can be set and the vacuum in the second region 4 'is maintained.
  • the siphon 20 on the side of the first region 4 to a surge tank 9.
  • This compensating tank 9 is a reservoir containing the liquid 3.
  • this may also be the back-flowing water from the connection area 40 and provide during evacuation.
  • the material strip 7 is now guided from the first region 4 through the liquid 3 into the siphon 20, where it is deflected by a deflection device 6 and introduced through the connection region 40 into the second region 4 '.
  • the material strip 7 passes through squeeze rolls 8 after leaving the liquid 3.
  • FIG. 2 schematically shows the basic principle of the continuous introduction and removal of material strips in vacuum systems according to a further exemplary embodiment of the present invention.
  • a plurality of lock stages 1 are connected in series.
  • the material band 7 runs from a first region 4 through a siphon 20 into a second region 4 '.
  • the liquid of the siphon 20 between the first region 4 and the second region 4 ' is, for example, 60 ° C warm acid.
  • the acid dekapiert the material band 7 for further processing.
  • the material strip 7 is dried by removal rollers 8.
  • the material strip 7 passes through a second siphon 21 into a third region 41.
  • the liquid in the second siphon 21 is, for example, 60 ° C. warm water.
  • the material band 7 is rinsed.
  • the second region 4 ' is evacuated to 0.6 bar. In order to maintain this pressure despite the hydrogen produced in the siphon 21, it must be evacuated permanently regulated. The gas-tight seal of the second region 4 'precludes the formation of an explosive atmosphere and the pumped-off hydrogen can be collected as a pure substance at the pump outlet and otherwise utilized economically.
  • the third area 41 is evacuated to 0.3 bar.
  • the material strip 7 is dried by second squeezing rollers 80. From the third region 41, the material strip 7 is guided through a third siphon 22 into a fourth region 42.
  • the third siphon 22 is filled with 4 ° C cold water.
  • a heat pump 16 leads energy-saving the through the material band 7 permanently from the second siphon 21 into the third siphon 22 entrained heat energy from the liquid of the third siphon 22 of the liquid of the second Siphons 21 to.
  • the material strip 7 is freed of macroscopic liquid adhesions from third quenching rollers 81 and heated by a heated deflection roller 122, thereby freeing it from microscopic liquid adherence.
  • the pressure in the fourth region 42 is up to the partial vapor pressure lowered the liquid in the third siphon 22.
  • the fourth region 42 has a process chamber 17, in which a coating process takes place on the material strip 7 and the material strip 7 is strongly heated. The walls of the fourth area 42 are heated.
  • a capacitor (not shown) is located away from the process chamber 17 away from the material band 7.
  • condenser (not shown) condensed liquid vapor, which comes from the heated material band 7.
  • a permanent gas flow of an inert gas from the process chamber 17 is maintained.
  • the capacitor not shown, as a filter element, as described in DE 10 2017 221 346.9.
  • An exemplary second embodiment, as described in DE 10 2017 221 346.9, can prevent the penetration of process residues from the process chamber 17 into the fourth region 42.
  • the condensed liquid is discharged in a controlled manner, so that the coating process is not influenced by drops of the condensed liquid.
  • the material strip 7 is guided through a fourth siphon 23 into a fifth region 43.
  • the liquid in the fourth siphon 23 is 4 ° C cold water.
  • the highly heated in the process chamber 17 mate- rialband is guided in the 4 ° C cold water. Due to the large temperature difference between the material band 7 and water of the fourth siphon 23, there is a Leidenfrost effect between the material band 7 and the liquid of the fourth siphon 23.
  • a thin layer of vapor prevents the material band 7 wets and larger amounts of heat to the liquid of the fourth siphon 23 and so large amounts of vapor in the fourth siphon 23 arise, which could get into the fourth region 42 and could not be dominated by the capacitor, not shown.
  • a fifth siphon 24 By a fifth siphon 24, the material strip 7 is guided by the fifth region 43 in a sixth region 44.
  • the pressure of the sixth region 44 is 1 bar.
  • the liquid in the fifth siphon 24 is a passivation liquid, which passivates the material strip 7 during the discharge.
  • the steams formed by the liquid during wetting and cooling of the metal strip 7 pass into the fifth region 43, where they are fed to a capacitor, not shown.
  • the significantly higher vapor pressure possible there enables its control by the capacitor, not shown. Since the liquid in Siphon 24 can clearly heat up without exceeding the permitted partial pressure in the fifth region 43, a simple recooling of the liquid is over Cooling medium possible.
  • a heat exchanger is interposed.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a deflection device 6 according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the material band 7 is deflected by a reversing roller 12.
  • the reversing roller 12 simultaneously forms a trunk 2 of a siphon 20.
  • On the left side of the reversing roller 12 is a compensating tank 9 of the siphon 20 and on the right side of the reversing roller 12 is a connecting region 40 of the siphon 20.
  • the reversing roller 12 is placed so that the suspension 13 of the reverse roller 12 does not come into contact with the liquid 3.
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of a deflection device 6 according to a further preferred embodiment of the present invention.
  • the deflecting device 6 is designed as a semicircular surface 10.
  • the semicircular surface 10 has a plurality of bores which connect an inner volume 100, which is enclosed by the semicircular surface 10 and a wall 15, and an outer volume 1000.
  • the semicircular surface 10 forms a turn 2 of a siphon 20 and is immersed in a liquid 3 of the siphon 20.
  • a pump 11 pumps the liquid 3 through the bores of the semicircular surface 10 so that a liquid cushion between a strip of material 7, which is passed by the outer volume 1000 on the semicircular surface 10, arises whose pressure the strip tension of the material band 7 at least kom- compensated.
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Abstract

Es werden eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Einschleusen und/oder Ausschleusen von Materialbändern in Vakuumanlagen und ein Verfahren zum kontinuierlichen Einschleusen und/oder Ausschleusen von Materialbändern in Vakuumanlagen vorgeschlagen.

Description

BESCHREIBUNG
Titel
Barometrische Flüssigkeitsschleusen
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Schleusenvorrichtung für Materialbän- der in Vakuumkammern zur Behandlung der Materialbänder im Vakuum. Das Ein- und Ausschleusen von Materialbändern, zumeist in Form von Spulen aufgewickelt, ist arbeits-, zeit- und energieintensiv. Für den Schleusenvorgang muss das Vakuum an der Vakuumkammer gebrochen und anschließend die Vakuumkammer erneut evakuiert werden. Zudem ist es insbesondere bei der Verarbeitung von Metallbän- dern wünschenswert, diese kontinuierlich zu behandeln und so Verschnitt am Anfang und am Ende zu verhindern und die Verarbeitungsprozesse langzeitstabil betreiben zu können.
Stand der Technik sind hierzu unterschiedliche Schleusenkonzepte, welche aber alle auf Kombinationen aus Rollen, Dichtelementen und kalkuliert akzeptierten Leckagen und Strömungswiderständen beruhen. EP 2 13 23 54 offenbart ein konventionelles Schleusenkonzept. Gemein sind ihnen somit Undichtigkeiten, welche permanent durch eine Vielzahl von energie- und wartungsintensiven Vakuumpumpen kompen- siert werden müssen. Sowohl bei Bandbreiten- als auch bei Dickenänderungen des durchgesetzten Materials müssen die Schleusen aufwendig angepasst oder Undich- tigkeiten durch zusätzliche weitere Pumpleistung kompensiert werden. Zudem be- deutet der vielfache, teilweise mit Druck beaufschlagte Rollenkontakt in einer Schleuse Probleme für die Produktqualität.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum kontinu- ierlichen Schleusen von Materialbändern in Vakuumkammern bereitzustellen, welche nach der Evakuierung der Vakuumkammer nur noch wenig oder gar kein weiteres Vakuumpumpen nötig werden lässt, welche unabhängig von Banddicken und/oder Bandbreiten der Materialbandes arbeitet und welche nur wenige einseitige Rollen- kontakte des Materialbandes benötigt. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrich- tung zum kontinuierlichen Einschleusen und/oder Ausschleusen von Materialbändern in Vakuumanlagen, wobei die Vorrichtung eine Schleusenstufe aufweist, wobei die Schleusenstufe einen Siphon aufweist, wobei der Siphon in der durch die Vertikale und die Horizontale aufgespannten Ebene eine Kehre aufweist, wobei die Kehre so platziert ist, dass das Materialband vor dem Durchlaufen der Kehre eine Bewe- gungskomponente nach unten besitzt und dass das Materialband nach dem Durch- laufen der Kehre eine Bewegungskomponente nach oben besitzt, wobei die Kehre mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, wobei der Siphon einen Verbindungsbereich aufweist, wobei der Siphon einen ersten Bereich der Vorrichtung mit einem zweiten Bereich der Vorrichtung verbindet. Der Siphon weist eine, vorzugsweise U-förmige, Kehre und einen Verbindungsbereich auf. Der Verbindungsbereich schließt sich der Kehre auf einer Seite der Kehre an und ist vorzugsweise senkrecht nach oben ausgerichtet. Die Kehre ist mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, gefüllt. Denkbar wäre hier auch eine andere Flüssigkeit wie eine Säure, vorzugsweise Salzsäure, oder ein Öl. Der Siphon verbindet einen ersten Bereich mit einem zweiten Bereich. Dadurch, dass die Kehre mit der Flüssigkeit gefüllt ist, ist der erste Bereich vom zweiten Be- reich durch den Siphon gasdicht abgetrennt. Ein Materialband kann durch den Si- phon vom ersten Bereich in den zweiten Bereich geführt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteran- sprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ent- nehmbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgese- hen, dass der Siphon die einzige durchlässige Verbindung zwischen dem ersten Be- reich und dem zweiten Bereich ist. Damit wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass kein Gasaustausch zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich stattfinden kann und so die Pumpleistung nach der Evakuierung des zweiten Berei- ches mindestens deutlich reduziert werden kann. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Bereich eine Vakuumpumpe aufweist. Damit kann im zweiten Bereich der Druck abgesenkt werden. Denkbar sind hier Druckabsenkungen auf den Bereich des Grobvakuums, also etwa 300 mbar bis 1 mbar. Wird im zweiten Bereich der Druck abgesenkt, so drückt der Luftdruck im ersten Bereich auf die Oberfläche der Flüssigkeit im Siphon, so dass diese auf der Seite des ersten Berei- ches absinkt und auf der Seite des zweiten Bereiches im Verbindungsbereich an- steigt. Im Verbindungsbereich entsteht eine Flüssigkeitssäule, welche so hoch aus- gebildet ist, dass ihr hydrostatischer Druck den Druck auf die Oberfläche der Flüssig keit auf der Seite des ersten Bereiches ausgleicht. Ist ein Betriebsvakuum im zweiten Bereich erreicht, bleibt dieser Zustand bestehen. Die Vakuumpumpe kann ausge- schaltet werden und durch den Siphon kann dem zweiten Bereich kontinuierlich ein Materialband aus dem ersten Bereich zugeführt werden. Die Steighöhe der Flüssig keitssäule hängt von der Dichte der verwendeten Flüssigkeit und von der Druckdiffe- renz zwischen erstem und zweitem Bereich ab. Bei einem Druckunterschied von 1 bar und der Verwendung von Wasser als Flüssigkeit wäre die Steighöhe der Flüssig- keitssäule circa 10 m, bei einem Druckunterschied von 1 bar und der Verwendung von Quecksilber als Flüssigkeit wäre die Steighöhe der Flüssigkeitssäule 733 mm. Der mit der Vorrichtung erreichbare Enddruck im zweiten Bereich entspricht dem Partialdampfdruck der eingesetzten Flüssigkeit. Wird dieser erreicht, beginnt die Flüssigkeit im zweiten Bereich zu kochen und bei einer weiteren Evakuierung würde nur noch der Dampf der kochenden Flüssigkeit abgepumpt. Setzt man als Flüssigkeit Wasser bei Raumtemperatur ein, so liegt der Partialdampfdruck bei 33 mbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Siphon eine Umlenkeinrichtung zum Umlenken des Material- bandes in der Kehre aufweist. Damit kann das Materialband im Umkehrpunkt der Kehre des Siphons in seiner Laufrichtung umgelenkt werden. Denkbar ist hier die Verwendung einer Umlenkrolle. Denkbar ist, dass die Umlenkrolle angetrieben ist und so Abrieb des Materialbandes verhindert. Weiterhin ist denkbar, dass die Um- lenkrolle mit einem Profil versehen ist, durch das Flüssigkeit zwischen Materialband und Rolle vorteilhaft abgeführt werden kann. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Umlenkrolle nur teilweise in die Flüssigkeit eingetaucht ist und so den inneren Teil der Kehre bildet. Damit wäre es in vorteilhaf- ter Weise möglich, die Umlenkrolle außerhalb der Flüssigkeit aufzuhängen. Der obe- re Teil der Umlenkrolle würde so eine Zwischenwand zwischen erstem Bereich und dem Verbindungsbereich oder dem zweiten Bereich bilden. Denkbar ist eine Abdich- tung eines entstehenden Durchgangs zwischen dem ersten Bereich und dem Ver- bindungsbereich oder dem zweiten Bereich am oberen Teil der Umlenkrolle und seit lich vakuumseitig der Aufhängung durch eine oder mehrere Schaberleisten. Leichte Undichtigkeiten dieser bevorzugten Ausführungsform könnten durch Vakuumpumpen im zweiten Bereich kompensiert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Umlenkeinrichtung eine halbkreisförmige Fläche ist, wobei die halbkreisförmige Fläche Bohrungen aufweist. Denkbar ist, dass innerhalb der halb- kreisförmigen Fläche eine Pumpe zum Pumpen der Flüssigkeit verbaut ist. Diese Pumpe ist mit den Bohrungen in der halbkreisförmigen Fläche so verbunden, dass sie die Flüssigkeit durch die Bohrungen mit leichtem Überdruck in die Kehre gegen das Materialband drückt und so ein Flüssigkeitspolster zwischen der halbkreisförmi- gen Fläche und dem Materialband entsteht. Damit ist es möglich, das Materialband ohne Kontakt mit einer festen Oberfläche in seiner Richtung umzukehren. So können Beschädigungen oder Abrieb am Materialband vermieden werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass in Durchlaufrichtung des Materialbandes nach dem Siphon Ab- quetschrollen/Abquetschwalzen angebracht sind. Am Materialband haftende Flüssig- keit aus dem flüssigkeitsgefüllten Bereich des Siphons könnte Einfluss auf den Ver- arbeitungsprozess haben, welcher am Materialband ausgeführt wird. Abquetschwal- zen dienen hier dem Entfernen von makroskopischen Flüssigkeitsrückständen auf dem Materialband.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Siphon einen mit der Flüssigkeit gefüllten Ausgleichsbehälter aufweist. Herrscht im zweiten Bereich ein Druck, welcher niedriger ist als der Druck im ersten Bereich, so bildet sich eine Flüssigkeitssäule im Verbindungsbereich aus. Durch das Ansteigen des Flüssigkeitspegels auf der Seite des zweiten Bereiches wird der Seite des ersten Bereiches Flüssigkeit entzogen, was zu einem Absinken des Flüssigkeitspegels auf dieser Seite führt. Um zu verhindern, dass der Flüssig- keitspegel bei Druckschwankungen zu stark schwankt oder gar unter das untere Ni- veau der Kehre fällt und damit Luft in den zweiten Bereich eingesogen wird, ist am Siphon auf der Seite des ersten Bereiches ein Ausgleichsbehälter angebracht, wel- cher ein Flüssigkeitsreservoir ist. Wird der zweite Bereich belüftet, kann dieser Aus- gleichsbehälter ebenfalls das Volumen der Flüssigkeitssäule des Verbindungsbe- reichs aufnehmen. So werden Schwankungen des Flüssigkeitspegels auf der Seite des ersten Bereiches vorteilhaft minimiert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Siphon eine Vorrichtung zum Regeln der Temperatur der Flüs- sigkeit aufweist. Das mögliche Endvakuum im zweiten Bereich ist abhängig vom Par- tialdampfdruck der Flüssigkeit, welcher wiederum abhängig ist von der Temperatur der Flüssigkeit. Weist beispielsweise Wasser bei Raumtemperatur einen Partial dampfdruck von 33 mbar auf, so liegt dieser bei 0°C noch bei 10 mbar. Mit einer Kühlung der Flüssigkeit lässt sich so in vorteilhafter Weise das mögliche Endvakuum im zweiten Bereich verbessern. Denkbar wäre aber auch ein Heizen der Flüssigkeit, um beispielsweise chemische Prozesse zwischen dem Materialband und der Flüs- sigkeit beim Durchlaufen zu steuern.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Bereich ein Element zum Heizen des Materialbandes aufweist. Dies ermöglicht es in vorteilhafter weise, mikroskopische Anhaftungen der Flüssigkeit am Materialband zu verdampfen und so vor der Verarbeitung des Materi- albandes zu entfernen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Bereich ein Element zum Heizen von Wänden des zweiten Bereiches aufweist. Vom Materialband in den zweiten Bereich eingetragene Flüssigkeit könnte an den Wänden des zweiten Bereiches kondensieren. Passiert dies, lässt sich kaum vermeiden, dass die Flüssigkeit wieder auf das Materialband tropft und damit Probleme bei der Verarbeitung des Materialbandes entstehen. Ein Aufheizen der Wände des zweiten Bereiches über den Taupunkt der eingesetzten Flüssigkeit bei gegebenem Partialdruck im zweiten Bereich verhindert in vorteilhafter Weise das Kondensieren der Flüssigkeit an den Wänden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Bereich einen Kondensator aufweist. Dieser Kondensa- tor könnte als Bauteil ausgelegt werden, dessen Temperatur so geregelt wird, dass sie stets die niedrigste Temperatur im zweiten Bereich ist. Wird in den zweiten Be- reich Flüssigkeit eingetragen und verdampft, so lässt sich die Stelle an der der Flüs- sigkeitsdampf kondensiert, vorteilhaft mit der Platzierung des Kondensators beherr- schen. Denkbar wäre, eine Stelle für den Kondensator im Inneren des zweiten Berei- ches zu wählen, an welcher herabtropfende Flüssigkeit keinen Schaden anrichtet, sondern gesammelt und abgeführt werden kann. Alternativ wird dieser in Form einer Abpumpvorrichtung analog einer Evakuierungseinrichtung ausgeführt, in der das Gas dem Kondensator über ein Rohrleitungssystem zugeführt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Flintereinanderreihung einer Mehrzahl von Schleusenstufen aufweist. Dies ermöglicht es in vorteilhafter Weise, ein, in einem vorherigen Verarbeitungsschritt, erwärmtes Materialband einzuschleusen. Dabei kann die Flüssigkeit einer ersten Schleusenstufe einen großen Teil der Wärme des Materialbandes aufnehmen und sich auf beispielsweise 60°C erwärmen. Denkbar wäre hier die Ableitung der Wärme mittels eines Kühlturms. Der evakuierte Bereich der ersten Schleusenstufe weist hierbei wiederrum einen Restgasdruck unterhalb des Partialdampfdrucks der Flüssigkeit der ersten Schleusenstufe auf und muss da- her nur permanent abgepumpt werden, wenn Gase durch das Materialband einge- schleppt oder in einer Reaktion mit der Flüssigkeit entstehen. Die Flüssigkeit einer zweiten Schleusenstufe muss somit nur noch deutlich weniger Wärme aufnehmen. Denkbar wäre hier auch das Abkühlen eines Materialbandes auf unter Raumtempe- ratur.
Weiterhin denkbar wäre die Nutzung einer ersten Schleusenstufe zur Reinigung des Materialbandes. So könnte die Flüssigkeit einer ersten Schleusenstufe beispielweise eine Säure zur Dekapierung des Materialbandes, vorzugsweise Salzsäure, sein, die Flüssigkeit einer zweiten Schleusenstufe könnte warmes Wasser zum Spülen des Materialbandes sein und die Flüssigkeit einer dritten Schleusenstufe könnte kaltes Wasser zur Druckabsenkung sein. Denkbar ist auch, zwischen den Schleusenstufen Abquetschwalzen zum Einsatz zu bringen.
Denkbar ist auch, zum Ausschleusen eines in der Vakuumkammer erhitzten Materi- albandes eine erste Schleusenstufe einzusetzen, in der die Flüssigkeit kaltes Wasser ist und eine zweite Schleusenstufe einzusetzen, in der die Flüssigkeit warmes Was- ser ist. Durch den Leidenfrost-Effekt nimmt die Flüssigkeit der ersten Schleusenstufe kaum Wärme auf. Die Wärmeabgabe durch die Benetzung der Oberfläche des Bandmaterials, welche zur massiven Dampfbildung führt, erfolgt erst in der zweiten Schleusenstufe. Denkbar ist, dass die zweite Schleusenstufe mit starken Vakuum- pumpen zum Aufrechterhalten des Vakuums und/oder mit einem Kondensator ver- sehen ist.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs ge- stellten Aufgabe ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Einschleusen und/oder Aus- schleusen von Materialbändern in Vakuumanlagen mit einer Vorrichtung gemäß ei- nem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Materialband durch eine Schleu- senstufe geführt wird, wobei das Materialband durch einen mit einer Flüssigkeit ge- füllten Siphon geführt wird, wobei das Materialband vor dem Durchlaufen des Si- phons nach unten geführt wird und nach dem Durchlaufen des Siphons nach oben geführt wird, wobei das Materialband durch den Siphon von einem ersten Bereich in einen zweiten Bereich geführt wird. Das Verfahren ermöglicht es, kontinuierlich Mate- rialbänder in Vakuumkammern ein- und auszuschleusen, wobei nach der Evakuie- rung der Vakuumkammer nur noch wenig oder gar kein weiteres Vakuumpumpen nötig ist. Ferner ist das Verfahren unabhängig von Banddicken und/oder Bandbreiten des Materialbandes und ermöglicht es, mit nur wenigen einseitigen Rollenkontakten des Materialbandes auszukommen. Zum Schleusen von einem ersten Bereich in ei- nen zweiten Bereich wird das Materialband vom ersten Bereich durch einen flüssig keitsgefüllten Siphon, dessen Kehre vorzugsweise U-förmig gestaltet ist, in einen zweiten Bereich geführt. Dadurch, dass das Materialband durch eine flüssigkeitsge füllte Verbindung geführt wird, wird verhindert, dass Gas zwischen dem ersten Be- reich und dem zweiten Bereich ausgetauscht wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Bereich evakuiert wird. Durch das Evakuieren des zwei- ten Bereiches wird eine Behandlung des Materialbandes im zweiten Bereich unter Vakuum ermöglicht. Der gasdichte Abschluss im Siphon ermöglicht es, den zweiten Bereich auf ein Betriebsvakuum, vorzugsweise im Bereich des Grobvakuums zu pumpen und die Vakuumpumpen dann abzustellen, ohne dass das Vakuum im zwei- ten Bereich einbricht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Materialband im Siphon von einer Umlenkreinrichtung umge- lenkt wird. Hierbei wird die Laufrichtung des Materialbandes entlang der Form des Siphons geführt. Der Siphon hat vorzugsweise am tiefsten Punkt eine U-förmige Kehre, durch die das Materialband geführt werden muss, das heißt, es wird von einer Abwärtsbewegung in eine Aufwärtsbewegung umgelenkt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Materialband an einer halbkreisförmigen Umlenkeinrichtung mit Bohrungen, wobei aus den Bohrungen die Flüssigkeit mit leichtem Überdruck gepresst wird, umgelenkt wird. Denkbar ist, dass von einer Pumpe im Inneren der Umlenkreinrichtung Flüssigkeit durch die Bohrungen nach Außen in die Kehre ge- presst wird. Wird das Materialband entlang der Umlenkeinrichtung geführt, so bildet sich ein Flüssigkeitspolster zwischen Umlenkeinrichtung und Materialband. Dies er- möglicht in vorteilhafter weise das Materialband ohne Kontakt mit einer festen Ober- fläche umzulenken.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Materialband im zweiten Bereich außerhalb der Flüssigkeit von Abquetschrollen getrocknet wird. Das ermöglicht es, das Materialband von mak- roskopischen Flüssigkeitsanhaftungen zu befreien, welche sich beim Durchgang des Materialbandes durch den flüssigkeitsgefüllten Teil des Siphons am Materialband anlagern können. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Temperatur der Flüssigkeit geregelt wird. Dies ermöglicht es, dass der Partialdampfdruck der Flüssigkeit herabgesetzt wird. Die Qualität des Va- kuums im zweiten Bereich ist abhängig vom Partialdampfdruck der Flüssigkeit. Wird diese gekühlt, so fällt der Partialdampfdruck und damit wird es ermöglicht, ein besse- res Vakuum im zweiten Bereich einzustellen. Ferner ist es denkbar, dass die Flüs sigkeit geheizt wird, um mögliche chemische Prozesse zwischen Flüssigkeit und Ma- terialband zu steuern. So ist es denkbar, dass als Flüssigkeit eine warme Säure zum gleichzeitigen Reinigen des Materialbandes während des Einschleusens eingesetzt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Materialband im zweiten Bereich geheizt wird. Auf diese Wei- se können auf vorteilhafte Weise mikroskopische Flüssigkeitsanhaftungen vom Mate- rialband verdampft werden. Denkbar wäre beispielsweise, dass das Materialband über beheizte Rollen geführt wird oder dass das Materialband von einer Infrarotlam- pe oder einem Laser beleuchtet wird. Ist das Materialband leitend, bietet es sich an, vorzugsweise eine angepasste induktive Heizung einzusetzen. Um Überschläge auf- grund des Vakuums zu verhindern, arbeitet diese vorzugsweise bei kleiner Span- nung < 200 V.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Temperatur von Wänden des zweiten Bereiches geregelt wird. Damit ist es möglich, das Kondensieren von Flüssigkeitsdämpfen an den Wänden des zweiten Bereiches und damit das unkontrollierte Herabtropfen der kondensierten Flüssigkeit zu unterbinden. Damit kann eine Beeinträchtigung der Verarbeitung des Materialbandes durch ein Herabtropfen der an den Wänden des zweiten Bereiches kondensierten Flüssigkeit auf das Materialband vermieden werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Materialband durch eine Hintereinanderreihung von einer Mehrzahl von Schleusenstufen geführt wird. Dies ermöglicht es in vorteilhafter Wei- se, ein, in einem vorherigen Verarbeitungsschritt, erwärmtes Materialband einzu- schleusen. Dabei kann die Flüssigkeit einer ersten Schleusenstufe einen großen Teil der Wärme des Materialbandes aufnehmen und sich auf beispielsweise 60°C erwär- men. Denkbar wäre hier die Ableitung der Wärme mittels eines Kühlturms. Der eva- kuierte Bereich der ersten Schleusenstufe weist hierbei wiederrum einen Restgas- druck unterhalb des Partialdampfdruckes der Flüssigkeit der ersten Schleusenstufe auf und muss daher nur permanent abgepumpt werden, wenn Gase durch das Mate- rialband eingeschleust oder in einer Reaktion mit der Flüssigkeit entstehen. Die Flüs sigkeit einer zweiten Schleusenstufe muss somit nur noch deutlich weniger Wärme aufnehmen. Denkbar wäre hier auch das Abkühlen eines Materialbandes auf unter Raumtemperatur.
Weiterhin denkbar wäre die Nutzung einer ersten Schleusenstufe zur Reinigung des Materialbandes. So könnte als Flüssigkeit einer ersten Schleusenstufe beispielweise eine Säure zur Dekapierung des Materialbandes, vorzugsweise Salzsäure, verwen- det werden, als Flüssigkeit einer zweiten Schleusenstufe könnte warmes Wasser zum Spülen des Materialbandes verwendet werden und als Flüssigkeit einer dritten Schleusenstufe könnte kaltes Wasser zur Druckabsenkung verwendet werden.
Denkbar ist auch, zwischen den Schleusenstufen Abquetschwalzen zum Einsatz zu bringen.
Weiterhin ist denkbar, zum Ausschleusen eines in der Vakuumkammer erhitzten Ma- terialbandes eine erste Schleusenstufe einzusetzen, in der als Flüssigkeit kaltes Wasser verwendet wird und eine zweite Schleusenstufe einzusetzen, in der als Flüs- sigkeit warmes Wasser verwendet wird. Durch den Leidenfrost-Effekt nimmt die Flüssigkeit der ersten Schleusenstufe kaum Wärme auf. Die Wärmeabgabe durch die Benetzung der Oberfläche des Materialbandes, welche zur massiven Dampfbil- dung führt, erfolgt erst in der zweiten Schleusenstufe. Denkbar ist, dass die zweite Schleusenstufe mit starken Vakuumpumpen zum Aufrechterhalten des Vakuums und/oder mit einem Kondensator versehen ist.
Ferner ist denkbar, nach dem Ausschleusen aus dem Vakuum in einer weiteren Schleusenstufe das Materialband zu spülen. Denkbar ist auch, das Materialband in einer weiteren Schleusenstufe zu passivieren, beispielsweise zu Phosphatieren. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausfüh- rungsformen anhand der Zeichnung. Die Zeichnung illustriert dabei lediglich beispiel- hafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedan- ken nicht einschränken.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Figur 1 zeigt eine schematische Abbildung der Vorrichtung zum kontinu- ierlichen Einschleusen und/oder Ausschleusen von Materialbän- dern in Vakuumanlagen gemäß einer beispielhaften Ausfüh- rungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 2 zeigt eine schematische Abbildung der Vorrichtung zum kontinu- ierlichen Einschleusen und Ausschleusen von Materialbändern in Vakuumanlagen gemäß einer weiteren beispielhaften Ausfüh- rungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 3 zeigt eine schematische Abbildung der Umlenkeinrichtung in Va- kuumanlagen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 4 zeigt eine schematische Abbildung der Umlenkeinrichtung in Va- kuumanlagen gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungs- form der vorliegenden Erfindung
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszei- chen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In Figur 1 ist schematisch das Grundprinzip des kontinuierlichen Einschleusen und/oder Ausschleusen von Materialbändern in Vakuumanlagen gemäß einer bei spielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Ein Materialband 7 wird von oben kommend in eine Schleusenstufe 1 geführt. Die Schleusenstufe weist einen Siphon 20 auf, welcher eine Kehre 2 und einen Verbindungsbereich 40 auf- weist. In der Kehre 2 wird das Materialband 7 in einer Kurve geführt, so dass die Be- wegungsrichtung des Materialbandes 7 vor der Kehre 2 eine Richtungskomponente nach unten und nach der Kehre 2 eine Richtungskomponente nach oben hat. In der Kehre 2 wird das Materialband 7 von einer Umlenkeinrichtung 6 umgelenkt. Der Si- phon 20 ist mit einer Flüssigkeit 3 gefüllt. Der Siphon 20 verbindet einen ersten Be- reich 4 mit einem zweiten Bereich 4‘, wobei der Siphon 20 der einzige Durchgang zwischen dem ersten Bereich 4 und dem zweiten Bereich 4‘ ist. Wird der zweite Be- reich 4‘ evakuiert, so steigt der Pegel der Flüssigkeit 3 im Verbindungsbereich 40 bis zu der Flöhe an, bei der der hydrostatische Druck der Flüssigkeitssäule im Verbin- dungsbereich 40 dem Unterschied des Drucks im ersten Bereich 4 und des Drucks im zweiten Bereich 4‘ entspricht. Dabei kann der zweite Bereich 4‘ nur soweit evaku- iert werden, bis der Druck im zweiten Bereich 4‘ dem Partialdampfdruck der Flüssig- keit 3 entspricht. Wird der zweite Bereich 4‘ weiter evakuiert, so fängt die Flüssigkeit 3 im zweiten Bereich 4‘ an zu kochen und aus dem zweiten Bereich 4‘ wird lediglich der Dampf der Flüssigkeit 3 abgepumpt. Die Flüssigkeit 3 ist Wasser. Das Wasser ist auf 0,1 °C gekühlt. Damit lässt sich der zweite Bereich auf circa 10 mbar evakuieren. Das Wasser im Siphon 20 schließt den zweiten Bereich 4‘ gegenüber dem ersten Bereich 4 gasdicht ab. Beim Erreichen des Endvakuums von 10 mbar kann das Eva- kuieren eingestellt werden und das Vakuum im zweiten Bereich 4‘ bleibt erhalten.
Um Pegelschwankungen des Wassers im ersten Bereich 4 zu minimieren, weist der Siphon 20 auf der Seite des ersten Bereiches 4 einen Ausgleichsbehälter 9 auf. Die- ser Ausgleichsbehälter 9 ist ein Reservoir, welches die Flüssigkeit 3 enthält. Im Falle der Belüftung des zweiten Bereichs 4‘ kann dieser auch das rückströmende Wasser aus dem Verbindungsbereich 40 aufnehmen bzw. beim Evakuieren bereitstellen. Das Materialband 7 wird nun vom ersten Bereich 4 durch die Flüssigkeit 3 in den Siphon 20 geführt, dort mit einer Umlenkeinrichtung 6 umgelenkt und durch den Verbin- dungsbereich 40 in den zweiten Bereich 4‘ eingeschleust. Zum Entfernen von Flüs- sigkeitsanhaftungen durchläuft das Materialband 7 nach Verlassen der Flüssigkeit 3 Abquetschwalzen 8.
In Figur 2 ist schematisch das Grundprinzip des kontinuierlichen Einschleusens und Ausschleusens von Materialbändern in Vakuumanlagen gemäß einer weiteren bei- spielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Hierbei sind eine Mehrzahl von Schleusenstufen 1 hintereinandergeschaltet. Das Materialband 7 läuft von einem ersten Bereich 4 durch einen Siphon 20 in einen zweiten Bereich 4‘. Die Flüssigkeit des Siphons 20 zwischen dem ersten Bereich 4 und dem zweiten Bereich 4‘ ist beispielsweise 60°C warme Säure. Die Säure dekapiert das Materialband 7 zur weiteren Verarbeitung. Im zweiten Bereich 4‘ wird das Materialband 7 von Ab- quetschrollen 8 getrocknet. Vom zweiten Bereich 4‘ läuft das Materialband 7 durch einen zweiten Siphon 21 in einen dritten Bereich 41. Die Flüssigkeit im zweiten Si- phon 21 ist beispielsweise 60°C warmes Wasser. Durch das 60°C warme Wasser wird das Materialband 7 gespült. Der zweite Bereich 4‘ ist auf 0,6 bar evakuiert. Um diesen Druck trotz des im Siphon 21 entstehenden Wasserstoffs aufrecht zu erhal- ten, muss dieser dauerhaft geregelt evakuiert werden. Durch den gasdichten Ab- schluss des zweiten Bereichs 4‘ ist die Bildung einer explosiven Atmosphäre ausge- schlossen und der abgepumpte Wasserstoff kann als Reinstoff am Pumpenausgang gesammelt und anderweitig wirtschaftlich verwertet werden. Der dritte Bereich 41 ist auf 0,3 bar evakuiert. Hier wird das Materialband 7 von zweiten Abquetschrollen 80 getrocknet. Vom dritten Bereich 41 wird das Materialband 7 durch ein drittes Siphon 22 in einen vierten Bereich 42 geführt. Der dritte Siphon 22 ist mit 4°C kaltem Was- ser gefüllt. Eine Wärmepumpe 16 führt energiesparend die durch das Materialband 7 permanent vom zweiten Siphon 21 in den dritten Siphon 22 verschleppte Wärme- energie von der Flüssigkeit des dritten Siphons 22 der Flüssigkeit des zweiten Si- phons 21 zu. Das Materialband 7 wird im vierten Bereich 42 von dritten Ab- quetschrollen 81 von makroskopischen Flüssigkeitsanhaftungen befreit und von einer beheizten Umlenkrolle 122 aufgeheizt und so von mikroskopischen Flüssigkeitsan- haftungen befreit. Der Druck im vierten Bereich 42 ist bis auf den Partialdampfdruck der Flüssigkeit im dritten Siphon 22 abgesenkt. Der vierte Bereich 42 weist eine Pro- zesskammer 17 auf, in der ein Beschichtungsprozess am Materialband 7 vollzogen und das Materialband 7 stark erhitzt wird. Die Wände des vierten Bereiches 42 sind aufgeheizt. Ferner befindet sich abseits der Prozesskammer 17 entfernt vom Materi- alband 7 ein Kondensator (nicht gezeigt). Am Kondensator (nicht gezeigt) konden- siert Flüssigkeitsdampf, welcher vom aufgeheizten Materialband 7 stammt. Um das Eindringen von Wasserstoff aus dem vierten Bereich 42 in die Prozesskammer 17 zu verhindern, wird beispielsweise eine permanente Gasströmung eines Inertgases aus der Prozesskammer 17 aufrechterhalten. Beispielsweise kann dies, wie in der DE 10 2017 221 346.9 beschrieben, mit dem nicht gezeigten Kondensator als Filterelement erfolgen. Eine beispielhafte zweite Ausführung, wie in der DE 10 2017 221 346.9 be- schrieben, kann das Eindringen von Prozessrückständen aus der Prozesskammer 17 in den vierten Bereich 42 verhindern. Die kondensierte Flüssigkeit wird kontrolliert abgeführt, so dass der Beschichtungsprozess nicht von Tropfen der kondensierten Flüssigkeit beeinflusst wird. Vom vierten Bereich 42 wird das Materialband 7 durch einen vierten Siphon 23 in einen fünften Bereich 43 geführt. Die Flüssigkeit im vierten Siphon 23 ist 4°C kaltes Wasser. Das in der Prozesskammer 17 stark erhitzte Mate- rialband wird in das 4°C kalte Wasser geführt. Durch den großen Temperaturunter- schied zwischen Materialband 7 und Wasser des vierten Siphons 23 kommt es zu einem Leidenfrost- Effekt zwischen Materialband 7 und der Flüssigkeit des vierten Siphons 23. Eine dünne Dampfschicht verhindert, dass das Materialband 7 benetzt und größere Mengen Wärme an die Flüssigkeit des vierten Siphons 23 abgibt und so große Mengen Dampf im vierten Siphon 23 entstehen, welche in den vierten Bereich 42 gelangen könnten und durch den nicht gezeigten Kondensator nicht mehr be- herrscht werden könnten. Durch einen fünften Siphon 24 wird das Materialband 7 vom fünften Bereich 43 in einen sechsten Bereich 44 geführt. Der Druck des sechs- ten Bereiches 44 ist 1 bar. Die Flüssigkeit im fünften Siphon 24 ist eine Passivie- rungsflüssigkeit, die das Materialband 7 beim Ausschleusen passiviert. Die dort beim Benetzen und Kühlen des Metallbandes 7 durch die Flüssigkeit entstehenden Dämp- fe gelangen in den fünften Bereich 43, wo sie einem nicht gezeigten Kondensator zugeführt werden. Der dort mögliche deutlich höhere Dampfdruck ermöglicht dessen Beherrschung durch den nicht gezeigten Kondensator. Da sich die Flüssigkeit in Si- phon 24 deutlich erwärmen kann, ohne dass der erlaubte Partialdruck im fünften Be- reich 43 überschritten wird, ist eine einfache Rückkühlung der Flüssigkeit über ein Kühlmedium möglich. Um eine Verunreinigung der Passivierungsflüssigkeit im offe- nen Kühlturm zu verhindern, wird ein Wärmetauscher zwischengeschaltet.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Umlenkeinrichtung 6 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Materialband 7 wird von einer Umkehrrolle 12 umgelenkt. Die Umkehrrolle 12 bildet gleichzeitig eine Keh- re 2 eines Siphons 20. Auf der linken Seite der Umkehrrolle 12 ist ein Ausgleichsbe- hälter 9 des Siphons 20 und auf der rechten Seite der Umkehrrolle 12 ist ein Verbin- dungsbereich 40 des Siphons 20. Die Umkehrrolle 12 ist so platziert, dass die Auf- hängung 13 der Umkehrrolle 12 nicht in Kontakt mit der Flüssigkeit 3 kommt. Dies wird erreicht, indem die rechte Seite der Umkehrrolle 12 von der linken Seite der Umkehrrolle 12 oberhalb der Flüssigkeit im Bereich 4 und der Umkehrrolle 12 gas- dicht mit einer Wand 15 und einer Schaberleiste 14 getrennt wird. Diese Schaberleis- te wird seitlich (nicht gezeigt) fortgesetzt, so dass die Wand 15, die Schaberleiste 14 und Umlenkeinrichtung 6 eine gasdichte Abschottung bzw. eine Verlängerung der Wand 15 darstellen
Figur 4 zeigt ein schematisches Schnittbild einer Umlenkeinrichtung 6 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Umlenkein- richtung 6 ist als halbkreisförmige Fläche 10 ausgeführt. Die halbkreisförmige Fläche 10 weist eine Mehrzahl von Bohrungen auf, welche ein inneres Volumen 100, wel- ches von der halbkreisförmigen Fläche 10 und einer Wand 15 umschlossen wird, und ein äußeres Volumen 1000 verbinden. Die halbkreisförmige Fläche 10 bildet eine Kehre 2 eines Siphons 20 und ist in eine Flüssigkeit 3 des Siphons 20 eingetaucht. Eine Pumpe 11 pumpt die Flüssigkeit 3 durch die Bohrungen der halbkreisförmigen Fläche 10 so, dass ein Flüssigkeitspolster zwischen einem Materialband 7, welches durch das äußere Volumen 1000 an der halbkreisförmigen Fläche 10 vorbeigeführt wird, entsteht, dessen Druck den Bandzug des Materialbandes 7 mindestens kom- pensiert. Bezugszeichenliste
1 Schleusenstufe
2 Kehre
20 Siphon
3 Flüssigkeit
4 Erster Bereich
4‘ Verbindungsbereich
40 Zweiter Bereich
41 Dritter Bereich
42 Vierter Bereich
43 Fünfter Bereich
44 Sechster Bereich 6 Umlenkreinrichtung 7 Materialband
8, 80, 81 Abquetschrollen
9 Ausgleichsbehälter
10 halbkreisförmige Fläche 100 Inneres Volumen 1000 Äußeres Volumen 1 1 Pumpe
12 Umkehrrolle
122 Beheizte Umlenkrolle
13 Aufhängung
14 Schaberschiene
15 Wand
16 Wärmepumpe
17 Prozesskammer

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Einschleusen und/oder Ausschleusen von Materialbändern (7) in Vakuumanlagen, wobei die Vorrichtung eine Schleusenstufe (1 ) aufweist, wobei die Schleusenstufe einen Siphon (20) aufweist, wobei der Siphon (20) in der durch die Vertikale und die Horizontale aufgespannten Ebene eine Kehre (2) aufweist, wobei die Kehre (2) so platziert ist, dass das Materialband (7) vor dem Durchlaufen der Kehre (2) eine Bewegungskomponente nach unten besitzt und dass das Materialband (7) nach dem Durchlaufen der Kehre (2) eine Bewegungskomponente nach oben besitzt, wobei die Kehre (2) mit einer Flüssigkeit (3) gefüllt ist, wobei der Siphon (20) einen Verbindungsbereich (40) aufweist, wobei der Siphon (20) einen ersten Bereich (4) der Vorrichtung mit ei- nem zweiten Bereich (4‘) der Vorrichtung verbindet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei der Siphon (20) die einzige durch- lässige Verbindung zwischen dem ersten Bereich (4) und dem zweiten Bereich (4‘) ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zweite Bereich (4‘) eine Vakuumpumpe aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Siphon (20) eine Umlenkeinrichtung (6) zum Umlenken des Materialbandes (7) in der Kehre (2) aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Umlenk- einrichtung (6) eine halbkreisförmige Fläche (10) ist, wobei die halb- kreisförmige Fläche (10) Bohrungen aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in Durchlauf- richtung des Materialbandes (7) nach dem Siphon (20) Abquetschrollen (8) angebracht sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Siphon (20) einen mit der Flüssigkeit (3) gefüllten Ausgleichsbehälter aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Siphon (20) eine Vorrichtung zum Regeln der Temperatur der Flüssigkeit (3) aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zweite Bereich (4‘) ein Element zum Fleizen des Materialbandes (7) aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zweite Bereich (4‘) ein Element zum Fleizen von Wänden des zweiten Berei- ches (4‘) aufweist.
11.Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zweite Bereich (4‘) einen Kondensator aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrich- tung eine Flintereinanderreihung einer Mehrzahl von Schleusenstufen (1 ) aufweist.
13. Verfahren zum kontinuierlichen Einschleusen und/oder Ausschleusen von Materialbändern (7) in Vakuumanlagen mit einer Vorrichtung ge- mäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Materialband (7) durch eine Schleusenstufe (1 ) geführt wird wobei das Materialband durch einen mit einer Flüssigkeit (3) gefüllten Siphon (20) geführt wird, wobei das Materialband (7) vor dem Durchlaufen des Siphons (20) nach unten geführt wird und nach dem Durchlaufen des Siphons (20) nach oben geführt wird, wobei das Materialband (7) durch den Siphon (20) von einem ersten Bereich (4) in einen zweiten Bereich (4‘) geführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der zweite Bereich (4‘) evakuiert wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14, wobei das Material- band (7) im Siphon (20) von einer Umlenkreinrichtung (6) umgelenkt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Materialband (7) an einer halbkreisförmigen Umlenkeinrichtung mit Bohrungen, wobei aus den Bohrungen die Flüssigkeit mit leichtem Überdruck gepresst wird, umge- lenkt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei das Material- band (7) im zweiten Bereich (4‘) außerhalb der Flüssigkeit (3) von Ab- quetschrollen getrocknet wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die Temperatur der Flüssigkeit (3) geregelt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei das Material- band (7) im zweiten Bereich (4‘) geheizt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei die Temperatur von Wänden des zweiten Bereiches (4‘) geregelt wird.
21.Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei das Material- band (7) durch eine Hintereinanderreihung von einer Mehrzahl von Schleusenstufen (1 ) geführt wird.
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