EP3942090A1 - Vorrichtung und verfahren zur vakuum-beschichtung von oberflächen von gegenständen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur vakuum-beschichtung von oberflächen von gegenständen

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EP3942090A1
EP3942090A1 EP20711162.6A EP20711162A EP3942090A1 EP 3942090 A1 EP3942090 A1 EP 3942090A1 EP 20711162 A EP20711162 A EP 20711162A EP 3942090 A1 EP3942090 A1 EP 3942090A1
Authority
EP
European Patent Office
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measuring unit
coating
vacuum
objects
measuring
Prior art date
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Pending
Application number
EP20711162.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Herbort
Jan LENGEFELD
Patrick HEIDEMANN
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.)
KHS GmbH
Original Assignee
KHS GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by KHS GmbH filed Critical KHS GmbH
Publication of EP3942090A1 publication Critical patent/EP3942090A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
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    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
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    • C23C16/4412—Details relating to the exhausts, e.g. pumps, filters, scrubbers, particle traps

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for coating
  • the invention also relates to a corresponding method for monitoring
  • PVD for example PVD, CVD, PCVD into consideration.
  • Coating chamber and implemented on the surface to be coated of the objects intended for the coating. This activated
  • Residual gas mixture unintentionally coats inside the vacuum system
  • Components of the coating device such as pumps, pipes, flappers, etc.
  • the degree of unwanted coating depends on the
  • An object of the present invention is therefore to provide a
  • the invention provides a device for coating surfaces of objects under a vacuum provided by a vacuum system by means of a gas separation process, having process rooms, including at least one treatment chamber for receiving the objects to be coated and at least one further process room connected to the at least one treatment chamber for passage
  • a measuring unit for detecting the coating thickness is arranged on a surface or on sections of the surface of the process rooms, the measuring unit being connectable to a control and evaluation unit.
  • the control and evaluation unit is preferably set up to determine the need and / or the point in time to clean the surfaces of the at least one further process space or the treatment chamber by removing unwanted coating.
  • the control and evaluation unit is particularly preferably set up to evaluate an ACTUAL occupancy rate or course of an ACTUAL occupancy rate, in particular against a TARGET occupancy rate or TARGET course of an occupancy rate.
  • any interior space of the device is to apply as a process space, which is at least temporarily with a vacuum during normal operation
  • Treatment chamber in which at least one object can be coated, and the vacuum lines connected to it, which are connected to one or more Vacuum pumps are connected to set the necessary process pressure (vacuum) and / or to pass gases.
  • the surfaces of objects to be coated are preferably inner surfaces of hollow bodies, such as, for example, containers, in particular bottles, preferably plastic bottles.
  • the device is particularly preferably designed to coat the inner walls of bottles, in particular PET bottles.
  • a gas deposition process is, for example, a PVD (Physical Vapor Deposition), a CVD (Chemical Vapor Deposition) or a PCVD (Plasma (assisted) Chemical Vapor Deposition) process. These procedures are carried out under vacuum.
  • gases that can be provided in the connected process rooms can be gases or gas mixtures.
  • gases are gases from a chemical
  • Gas mixtures are gases made up of at least two different chemical elements or chemical compounds.
  • a vapor phase is also used synonymously as gas
  • the deposition rate is preferably measured while the process is running and thus allows predictions about the degree of contamination of individual components without opening the vacuum system.
  • the present invention ensures long-term in-line measurement of unwanted coating. This enables a meaningful prediction of the maintenance intervals of process pumps, flutters (control flaps),
  • Vacuum piping, etc. guaranteed.
  • the remaining runtime (until maintenance) can be permanently compared with the planned runtime and, if necessary, even currently unnecessary maintenance activities can be identified and skipped or delayed.
  • the inventive monitoring of the deposition rate of the undesired deposition increases the efficiency of the coating device, since the achievement of the maximum tolerable stress state can be predicted. This also ensures that there are unplanned outages
  • the measuring unit can be arranged in an area of the further process rooms that is accessible without having to open the entire vacuum system of the coating device.
  • a device is preferably provided in which the measuring unit is in a bypass, in a separable space or line section, in a
  • Vacuum line of the vacuum system is arranged in a supply line to the treatment chamber or in a discharge line from the treatment chamber.
  • This location at which the measuring unit is arranged can preferably be shut off so that the measuring unit or the sensor element can be exchanged during operation. This is preferably achieved by means of valves at both ends or both sides and suitable opening / removal measures, which ensure that the entire vacuum system does not have to be opened.
  • Measuring unit is accessible there without the entire vacuum system of the
  • the measuring unit used according to the invention preferably comprises a coating thickness detection element which has a sensor section and the sensor section has a strain gauge and / or
  • sensors of different types are preferably suitable for this element, in particular if they are miniaturized to such an extent that they can be used at suitable locations or areas of the coating device without requiring a large amount of space.
  • Coating thickness sensors or detection elements that can be implemented in strip form, such as, for example, are particularly suitable here
  • the measuring unit is particularly preferred a gravimetric measuring unit, ie a measuring unit which takes into account the weight difference of the deposit, in particular on the sensor of the measuring unit.
  • the measuring unit comprises a carrier and closure section and a sensor section, the sensor section being able to be combined and releasably connected to the carrier and closure section in a non-destructive manner.
  • the sensor section is preferably designed to be pluggable. This makes it possible to remove the sensor section for evaluation alone and to replace it with a new one without having to exchange the entire measuring unit.
  • the sensor section has a measuring tongue and an interface section via which the connection to the carrier and closure section can be established. So it is possible when removing the
  • a device in which the measuring unit has a transponder with which data and / or signals from the control and evaluation unit can be transmitted wirelessly to a receiving station.
  • a transponder can preferably be a radio transmitter or be based on RFID technology.
  • a device in which the measuring unit projects into a pipeline of the vacuum system.
  • the measurement in a pipe of the vacuum system becomes a critical part of the
  • a measuring unit is particularly advantageous, which comprises a carrier for the preferably strip-shaped coating thickness detection element, which is attached to a vacuum feedthrough, wherein the vacuum feedthrough can be connected to a flange tube which opens into a bore in the wall of the at least one further process space, and wherein the coating thickness detection element comes to lie in the area of the bore.
  • the object of the present invention is also achieved by a method for monitoring surfaces in conduction paths of an inventive
  • the measuring unit is used as a measured value for actual data of the coating thickness on a surface of the at least one further process room and these ACTUAL data are passed on to an evaluation device in which these ACTUAL data are compared with TARGET data.
  • the measuring unit records actual data as measured values depending on the sensor used. These measured values allow a conclusion about the
  • the TARGET data are preferably specified and correspond to the measured values or the coating thicknesses derived from them.
  • the TARGET data can preferably be specified and can preferably also be adapted.
  • Measurement units either in the same device or in a device operated in parallel, take place.
  • the evaluation unit preferably comprises a comparator with which the ACTUAL data and the TARGET data are compared with one another.
  • the ACTUAL data preferably also include a time stamp, so that a gradient over time can be determined from the number of ACTUAL data determined. This can be used to forecast future coating scenarios.
  • the comparison of the ACTUAL data with the TARGET data is preferably carried out continuously or sequentially. To measure the coating thickness in running systems, it may be sufficient to carry out a daily comparison.
  • the interval in which the comparison takes place is preferably predetermined as a function of the gradient of the ACTUAL data determined in the past. It is thus possible to make a comparison in three days with a freshly cleaned device, while a narrower interval is specified for a gradient that makes it possible to reach the target data soon.
  • the comparison of the ACTUAL data with the TARGET data is particularly preferably carried out continuously and is transferred wirelessly to an evaluation unit and continuously evaluated there.
  • the development of the ACTUAL data over time in correlation with the data driven on the device is particularly preferred
  • Forecast of the coating thickness can be used.
  • a signal is preferably generated with which a message, in particular an error message or a warning message, is generated.
  • This constellation can preferably be freely defined and selected for predetermined coating thicknesses such as 80% of the maximum achievable coating thickness before cleaning for a warning message or at 95% for an error message.
  • Maintenance and / or shutdown times are preferably predicted and preferably also reported as a function of the gradient of the measured value over time.
  • the measuring unit in particular the sensor section, is preferably removed from and outside the device for coating surfaces
  • the old, loaded sensor element is then worked up so that it can be used again.
  • FIG. 1 shows a double coating chamber for containers as well as the supply and discharge vacuum and gas lines
  • FIG. 2 shows a sectional view of a pipe section of the coating device according to the invention, in which a measuring unit is arranged, and
  • FIG. 3 shows a plan view of an embodiment of the measuring unit in the
  • the coating device 1 shown in Fig. 1 shows a
  • downstream line 7.1 is a
  • Measuring unit 14 is arranged.
  • the pipeline section 10 from FIG. 1 is shown again in greater detail in FIG.
  • the pipeline section 10 of the device for coating surfaces of objects under a vacuum provided by a vacuum system by means of a gas separation process has a further process space 12 in the form of a pipeline with measuring stubs for receiving a measuring unit 14.
  • a flap valve or flapper 9 shown to the left of the further process space 12.
  • the vacuum pump 5 connects on the other side (to the right of the further process space 12 - not shown here).
  • a measuring unit 14 communicating with its interior via a bore 13 is attached to a wall of the further process space 12 and is shown in greater detail in FIG. 3.
  • This measuring unit 14 is preferably a gravimetric measuring unit.
  • the measuring unit 14 is used for (preferably gravimetric) detection of the coating thickness on the surface of the process space 12 in the area of the bore 13. In a manner not shown in FIG To clean process rooms or parts thereof by removing unwanted coating.
  • the measuring unit 14 comprises a strip-shaped one
  • Strain gauge which has two sensor fields 16 and 17, the output signals of which are connected to the control and evaluation unit via two pairs of measuring lines 18 and 19.
  • the strain gauge 15 is attached to a flat sheet metal element 20, which is held via a base plate 21 made of insulating material, which is fixed on an axially cut pipe end part 22 of a tubular support 23.
  • the two pairs of measuring lines 16 and 17 pass through the tubular carrier 23 and are from this via a
  • the measuring unit 14 is coupled to the further process room 12 via a flange tube 25 connected in a vacuum-tight manner to the wall of the further process room 12 so that its detection element 15 is in the area of the bore 13, but set back from the wall of the further process room 12 comes to rest, at this point the strength of a
  • Vacuum components are monitored permanently or continuously (dynamically) during the ongoing maintenance interval. This means that the remaining runtime (until maintenance) can be permanently compared with the planned runtime and, if necessary, even currently unnecessary maintenance activities can be identified and skipped or delayed.
  • the efficiency of the systems is increased by the present invention, since the achievement of the maximum tolerable load condition can be predicted and thus unplanned failures can be avoided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Beschichtung von Oberflächen von Gegenständen unter von einem Vakuumsystem bereitgestelltem Vakuum mittels eines Gasabscheideverfahrens, aufweisend Prozessräume (12), einschließlich mindestens einer Behandlungskammer zur Aufnahme der zu beschichtenden Gegenstände und mindestens eines mit der mindestens einen Behandlungskammer verbundenen weiteren Prozessraums (12) zur Durchleitung abzuscheidender Gase und/oder Ableitung von Anteilen nicht abgeschiedener Gasteilmengen, wobei in zumindest einem weiteren Prozessraum (12) eine Messeinheit (14) zur Erfassung der Beschichtungsstärke auf einer Oberfläche oder auf Abschnitten der Oberfläche der Prozessräume (12) angeordnet ist, wobei die Messeinheit (14) mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (30) verbindbar ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung von Oberflächen in Leitungswegen einer Vorrichtung (1) zur Beschichtung von Oberflächen von Gegenständen gemäß einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) bei dem die Messeinheit (14) als Messwert IST-Daten der Beschichtungsstärke auf einer Oberfläche des zumindest einen weiteren Prozessraums (12) erfasst und diese IST-Daten an eine Auswerteeinrichtung weitergegeben werden, in der diese IST-Daten mit SOLL-Daten verglichen werden.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Vakuum-Beschichtung von Oberflächen von
Gegenständen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung von
Oberflächen von Gegenständen unter von einem Vakuumsystem bereitgestellten Vakuum mittels eines Gasabscheideverfahrens, aufweisend Prozessräume, einschließlich einer Behandlungskammer zur Aufnahme der zu beschichtenden Gegenstände, insb. den inneren Oberflächen von Hohlkörpern, wie
Getränkebehälter, und mit der Behandlungskammer verbundene Prozessräume zum Bereitstellen abzuscheidender Gase/Gasgemische. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Überwachung von
Beschichtungsvorrichtungen und insb. deren inneren Gasraum- /Rohrleitungsoberflächen.
Als Gasabscheideverfahren für die Beschichtungsvorrichtung kommen
beispielsweise PVD, CVD, PCVD in Betracht.
Im Beschichtungsprozess werden nicht alle reaktiven Bestandteile in der
Beschichtungskammer und auf der zu beschichtenden Oberfläche der für die Beschichtung vorgesehenen Gegenstände umgesetzt. Diese aktivierte
Restgasmischung beschichtet innerhalb des Vakuumsystems ungewollt
Komponenten der Beschichtungsvorrichtung, wie etwa Pumpen, Verrohrungen, Flapper usw. Der Grad der ungewollten Beschichtung ist dabei von der
Oberflächengeometrie und der Behälterform (Flasche) des zu beschichtenden Gegenstands und dem eingesetzten Rezept abhängig.
Bislang werden Wartungsintervalle, in denen die Oberflächen der Komponenten und Prozessräume der Beschichtungsvorrichtung gereinigt werden, aus
Erfahrungswerten abgeleitet, ohne die tatsächliche Verschmutzung durch ungewollte Beschichtung zu berücksichtigen. Im Zweifel ist eine Vorhersage gar nicht möglich und die Anlage muss sehr frühzeitig gewartet und gereinigt oder bis zu einem unerwarteten Stillstand betrieben werden.
Dies ist insbesondere bei Beschichtungsanlagen mit stark bzw. häufig wechselnden Rezepten für Gasgemische ein großer Nachteil und Unsicherheitsfaktor. Es besteht deshalb ein Bedarf an der Ermittlung der Notwendigkeit von mit der Abtragung ungewollter Beschichtungen einhergehender Wartung von
Beschichtungsvorrichtungen der eingangs genannten Art ohne die Notwendigkeit, die gesamte Vorrichtung deaktivieren und inspizieren zu müssen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, eine
Beschichtungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die
Ermittlung der Notwendigkeit von mit der Abtragung ungewollter Beschichtungen einhergehender Wartung der Beschichtungsvorrichtung gewährleitstet, ohne die Notwendigkeit, die gesamte Vorrichtung deaktivieren zu müssen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Demnach stellt die Erfindung eine Vorrichtung zur Beschichtung von Oberflächen von Gegenständen unter von einem Vakuumsystem bereitgestelltem Vakuum mittels eines Gasabscheideverfahrens zur Verfügung, aufweisend Prozessräume, einschließlich mindestens einer Behandlungskammer zur Aufnahme der zu beschichtenden Gegenstände und mit der mindestens einen Behandlungskammer verbundenen mindestens einen weiteren Prozessraum zur Durchleitung
abzuscheidender Gase und/oder Ableitung von Anteilen nicht abgeschiedener Gasteilmengen. In zumindest einem weiteren Prozessraum ist eine Messeinheit zur Erfassung der Beschichtungsstärke auf einer Oberfläche oder auf Abschnitten der Oberfläche der Prozessräume angeordnet, wobei die Messeinheit mit einer Steuer- und Auswerteeinheit verbindbar ist. Bevorzugt ist die Steuer- und Auswerteeinheit eingerichtet, die Notwendigkeit und/oder den Zeitpunkt zu ermitteln, die Oberflächen des zumindest einen weiteren Prozessraums oder der Behandlungskammer durch Entfernen ungewollter Beschichtung zu reinigen. Besonders bevorzugt ist die Steuer- und Auswerteeinheit eingerichtet, einen IST-Belegungsgrad oder Verlauf eines IST-Belegungsgrades auszuwerten, insb. gegenüber einem SOLL- Belegungsgrad oder SOLL-Verlauf eines Belegungsgrades.
Vorliegend soll als Prozess raum jeglicher Innenraum der Vorrichtung gelten, der im bestimmungsgemäßen Betrieb mindestens zeitweise mit einem Vakuum
beaufschlagt wird und in welchen das abzuscheidende Gas geleitet wird. Als Prozessraum gilt somit bevorzugt insbesondere die eigentliche
Behandlungskammer, in der mindestens ein Gegenstand beschichtet werden kann, und die hieran angeschlossenen Vakuumleitungen, die mit einer oder mehreren Vakuumpumpen verbunden sind, um den nötigen Prozessdruck (Vakuum) einzustellen und/oder Gase durchzuleiten.
Die zu beschichtenden Oberflächen von Gegenständen sind bevorzugt innere Oberflächen von Hohlkörpern, wie beispielsweise Behälter, insbesondere Flaschen, bevorzugt Plastikflaschen. Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung eingerichtet, Innenwandungen von Flaschen, insb. PET-Flaschen zu beschichten.
Ein Gasabscheideverfahren ist bspw. ein PVD- (Physical Vapor Deposition), ein CVD- (Chemical Vapor Deposition = chemische Gasphasenabscheidung) oder ein PCVD-Verfahren (Plasma (assisted) Chemical Vapor Deposition). Diese Verfahren werden unter Vakuum durchgeführt.
Die in den verbundenen Prozessräumen bereitstellbaren Gase können Gase oder Gasgemische sein. Unter Gasen werden hier Gase aus einer chemischen
Verbindung oder einem chemischen Element verstanden. Gasgemische sind Gase aus mindestens zwei verschiedenen chemischen Elementen oder chemischen Verbindungen. Eine Dampfphase wird vorliegend auch synonym als Gas
bezeichnet, es sei denn, etwas Abweichendes wird ausdrücklich erwähnt. Bevorzugt sind auch Gasgemische homogene Stoffgemische.
Die Abscheidungsrate wird bevorzugt im laufenden Prozess gemessen und erlaubt dadurch Vorhersagen über den Verschmutzungsgrad einzelner Komponenten ohne das Vakuumsystem zu öffnen.
Ferner gewährleistet die vorliegende Erfindung eine Langzeit- Inline- Messung ungewollter Beschichtung. Dadurch wird eine aussagekräftige Vorhersage der Wartungsintervalle von Prozesspumpen, Flappern (Regelklappen),
Vakuumverrohrung usw. gewährleistet. Dadurch kann die Restlaufzeit (bis zur Wartung) permanent mit der geplanten Laufzeit abgeglichen werden und ggf. sogar momentan unnötige Wartungstätigkeiten identifiziert und übersprungen oder verzögert werden.
Schließlich wird durch die erfindungsgemäße Überwachung der Abscheidungsrate der ungewollten Abscheidung die Effizienz der Beschichtungsvorrichtung gesteigert, da das Erreichen des maximal tolerierbaren Beanspruchungszustands vorhergesagt werden kann. Dadurch wird auch gewährleistet, dass ungeplante Ausfälle
vermieden werden können. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, die Messeinheit in einem Bereich der weiteren Prozessräume anzuordnen, der zugänglich ist, ohne das gesamte Vakuumsystem der Beschichtungsvorrichtung öffnen zu müssen.
Bevorzugt ist dabei eine Vorrichtung vorgesehen, bei der die Messeinheit in einem Bypass, in einem abtrennbaren Raum oder Leitungsabschnitt, in einer
Vakuumleitung des Vakuumsystems, in einer Zuleitung zur Behandlungskammer oder in eine Ableitung von der Behandlungskammer angeordnet ist.
Bevorzugt ist dieser Ort, an dem die Messeinheit angeordnet ist, absperrbar, so dass die Messeinheit bzw. das Sensorelement im laufenden Betrieb ausgetauscht werden kann. Dies wird bevorzugt erreicht durch beidendige bzw. beidseitige Ventile und geeignete Öffnungs-/Entnahmemaßnahmen, die gewährleisten, dass nicht das gesamte Vakuumsystem geöffnet werden muss.
Andere für diesen Zweck geeignete Orte der Beschichtungsanlage können in Betracht gezogen werden, solange bevorzugt gewährleistet ist, dass die
Messeinheit dort zugänglich ist, ohne das gesamte Vakuumsystem der
Beschichtungsvorrichtung öffnen zu müssen.
Die erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Messeinheit umfasst bevorzugt ein Beschichtungsstärke-Erfassungselement, das einen Sensorabschnitt aufweist und der Sensorabschnitt einen Dehnungsmessstreifen und/ oder
Widerstandsmessstreifen und/ oder kapazitiven Sensormessstreifen und/ oder Magnetinduktionsmessstreifen umfasst. Bevorzugt sind für dieses Element alle Sensoren unterschiedlicher Bauart geeignet, insbesondere wenn diese soweit miniaturisiert sind, dass sie ohne größeren Platzbedarf an geeigneten Stellen bzw. Bereichen der Beschichtungsvorrichtung zum Einsatz kommen können. Dazu gehören bevorzugt Sensoren zur Messung von Schichtdicken nichtmetallischer Beschichtungen auf metallischem Untergrund gemäß dem magnet-induktiven Prinzip und Sensoren, die das Wirbelstromprinzip zur Messung isolierender
Schichten auf Nicht-Eisen-Metallen (Beschichtung auf metallischem Trägermaterial) verwenden. Besonders geeignet sind vorliegend Beschichtungsstärke-Sensoren bzw. -Erfassungselemente, die in Streifenform realisierbar sind, wie etwa
Dehnungsmessstreifen, Widerstandsmessstreifen , kapazitive Sensormessstreifen und/oder Magnetinduktionsmessstreifen. Besonders bevorzugt ist die Messeinheit eine gravimetrische Messeinheit, d.h. eine Messeinheit, die die Gewichtsdifferenz der Ablagerung, insbesondere auf dem Sensor der Messeinheit, berücksichtigt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Messeinheit einen Träger- und Verschlussabschnitt und einen Sensorabschnitt, wobei der Sensorabschnitt mit dem T räger- und Verschlussabschnitt zerstörungsfrei verbind- und lösbar kombinierbar ist. Bevorzugt ist der Sensorabschnitt einsteckbar ausgebildet. Dadurch ist es möglich, den Sensorabschnitt allein zur Auswertung zu entnehmen und durch einen neuen zu ersetzen, ohne die gesamte Messeinheit austauschen zu müssen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Sensorabschnitt eine Messzunge und einen I nterface-Absch n itt auf, über den die Verbindung zum Träger- und Verschlussabschnitt herstellbar ist. So ist es möglich, bei Entnahme des
Sensorabschnitts lediglich einen mit der Messzunge verbundenen Interface- Abschnitt entnehmen zu müssen und keine weiteren Elemente der Messeinheit.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine Vorrichtung vorgesehen, bei der die Messeinheit einen Transponder aufweist, mit dem Daten und/oder Signale aus der Steuer- und Auswerteeinheit drahtlos an eine Empfangsstation übertragbar sind. Ein solcher Transponder kann bevorzugt ein Funksender sein oder auf RFID- Technologie basieren.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine Vorrichtung vorgesehen, bei der die Messeinheit in eine Rohrleitung des Vakuumsystems hineinragt. Durch die Messung in einer Rohrleitung des Vakuumsystems wird ein kritischer Teil der
Beschichtungsvorrichtung überwacht.
Besonders vorteilhaft ist eine Messeinheit, die einen Träger für das bevorzugt streifenförmige Beschichtungsstärke-Erfassungselement umfasst, das an einer Vakuumdurchführung angebracht ist, wobei die Vakuumdurchführung mit einem Flanschrohr verbindbar ist, der in eine Bohrung in der Wandung des zumindest einen weiteren Prozessraums ausmündet, und wobei das Beschichtungsstärke- Erfassungselement im Bereich der Bohrung zu liegen kommt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Überwachung von Oberflächen in Leitungswegen einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Beschichtung von Oberflächen von Gegenständen, bei dem die Messeinheit als Messwert IST-Daten der Beschichtungsstärke auf einer Oberfläche des zumindest einen weiteren Prozessraums erfasst und diese IST-Daten an eine Auswerteeinrichtung weitergegeben werden, in der diese IST-Daten mit SOLL- Daten verglichen werden.
Die Messeinheit erfasst hierbei als Messwerte IST-Daten in Abhängigkeit des eingesetzten Sensors. Diese Messwerte lassen einen Rückschluss auf die
Beschichtungsdicke in dem Bereich, in dem die Messeinheit eingesetzt ist und damit den benachbarten Leitungen bzw. Prozessräumen zu.
Die SOLL-Daten werden bevorzugt vorgegeben und entsprechen den Messwerten bzw. den daraus abgeleiteten Beschichtungsdicken. Die SOLL-Daten sind bevorzugt vorgebbar und können bevorzugt auch angepasst werden. Eine
Anpassung kann bevorzugt in Abhängigkeit von gewählten Rezepturen,
Standzeiten, Einsatzzeiten oder Erfahrungswerten aus parallel betriebenen
Messeinheiten, entweder in derselben Vorrichtung oder in einer parallel betriebenen Vorrichtung, erfolgen.
Die Auswerteeinheit umfasst bevorzugt einen Komparator, mit dem die IST-Daten und die SOLL-Daten miteinander verglichen werden. Bevorzugt umfassen die IST- Daten auch einen Zeitstempel, so dass aus der Anzahl von ermittelten IST-Daten ein Gradient über die Zeit ermittelt werden kann. Dieser kann herangezogen werden, um zukünftige Beschichtungsszenarien zu prognostizieren.
Bevorzugt erfolgt der Vergleich der IST-Daten mit den SOLL-Daten kontinuierlich oder sequentiell. Zur Messung der Beschichtungsdicke in laufenden Anlagen kann es bevorzugt ausreichen einen Vergleich täglich durchzuführen. Bevorzugt wird das Intervall, in dem der Vergleich erfolgt, in Abhängigkeit des Gradienten der in der Vergangenheit ermittelten IST-Daten vorbestimmt. So ist es möglich, bei einer frisch gereinigten Vorrichtung einen Vergleich in drei Tagen vorzunehmen, während bei einem Gradienten, der ein baldiges Erreichen der SOLL-Daten möglich erscheinen lässt, ein engeres Intervall vorgegeben wird.
Besonders bevorzugt erfolgt der Vergleich der IST-Daten mit den SOLL-Daten kontinuierlich und wird drahtlos an eine Auswerteeinheit übergeben und dort kontinuierlich ausgewertet. Besonders bevorzugt wird die Entwicklung der IST- Daten über die Zeit in Korrelation mit den auf der Vorrichtung gefahrenen
Beschichtungsprozessen gebracht. Dadurch ist es möglich, besonders kritische Verfahren zu identifizieren, bei denen ein höherer Gradient der IST-Daten auftritt als bei anderen Verfahren. Diese Erkenntnisse können bei Berücksichtigung der zukünftig auf der Vorrichtung zu fahrenden Beschichtungsprozesse für eine
Prognose der Beschichtungsstärke genutzt werden.
Bevorzugt wird bei vorbestimmten Konstellationen beim Vergleich der IST-Daten mit den SOLL-Daten ein Signal erzeugt, mit dem eine Meldung, insbesondere eine Fehlermeldung oder eine Warnmeldung generiert wird. Diese Konstellation kann bevorzugt frei definiert werden und für vorbestimmte Beschichtungsdicken wie beispielsweise 80% der als maximal erreichbaren Beschichtungsdicke vor einer Reinigung für eine Warnmeldung oder bei 95% für eine Fehlermeldung gewählt werden.
Bevorzugt werden in Abhängigkeit vom Gradienten des Messwertes über die Zeit Wartungs- und/oder Abschaltzeitpunkte prognostiziert und bevorzugt auch gemeldet.
Bevorzugt wird an mehreren Orten gemessen und abschnittsweise werden
Meldungen zum Wartungs- und/oder Reinigungsbedarf gemeldet und/oder es wird eine Abschaltung prognostiziert. Durch das Messen an mehreren Orten in der Vorrichtung ist es möglich, die Beschichtungssituation an mehreren ausgewählten Orten zu berücksichtigen und miteinander zu vergleichen. So wird ein genaueres Bild von der Beschichtungssituation ermittelt und es werden einzelne (teil-)defekte Messeinheiten oder Sensorelemente durch Redundanz kompensiert sowie auch identifiziert. Außerdem kann die Anfälligkeit für Beschichtungen an den
verschiedenen Orten unterschiedlich sein und dieser Unterschied auch ermittelt und für die Prognose genutzt werden.
Bevorzugt wird die Messeinheit, insbesondere der Sensorabschnitt, entnommen und außerhalb der Vorrichtung zur Beschichtung von Oberflächen von
Gegenständen ausgewertet. Durch das einfache Ein- und Ausstecken des
Sensorelements ist es möglich, dieses zu wechseln und das beladene
Sensorelement extern auszulesen. Besonders bevorzugt wird das alte, beladene Sensorelement anschließend aufgearbeitet, um wieder verwendet werden zu können.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Doppelbeschichtungskammer für Behälter sowie die zu- und ableitenden Vakuum- und Gasleitungen,
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Rohrleitungsabschnitts der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung, in der eine Messeinheit angeordnet ist, und
Fig. 3 eine Draufsicht einer Ausführungsform der Messeinheit in dem
Rohrleitungsabschnitt von Fig. 2.
Die in Fig. 1 gezeigte Beschichtungsvorrichtung 1 zeigt eine
Doppelbeschichtungskammer 6 für Behälter 2 sowie zu- und ableitende Vakuum- und Gasleitungen 7.1 bis 7.6. In der ableitenden Leitung 7.1 ist ein
Rohrleitungsabschnitt 10 vor einer Vakuumpumpe 5 gezeigt, in dem eine
Messeinheit 14 angeordnet ist.
Dieser Rohrleitungsabschnitt 10 aus Fig. 1 ist in Fig. 2 nochmals detaillierter gezeigt. Der Rohrleitungsabschnitt 10 der Vorrichtung zur Beschichtung von Oberflächen von Gegenständen unter von einem Vakuumsystem bereit gestellten Vakuum mittels eines Gasabscheideverfahrens weist einen weiteren Prozessraum 12 in Form einer Rohrleitung mit Messstutzen zur Aufnahme einer Messeinheit 14 auf. In Verbindung mit diesem weiteren Prozessraum 12 steht ein Klappenventil bzw. Flapper 9 (links von dem weiteren Prozess raum 12 dargestellt). Auf der anderen Seite schließt sich die Vakuumpumpe 5 an (rechts von dem weiteren Prozessraum 12 - hier nicht gezeigt).
An einer Wandung des weiteren Prozessraums 12 ist eine mit dessen Innenraum über eine Bohrung 13 kommunizierende Messeinheit 14 angebracht, die in Fig. 3 in größerem Detail gezeigt ist. Diese Messeinheit 14 ist bevorzugt eine gravimetrische Messeinheit. Die Messeinheit 14 dient zur (bevorzugt gravimetrischen) Erfassung der Beschichtungsstärke auf der Oberfläche des Prozessraums 12 im Bereich der Bohrung 13. In Fig. 2 nicht gezeigter Weise ist die Messeinheit 14 mit einer Steuer- und Auswerteeinheit zur Ermittlung der Notwendigkeit verbunden, die Oberflächen der Prozessräume oder Teile hiervon durch Entfernen ungewollter Beschichtung zu reinigen. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, umfasst die Messeinheit 14 ein streifenförmiges
Beschichtungsstärke-Erfassungselement 15 in Gestalt eines
Dehnungsmessstreifens, der zwei Sensorenfelder 16 und 17 aufweist, deren Ausgangssignale über jeweils zwei Messleitungspaare 18 und 19 mit der Steuer- und Auswerteeinheit verbunden sind. Der Dehnungsmesstreifen 15 ist auf einem flachen Blechelement 20 angebracht, das über eine Basisplatte 21 aus isolierendem Material gehaltert ist, die auf einem axial aufgeschnitten Rohrendteil 22 eines rohrförmigen T rägers 23 festgelegt ist. Die beiden Messleitungspaare 16 und 17 durchsetzen den rohrförmigen Träger 23 und sind aus diesem über eine
Vakuumdurchführung 24 herausgeführt.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Messeinheit 14 über ein mit der Wandung des weiteren Prozessraums 12 vakuumdicht verbundenes Flanschrohr 25 an den weiteren Prozessraum 12 so angekoppelt, dass sein Erfassungselement 15 im Bereich der Bohrung 13, jedoch zurückgesetzt von der Wandung des weiteren Prozessraums 12 zu liegen kommt, um an dieser Stelle die Stärke einer
ungewollten Beschichtung auf der Oberfläche des weiteren Prozessraums 12 zu ermitteln.
Durch die Messung der Beschichtungsdicke kann der Zustand der
Vakuumkomponenten permanent bzw. im laufenden Wartungsintervall kontinuierlich (dynamisch) überwacht werden. Damit kann die Restlaufzeit (bis zur Wartung) permanent mit der geplanten Laufzeit abgeglichen werden und ggf. sogar momentan unnötige Wartungstätigkeiten identifiziert und übersprungen oder verzögert werden.
Die Effizienz der Anlagen wird durch die vorliegende Erfindung gesteigert, da dadurch das Erreichen des maximal tolerierbaren Beanspruchungszustands vorhergesagt werden kann und damit ungeplante Ausfälle vermieden werden.
Bezugszeichenliste
1 Beschichtungsvorrichtung
2 Flasche, Hohlkörper
5 Vakuumpumpe
6 Doppelbeschichtungskammer für Behälter
7 zu- und ableitende Vakuum- und Gasleitungen
9 Klappenventil bzw. Flapper (Regelklappe)
10 Rohrleitungsabschnitt
12 weiterer Prozessraum (bspw. Rohrabschnitt mit Messstutzen)
13 Bohrung
14 Messeinheit
15 Beschichtungsstärke-Erfassungselement
16 Sensorenfeld
17 Sensorenfeld
18 Messleitungspaar
19 Messleitungspaar
20 Blechelement
21 Basisplatte
22 Rohrendteil
23 Träger
24 Vakuumdurchführung
25 Flanschrohr

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Beschichtung von Oberflächen von Gegenständen unter von einem Vakuumsystem bereitgestelltem Vakuum mittels eines
Gasabscheideverfahrens, aufweisend
Prozessräume (12),
einschließlich mindestens einer Behandlungskammer zur Aufnahme der zu beschichtenden Gegenstände
und mindestens eines mit der mindestens einen Behandlungskammer verbundenen weiteren Prozessraums (12) zur Durchleitung abzuscheidender Gase und/oder Ableitung von Anteilen nicht abgeschiedener Gasteilmengen,
dadurch gekennzeichnet dass in zumindest einem weiteren Prozessraum (12) eine Messeinheit (14) zur Erfassung der Beschichtungsstärke auf einer Oberfläche oder auf Abschnitten der Oberfläche der Prozessräume (12) angeordnet ist, wobei die Messeinheit (14) mit einer Steuer- und Auswerteeinheit verbindbar ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Messeinheit (14) ein Beschichtungsstärke-Erfassungselement (15) umfasst, das einen Sensorabschnitt aufweist und der Sensorabschnitt einen
Dehnungsmessstreifen und/ oder Widerstandsmessstreifen und/ oder kapazitiven Sensormessstreifen und/ oder Magnetinduktionsmessstreifen umfasst.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (14) einen T räger- und Verschlussabschnitt und einen Sensorabschnitt umfasst, wobei der Sensorabschnitt mit dem Träger- und Verschlussabschnitt zerstörungsfrei verbind- und lösbar kombinierbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass der
Sensorabschnitt eine Messzunge und einen Interface-Abschnitt aufweist, über den die Verbindung zum T räger- und Verschlussabschnitt herstellbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Messeinheit (14) einen Transponder aufweist, mit dem Daten und/oder Signale aus der Steuer- und Auswerteeinheit drahtlos an eine Empfangsstation übertragbar sind.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (14) in einem Bereich des mindestens einem weiteren Prozessraumes (12) angeordnet ist, der zugänglich ist, ohne das gesamte Vakuumsystem öffnen zu müssen.
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (14) angeordnet ist
- in einem Bypass,
- in einem abtrennbaren Raum oder Leitungsabschnitt,
- in einer Vakuumleitung (7) des Vakuumsystems,
- in einer Zuleitung zur Behandlungskammer oder
- in einer Ableitung von der Behandlungskammer.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch
gekennzeichnet, dass die Messeinheit (14) in eine Rohrleitung des Vakuumsystems hineinragt.
9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (14) einen Träger (23) für das Beschichtungsstärke- Erfassungselement (15) umfasst, das an einer Vakuumdurchführung (24) angebracht ist, wobei die Vakuumdurchführung (24) mit einem Flanschrohr (25) verbindbar ist, das in eine Bohrung (13) in der Wandung des mindestens einen weiteren Prozessraums (12) ausmündet, und wobei das Beschichtungsstärke- Erfassungselement (15) im Bereich der Bohrung (13) anordbar ist.
10. Verfahren zur Überwachung von Oberflächen in Leitungswegen einer Vorrichtung (1) zur Beschichtung von Oberflächen von Gegenständen nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei dem die Messeinheit (14) als Messwert IST- Daten der Beschichtungsstärke auf einer Oberfläche des zumindest einen weiteren Prozessraums (12) erfasst und diese IST-Daten an eine Auswerteein richtung weitergegeben werden, in der diese IST-Daten mit SOLL-Daten verglichen werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Vergleich der IST-Daten mit den SOLL-Daten kontinuierlich oder sequentiell erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , bei dem bei vorbestimmten
Konstellationen beim Vergleich der IST-Daten mit den SOLL-Daten ein Signal erzeugt wird, mit dem eine Meldung, insbesondere eine Fehlermeldung oder eine Warnmeldung, generiert wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Gradienten des Messwertes über die Zeit Wartungs und/oder Abschaltzeitpunkte prognostiziert werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an mehreren Orten gemessen wird und abschnittsweise Meldungen zum Wartungs- und/oder Reinigungsbedarf gemeldet werden und/oder eine Abschaltung prognostiziert wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit, insbesondere der Sensorabschnitt, entnommen wird und außerhalb der Vorrichtung (1) zur Beschichtung von Oberflächen von
Gegenständen ausgewertet wird.
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