EP4179125A1 - Beschichtungsvorrichtung zum ablagern eines beschichtungsmaterials auf einem substrat - Google Patents

Beschichtungsvorrichtung zum ablagern eines beschichtungsmaterials auf einem substrat

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EP4179125A1
EP4179125A1 EP21737574.0A EP21737574A EP4179125A1 EP 4179125 A1 EP4179125 A1 EP 4179125A1 EP 21737574 A EP21737574 A EP 21737574A EP 4179125 A1 EP4179125 A1 EP 4179125A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spray head
vacuum chamber
coating device
injector tube
coating material
Prior art date
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Pending
Application number
EP21737574.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Janine-Christina SCHAUER-PASS
Christian Schwerdt
Michael Strack
Maurizio Giorgio
Slavcho Topalski
Axel Zwick
Teja Roch
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP4179125A1 publication Critical patent/EP4179125A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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    • B05B7/224—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc using an arc the material having originally the shape of a wire, rod or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • 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
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C23C14/325—Electric arc evaporation
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    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • 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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/131—Wire arc spraying

Definitions

  • Coating device for depositing a coating material on a substrate
  • the invention is directed to a coating device for depositing a coating material on a substrate, the coating device having a vacuum chamber, a crucible which is arranged within the vacuum chamber, at least one spray head for preparing the coating material and an injector tube arranged within the vacuum chamber, wherein the injector tube that processed in the least one spray head
  • Coating material is formed conductive to the crucible and connected to the crucible.
  • a coating device of the type mentioned above is known, for example, from WO 2016/042079 A1.
  • two wires are continuously supplied as coating material, with the coating material reaching a spray head in which the two material wires form a cathode and an anode and are connected to an electrical DC voltage source, so that an electric arc is formed between the two material wires , whereby the supplied coating material is vaporized and/or liquefied in the form of the two material wires.
  • a gas stream is also supplied to the spray head, which entrains the vaporized or liquefied coating material via an injector tube into a crucible.
  • the coating material conveyed into the crucible then evaporates completely within the heated crucible and is conveyed out of the crucible onto the substrate to be coated, which substrate can be a steel strip, for example.
  • the coating process takes place in a vacuum chamber at pressures well below atmospheric pressure.
  • the object of the invention is to provide a solution that provides an improved coating device in a structurally simple manner, by means of which the effort involved in maintaining and replacing a spray head can be reduced and operational interruptions can be reduced to a minimum.
  • the injector tube is designed to conduct the coating material processed in the at least one spray head to the crucible and is connected to the crucible, with the at least one spray head having an outlet opening for the processed coating material and between an operating position in which the at least one spray head Tube is arranged supplying the processed coating material, and a removal position movable is trained.
  • At least one removal chamber is provided which is accessible from outside the vacuum chamber and can be sealed from the vacuum chamber and in which at least the outlet opening of the at least one spray head is arranged in a gas-tight manner in the removal position of the spray head from the vacuum chamber.
  • the crucible is designed to keep the coating material warm and, if necessary, to re-evaporate it, with the actual heating of the coating material taking place in at least one spray head. In its operating position, the at least one spray head seals against the injector tube in a vapor-tight manner.
  • the invention provides a coating device which is characterized by a simple construction and which makes it possible to remove a spray head from a coating device in a comparatively short time and with simple means and, for example, to replace it with a new spray head. Due to the fact that the at least one spray head is arranged in its removal position within the removal chamber and separated from the vacuum chamber in a gas-tight manner, this spray head can be removed for repair and maintenance purposes from the removal chamber accessible from outside the vacuum chamber while the coating device is in operation without interrupting the vacuum in the vacuum chamber .
  • the invention provides in an embodiment that the at least one spray head has at least one coating material supply and at least one gas supply, wherein in the operating position of the at least one spray head the at least one coating material supply and the at least one Gas supply are formed passed through a vacuum passage from outside the vacuum chamber into the vacuum chamber. With the help of the vacuum feedthrough, the various feeds are consequently routed from outside the vacuum chamber through the vacuum feedthrough into the vacuum chamber to the spray head.
  • the movable design of the at least one spray head is realized in that the at least one spray head is attached to a flange which is connected to a wall section of the vacuum chamber via a bellows-like connecting element.
  • the bellows-like connecting element forms the at least one removal chamber.
  • the connecting element In the extended or unfolded state of the bellows-like connecting element, the connecting element itself offers sufficient space to be able to accommodate the spray head which is to be accessed for reasons of maintenance or replacement.
  • the embodiment provides that in the removal position the at least one spray head is arranged completely within the bellows-like connecting element.
  • the bellows-like connecting element is elastic and designed in the manner of a hose that folds together like an accordion.
  • a chamber wall element forms the at least one removal chamber and seals it by means of a sealing element against the at least one spray head that can be moved from the operating position into the removal position and back.
  • the sealing element can be an O-ring, for example.
  • the at least one spray head is attached to a flange at its longitudinal end facing away from the outlet opening, with the vacuum passage being formed on the flange.
  • the vacuum leadthrough can be formed on the flange.
  • the flange can be connected to a wall section of the vacuum chamber via the bellows-like connecting element.
  • the vacuum leadthrough is formed and arranged within the at least one spray head.
  • the removal chamber is arranged and formed lying inside or outside the vacuum chamber.
  • the at least one spray head is attached to the flange, with the at least one spray head being arranged completely inside the bellows-like connecting element in the removal position.
  • the spray head can consequently be moved between its operating position and its removal position via the flange, which is consequently attached to the vacuum chamber in a movable manner via the bellows-like connecting element.
  • the invention provides in a further embodiment that a shut-off device is arranged inside the vacuum chamber so that it can move between a release position and a blocking position, wherein in the Blocking position, the blocking device separates the at least one spray head arranged in its removal position from the vacuum chamber in a gas-tight manner.
  • the invention provides that the at least one extraction chamber has an aeration valve.
  • the removal chamber in which the spray head to be serviced or replaced is located can be flooded with an inert gas, for example, so that the cooled spray head can then be removed.
  • the injector tube through which the vaporized or melted coating material is passed from the spray head to the crucible, is the in operation
  • the predetermined temperature can be, for example, a temperature above the condensation temperature of the coating material supplied.
  • the injector tube is made of a high-temperature-resistant material, such as graphite, and for reasons of
  • the invention provides that the refractory material can be graphite or ceramic.
  • a particularly compact design of the coating device according to the invention is given in a further embodiment in that the at least one spray head protrudes at least in sections into the injector tube in its operating position and the at least one spray head when moving out of the operating position in the direction of the removal position coaxially in the Injector tube is designed to be movable and guided in a gas-tight manner.
  • the injector tube has a shut-off valve which is switched between a release position and a blocking part is designed to be movable, the shut-off valve blocking a flow through the injector pipe in the blocking part. In this way, in particular, contamination of the vacuum chamber with material to be evaporated is avoided. It is advantageous if the shut-off valve is made from a material that is resistant to high temperatures.
  • the at least one spray head can be arranged at least in sections within the injector tube in the blocking position of the shut-off valve.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a coating device with a spray head arranged in an operating position
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the coating device with the spray head arranged in an intermediate position
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the coating device with the spray head arranged in a removal position
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a further coating device with a spray head arranged in an operating position.
  • FIGS. 1 to 3 show in a schematic manner a coating device 1 according to the invention for depositing a coating material on a substrate, which substrate can be a strip-shaped material made of steel.
  • a wire-like material is fed to the coating device 1 via coating material feeds 2 and 3, for example with the aid of drive rollers not shown in the figures, in such a way that an arc can form between the two supplied strands of the wire-like material if an electric direct current source is used to supply a wire via the Coating material supply 2 supplied strand of material is designed as a cathode and a material strand supplied via the coating material supply 3 is designed as an anode, whereby the front ends are vaporized and/or at least melted.
  • a gas stream is fed in, through which the vaporized and/or melted coating material is introduced through an injector tube 5 into a crucible 6, which can be heated, for example, by inductive heating and which can be thermally insulated to avoid heat losses can.
  • the substrate to be coated is moved at a small distance from the opening of the crucible 6 at a suitable feed rate, so that the vaporized coating material impinges on the surface of the substrate to be coated.
  • the unit with which the coating material is processed and forwarded to the injector tube 5 is designed as a spray head 7, which the gas supply 4 and has the coating material feeds 2 and 3. Furthermore, the spray head 7 designed for preparing the coating material can have heating, cooling and a nozzle conducting the prepared coating material into the injector tube 5, a cathode and an anode or an electrical DC voltage source.
  • the spray head 7 should have the elements that are required to form an arc and gas flow, with the elements for the supply of coating material in wire or strip form also being able to be part of the spray head 7 .
  • the injector tube 5 is heated to a predetermined temperature, the predetermined temperature being, for example, a temperature above the condensation temperature of the coating material supplied. Therefore, the injector tube 5 can be made of a high-temperature-resistant material, preferably graphite. For reasons of material compatibility, it may be necessary to cover the surfaces of the graphite that are in contact with gas or melt with ceramic layers or to make them entirely out of ceramic.
  • the coating material feeds 2 and 3 and the gas feed 5 are connected by means of a vacuum duct 18 from the atmosphere outside the vacuum chamber 8 into the vacuum or
  • the coating material feeds are 2 and 3 and the gas feed is 5 via the vacuum bushing 18 from outside the vacuum chamber 8 into the vacuum chamber 8 .
  • the gas feed is 5 via the vacuum bushing 18 from outside the vacuum chamber 8 into the vacuum chamber 8 .
  • This flange 9 is arranged outside of the vacuum chamber 8 and is connected to a wall section 11 of the vacuum chamber 8 via a connecting element 10 in the manner of a bellows.
  • the spray head 7 is attached to the flange 9, the flange 9 in turn being connected to the vacuum chamber 8 via the connecting element 10, which is designed in the manner of a bellows.
  • the connecting element 10 embodied in the manner of a bellows is attached to a passage opening of the vacuum chamber 8 so that the spray head 7 attached to the flange 9 can be moved freely within the vacuum chamber 8 .
  • the spray head 7 is arranged in an operating position in which the spray head 7 is arranged to supply the injector tube 5 with the prepared coating material.
  • the outlet opening 17 of the spray head 7, which is designed like a nozzle, i.e. the part of the spray head 7 that faces the injector tube 5, protrudes into the injector tube 5, with the outlet opening 17 of the spray head 7 or the spray head 7 even in the injector tube 5 can move coaxially.
  • the spray head 7 is guided in a gas-tight manner within the injector tube 5 and is pushed as far as possible into the injector tube 5 during operation of the coating device 1 . Consequently, the injector pipe 5 connects the spray head 7 to the crucible 6 in a gas-tight manner when the spray head 7 is arranged in the operating position.
  • the spray head 7 is first switched off by shutting off the gas supply via the gas supply 4 and the spray head 7 is no longer supplied with coating material via the coating material supplies 2 and 3, with additional the electric power supply must be switched off. Then a shut-off valve 14 is moved from a release position shown in FIG. 1 to a blocking position shown in FIG. The spray head 7 is then pulled out of the injector tube 5 for replacement, as shown in FIG. Consequently, for a removal of the spray head 7, the spray head 7 is arranged to remain in its operating position, which seals vapor-tightly against the injector tube 5, until the shut-off valve 14 is arranged in its blocking position. In FIG. 2, the spray head 7 is in an intermediate position, in which the spray head 7 is arranged lying outside the injector tube 5 . During this movement of the spray head 7, the bellows-like connecting element 10 is pulled apart, the spray head 7 sections within the
  • the injector tube 5 is equipped with the shut-off valve 14 which can be closed from the outside of the vacuum chamber 8 .
  • This shut-off valve 14, which is also made of a material that is resistant to high temperatures, serves to keep the hot steam and the liquid in the crucible 6, in order to avoid contamination of the vacuum chamber 8 with evaporating material.
  • the shut-off valve 14 arranged in its closed position or blocking position consequently blocks a flow through the injector tube 5 when the spray head 7 is arranged in its operating position or in its intermediate position or in a removal position, the shut-off valve 14 must be arranged in its blocking position before the spray head 7 is completely moved out of the injector tube 5.
  • the flange 9 and the spray head 7 arranged thereon are moved in a direction away from the crucible 6, whereby the spray head 7 is further retracted by further extending the bellows-like connector 10 as shown in FIG.
  • the spray head 7 is arranged in its removal position, in which the spray head 7 is arranged completely inside the bellows-like connecting element 10 .
  • the bellows-like connecting element 10 forms a removal chamber 12 in which the outlet opening 17 of the spray head 7 is arranged.
  • the removal chamber 12 is designed to be accessible from outside the vacuum chamber 8 .
  • the removal chamber 12 is formed outside the vacuum chamber 8.
  • FIG. it is also conceivable that the removal chamber 12 is formed and arranged within the vacuum chamber 8 .
  • the removal chamber 12 is designed to be sealable relative to the vacuum chamber 8 , with the spray head 7 being arranged in the removal chamber 12 in a gas-tight manner in its removal position relative to the vacuum chamber 8 .
  • a shut-off device 15 which is located, for example, on the wall section 11 of the vacuum chamber 8, is closed, with the shut-off device 15 being arranged in a blocked position (see Figure 3), whereas the shut-off device 15 is arranged in Figures 1 and 2 in a release position.
  • the shut-off device 15 serves to maintain the prevailing vacuum in the vacuum chamber 8 and is manufactured in such a way that it can withstand high pressure differences. This can be done as soon as the shut-off device 15 is closed and the spray head 7 and the vacuum chamber 8 are separated from one another in a gas-tight manner Bellows-like connecting element 10, in which the spray head 7 is located, are flooded by means of a ventilation valve 16 (preferably with an inert gas). As can be seen from FIGS. 1 to 3, the aeration valve 16 is arranged on the extraction chamber 12 .
  • the flange 9 can be detached from the bellows-like connecting element 10 or the bellows-like connecting element 10 can be detached from the vacuum chamber 4 so that the cooled spray head 7 can then be removed.
  • the coating device 1 is preferably equipped with at least two spray heads 7, so that one spray head 7 is always in operation while the other spray head 7 can be replaced.
  • the vacuum chamber 8 is ideally equipped with three spray heads 7, so that even if maintenance is required, one spray head 7 is still in operation.
  • Connecting element 10 is first evacuated.
  • the spray head 7 is then heated up and the shut-off device 15 and then the shut-off valve 14 are opened so that the spray head 7 can get out of the removal chamber 12 into the vacuum chamber 8 and can then be pushed into the injector tube 5 .
  • the spray head 7 Before the shut-off valve 14 is opened, the spray head 7 must already be arranged at least in sections within the injector tube 5, in which the spray head 7 is guided so that it can move coaxially and is gas-tight.
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment of the coating device 1 according to the invention, with the same reference numerals for the same components as for those in Figures 1 1 to 3 can be used and the above description with regard to the function and mode of operation also applies to the components of the alternative embodiment of FIG. 4, so that reference is made to the above description of these components.
  • the spray head 7 is arranged in its operating position, in which the spray head 7 is arranged in a gas-tight manner at least in sections within the injector tube 5 .
  • the embodiment of the coating device 1 shown in FIG. 4 does not have a vacuum passage formed on a flange. Rather, in the embodiment shown in FIG. 4, a vacuum passage 19 is arranged and formed in the spray head 7 .
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment of the coating device 1 according to the invention, with the same reference numerals for the same components as for those in Figures 1 1 1 to 3 can be used and the above description with regard to the function and mode of operation also applies to the components of the alternative embodiment of FIG. 4, so that reference is
  • a chamber wall element 20 forms the removal chamber 12 .
  • the chamber wall element 20 extends outside the vacuum chamber 8 on its wall section 11 at the passage opening of the vacuum chamber 8 .
  • the spray head 7 is designed to be movable into its operating position or into its removal position, with the sealing element 22 sealing the chamber wall element 20 and the outer wall 21 of the spray head 7 from one another.
  • the sealing element 22 can be designed as an O-ring, for example.
  • the outlet opening 17 is arranged within the removal chamber 12 in the embodiment shown in Figure 4, wherein the removal chamber 12 can also be formed within the vacuum chamber 8 if the chamber wall element 20 extends within the vacuum chamber 8.
  • the shut-off valve 14 is first closed and then the spray head 7 is moved to its removal position, in which the outlet opening 17 is arranged lying within the removal chamber 12.
  • the blocking device 15 is then moved into its blocking position so that the extraction chamber 12 is separated from the vacuum chamber 8 in a gas-tight manner in order to then flood the extraction chamber 12 via the ventilation valve 16, as has already been described for the embodiment of FIGS.
  • FIGS. 1 to 4 it follows from the description of FIGS. 1 to 4 that further embodiments are conceivable.
  • the vacuum passage can be formed inside the spray head 7 instead of on the flange 9, as is shown in FIG.
  • a flange is attached to the longitudinal end of the extrusion head 7 facing away from the outlet opening 17, in which case a vacuum passage is then arranged on the flange instead of a vacuum passage inside the extrusion head 7.
  • the coating device 1 having the vacuum chamber 8, the crucible 6, which is arranged inside the vacuum chamber 8, the spray head 7 for preparing the coating material and the injector tube 5 arranged inside the vacuum chamber 8, with more can be provided as a spray head 7 for a crucible 6.
  • the injector tube 5 is designed to conduct the coating material processed in the at least one spray head 7 to the crucible 6 and is connected to the crucible 6, with the at least one spray head 7 between the operating position in which the spray head 7 connects the injector tube 5 to the prepared coating material is arranged supplying, and a removal position is designed to be movable.
  • the coating device 1 also has the one designed to be accessible from outside the vacuum chamber 8 Removal chamber 12, which is designed to be sealable relative to the vacuum chamber 8 and in which the at least one spray head 7 is arranged in a gas-tight manner in its removal position relative to the vacuum chamber 8.
  • the coating device 1 has more than one vacuum chamber 8, in which case one or more crucibles 6 can be arranged in each individual vacuum chamber 8, each of which is equipped with at least one injector tube 5, in which Operation a spray head 7 is arranged.
  • the invention includes everything that is contained in the description and/or shown in the drawing, including what is obvious to a person skilled in the art that deviates from the specific exemplary embodiment.

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Abstract

Die Erfindung richtet sich auf eine Beschichtungsvorrichtung (1), aufweisend eine Vakuumkammer (8), einen Tiegel (6), wenigstens einen Spritzkopf (7) zum Aufbereiten des Beschichtungsmaterials und ein Injektor-Rohr (5), wobei das Injektor-Rohr (5) das aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Tiegel (6) leitend ausgebildet und mit dem Tiegel (6) verbunden ist, wobei der wenigstens eine Spritzkopf (7) zwischen einer Betriebsstellung, in welcher der Spritzkopf (7) das Injektor-Rohr (5) mit dem aufbereiteten Beschichtungsmaterial versorgt, und einer Entnahmestellung bewegbar ist, und wobei wenigstens eine von außerhalb der Vakuumkammer (8) zugänglich ausgebildete Entnahmekammer (12) vorgesehen ist, welche gegenüber der Vakuumkammer (8) abdichtbar ist und in welcher der wenigstens eine Spritzkopf (7) in seiner Entnahmestellung gegenüber der Vakuumkammer (8) gasdicht separiert angeordnet ist.

Description

Beschichtungsvorrichtung zum Ablagern eines Beschichtungsmaterials auf einem Substrat
Die Erfindung richtet sich auf eine Beschichtungsvorrichtung zum Ablagern eines Beschichtungsmaterials auf einem Substrat, wobei die Beschichtungsvorrichtung eine Vakuumkammer, einen Tiegel, welcher innerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist, wenigstens einen Spritzkopf zum Aufbereiten des Beschichtungsmaterials und ein innerhalb der Vakuumkammer angeordnetes Injektor-Rohr aufweist, wobei das Injektor-Rohr das in dem wenigsten einen Spritzkopf aufbereitete
Beschichtungsmaterial zu dem Tiegel leitend ausgebildet und mit dem Tiegel verbunden ist.
Eine Beschichtungsvorrichtung der vorstehend genannten Art ist zum Beispiel aus der WO 2016/042079 Al bekannt. Bei dieser bekannten Beschichtungsvorrichtung werden kontinuierlich zwei Drähte als Beschichtungsmaterial zugeführt, wobei das Beschichtungsmaterial zu einem Spritzkopf gelangt, bei welchem die beiden Materialdrähte eine Kathode und eine Anode bilden und an eine elektrische Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, so dass zwischen den beiden Materialdrähten ein elektrischer Lichtbogen ausgebildet ist, wodurch das zugeführte Beschichtungsmaterial in Form der beiden Materialdrähte verdampft und/oder verflüssigt wird. Dem Spritzkopf wird ferner ein Gasstrom zugeführt, welcher das verdampfte oder verflüssigte Beschichtungsmaterial über ein Injektor-Rohr in einen Tiegel mit sich reißt. Das in den Tiegel geförderte Beschichtungsmaterial verdampft dann vollständig innerhalb des beheizten Tiegels und wird aus dem Tiegel auf das zu beschichtende Substrat geleitet, wobei es sich bei dem Substrat beispielsweise um ein Stahlband handeln kann. Zur Gewährleistung der Sauerstofffreiheit findet der Beschichtungsprozess in einer Vakuumkammer bei Drücken deutlich unterhalb des Atmosphärendrucks statt.
Im Betrieb einer solchen bekannten Beschichtungsvorrichtung kann es passieren, dass ein Spritzkopf ausfällt und gewechselt werden muss, wobei auch eine regelmäßige Wartung eines Spritzkopfes erforderlich sein kann. Zur Entnahme eines Spritzkopfes aus der Vakuumkammer der Beschichtungsvorrichtung muss die komplette Beschichtungsvorrichtung angehalten, abgekühlt und komplett belüftet werden, was viel Zeit in Anspruch nimmt, sehr aufwendig ist und einen erheblichen Produktionsausfall nach sich zieht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lösung zu schaffen, die auf konstruktiv einfache Weise eine verbesserte Beschichtungsvorrichtung bereitstellt, durch welche der Aufwand der Wartung und des Austausches eines Spritzkopfes vermindert werden kann und Betriebsunterbrechungen auf ein Minimum reduziert werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Beschichtungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem Anspruch 1.
Die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung zum Ablagern eines Beschichtungsmaterials auf einem Substrat weist eine Vakuumkammer, einen oder mehrere zum Warmhalten und ggf. Nachverdampfen ausgebildete Tiegel, welcher innerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist, wenigstens einen zum Aufbereiten des Beschichtungsmaterials ausgebildeten Spritzkopf und ein innerhalb der Vakuumkammer angeordnetes Injektor-Rohr auf. Das Injektor-Rohr ist das in dem wenigsten einen Spritzkopf aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Tiegel leitend ausgebildet und mit dem Tiegel verbunden, wobei der wenigstens eine Spritzkopf eine Austrittsöffnung für das aufbereitete Beschichtungsmaterial aufweist und zwischen einer Betriebsstellung, in welcher der wenigstens eine Spritzkopf das Injektor-Rohr mit dem aufbereiteten Beschichtungsmaterial versorgend angeordnet ist, und einer Entnahmestellung bewegbar ausgebildet ist. Dabei ist wenigstens eine von außerhalb der Vakuumkammer zugänglich ausgebildete Entnahmekammer vorgesehen, welche gegenüber der Vakuumkammer abdichtbar ausgebildet ist und in welcher zumindest die Austrittsöffnung des wenigstens einen Spritzkopfes in der Entnahmestellung des Spritzkopfes gegenüber der Vakuumkammer gasdicht separiert angeordnet ist. Der Tiegel ist dabei zum Warmhalten und gegebenenfalls zum Nachverdampfen des Beschichtungsmaterials ausgebildet, wobei die eigentliche Erhitzung des Beschichtungsmaterials im wenigstens einen Spritzkopf stattfindet. In seiner Betriebsstellung dichtet der wenigstens eine Spritzkopf dampfdicht gegen das Injektor-Rohr ab.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen .
Durch die Erfindung wird eine Beschichtungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, welche sich durch eine einfache Konstruktion auszeichnet und durch welche es möglich wird, einen Spritzkopf in vergleichsweise kurzer Zeit und mit einfachen Mitteln von einer Beschichtungsvorrichtung zu entfernen und zum Beispiel durch einen neuen Spritzkopf zu ersetzen. Dadurch, dass der wenigstens eine Spritzkopf in seiner Entnahmestellung innerhalb der Entnahmekammer gegenüber der Vakuumkammer gasdicht separiert angeordnet ist, kann dieser Spritzkopf zu Reparatur- und Wartungszwecken aus der von außerhalb der Vakuumkammer zugänglichen Entnahmekammer bei laufendem Betrieb der Beschichtungsvorrichtung ohne Unterbrechung des Vakuums der Vakuumkammer entnommen werden.
Für einen kompakten Aufbau sieht die Erfindung in Ausgestaltung vor, dass der wenigstens eine Spritzkopf wenigstens eine Beschichtungsmaterialzuführung und wenigstens eine Gaszuführung aufweist, wobei in der Betriebsstellung des wenigstens einen Spritzkopfes die wenigstens eine Beschichtungsmaterialzuführung und die wenigstens eine Gaszuführung durch eine Vakuumdurchführung von außerhalb der Vakuumkammer in die Vakuumkammer hinein hindurchgeführt ausgebildet sind. Mit Hilfe der Vakuumdurchführung sind folglich die verschiedenen Zuführungen von außerhalb der Vakuumkammer durch die Vakuumdurchführung hindurch in die Vakuumkammer hinein zu dem Spritzkopf geführt.
Die bewegbare Ausbildung des wenigstens einen Spritzkopfes ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch realisiert, indem der wenigstens eine Spritzkopf an einem Flansch angebracht ist, welcher über ein faltenbalgartiges Verbindungselement mit einem Wandabschnitt der Vakuumkammer verbunden ist.
Besonders wenig Bauraum beanspruchend ist es dabei in Ausgestaltung der Erfindung, wenn das faltenbalgartige Verbindungselement die wenigstens eine Entnahmekammer ausbildet. Im ausgezogenen bzw. ausgefalteten Zustand des faltenbalgartigen Verbindungselements bietet das Verbindungselement selbst einen ausreichenden Raum, um den Spritzkopf unterbringen zu können, auf den aus Gründen der Wartung oder des Austauschs zugegriffen werden soll.
Für eine Entnahme des Spritzkopfes im laufenden Betrieb der Beschichtungsvorrichtung ist in Ausgestaltung vorgesehen, dass in der Entnahmestellung der wenigstens eine Spritzkopf vollständig innerhalb des faltenbalgartigen Verbindungselements angeordnet ist. Dabei ist das faltenbalgartige Verbindungselement elastisch und nach Art eines sich ziehharmonikaartig zusammenfaltenden Schlauches ausgebildet.
Eine andere Möglichkeit für eine Entnahme des Spritzkopfes im laufenden Betrieb der Beschichtungsvorrichtung ist in Ausgestaltung der Erfindung dadurch gegeben, dass ein Kammerwandelement die wenigstens eine Entnahmekammer ausbildet und mittels eines Dichtelements gegen den wenigstens einen aus der Betriebsstellung in die Entnahmestellung und zurück bewegbaren Spritzkopf abdichtet. Das Dichtelement kann dabei beispielsweise ein O-Ring sein. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der wenigstens eine Spritzkopf an seinem der Austrittsöffnung abgewandten Längsende an einem Flansch angebracht, wobei die Vakuumdurchführung an dem Flansch ausgebildet ist.
Dabei kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Vakuumdurchführung an dem Flansch ausgebildet sein. Hierbei sieht eine denkbare Variante dann vor, dass der Flansch über das faltenbalgartige Verbindungselement mit einem Wandabschnitt der Vakuumkammer verbunden sein kann.
Als alternative Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass die Vakuumdurchführung innerhalb des wenigstens einen Spritzkopfes ausgebildet und angeordnet ist.
Ferner ist es nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung denkbar, dass die Entnahmekammer innerhalb oder außerhalb der Vakuumkammer liegend angeordnet und ausgebildet ist.
Konstruktiv günstig ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung, wenn der wenigstens eine Spritzkopf an dem Flansch angebracht ist, wobei in der Entnahmestellung der wenigstens eine Spritzkopf vollständig innerhalb des faltenbalgartigen Verbindungselements angeordnet ist. Über den Flansch, welcher folglich über das faltenbalgartige Verbindungselement bewegbar an der Vakuumkammer angebracht ist, ist folglich der Spritzkopf zwischen seiner Betriebsstellung und seiner Entnahmestellung bewegbar .
Um bei einer Wartung oder bei einem Wechsel eines Spritzkopfes das in der Vakuumkammer im Betrieb der Beschichtungsvorrichtung vorherrschende Vakuum zu halten, sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass eine Absperreinrichtung zwischen einer Freigabeposition und einer Sperrposition bewegbar innerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist, wobei in der Sperrposition die Absperreinrichtung den wenigstens einen in seiner Entnahmestellung angeordneten Spritzkopf gegenüber der Vakuumkammer gasdicht separiert. Die Erfindung sieht in weiterer Ausgestaltung vor, dass die wenigstens eine Entnahmekammer ein Belüftungsventil aufweist. Sobald die Absperreinrichtung in der Sperrposition angeordnet und damit der Spritzkopf gasdicht von der Vakuumkammer getrennt ist, kann die Entnahmekammer, in welcher der zu wartende oder auszutauschende Spritzkopf angeordnet ist, beispielsweise mit einem Inertgas geflutet werden, so dass anschließend der abgekühlte Spritzkopf entnommen werden kann.
Das Injektor-Rohr, durch welches das verdampfte bzw. geschmolzene Beschichtungsmaterial von dem Spritzkopf zu dem Tiegel geleitet wird, wird im Betrieb der
Beschichtungsvorrichtung auf eine vorbestimmte Temperatur geheizt, um eine Kondensation des Beschichtungsmaterials im Injektor-Rohr zu verhindern. Dabei kann die vorbestimmte Temperatur beispielsweise eine Temperatur oberhalb der Kondensationstemperatur des zugeführten Beschichtungsmaterials sein. Aus diesem Grund sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass das Injektor-Rohr aus einem hochtemperaturbeständigen Material, wie zum Beispiel Graphit, hergestellt ist, wobei es aus Gründen der
Materialverträglichkeit notwendig sein kann, die Flächen des Graphits, die in Kontakt mit Gas oder Dampf gelangen, mit Keramikschichten zu belegen oder alternativ das Injektor-Rohr vollständig aus Keramik auszuführen. Dementsprechend sieht die Erfindung vor, dass das hochtemperaturbeständige Material Graphit oder Keramik sein kann.
Eine besonders kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung ist in einer weiteren Ausgestaltung dadurch gegeben, dass der wenigstens eine Spritzkopf in seiner Betriebsstellung zumindest abschnittsweise in das Injektor-Rohr hineinragt und der wenigstens eine Spritzkopf bei einer Bewegung aus der Betriebsstellung heraus in Richtung der Entnahmestellung koaxial in dem Injektor-Rohr bewegbar und gasdicht geführt ausgebildet ist. Um den heißen Dampf und die Flüssigkeit im Tiegel auch dann halten zu können, wenn der Spritzkopf zu Reparatur- oder Wartungszwecken entfernt oder ausgetauscht werden soll, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Injektor-Rohr ein Absperrventil aufweist, welches zwischen einer Freigabestellung und einer Sperrsteilung bewegbar ausgebildet ist, wobei das Absperrventil in der Sperrsteilung einen Durchfluss durch das Injektor-Rohr versperrt. Dadurch wird insbesondere eine Kontamination der Vakuumkammer mit Verdampfungsgut vermieden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Absperrventil aus einem hochtemperaturbeständigen Material hergestellt ist.
Dabei kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung in der Sperrsteilung des Absperrventils der wenigstens eine Spritzkopf zumindest abschnittsweise innerhalb des Injektor- Rohres angeordnet sein.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehenden noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, in der ein beispielhaftes und bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.
In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Beschichtungsvorrichtung mit einem in einer Betriebsstellung angeordneten Spritzkopf,
Figur 2 eine schematische Darstellung der Beschichtungsvorrichtung mit dem in einer Zwischenstellung angeordneten Spritzkopf, Figur 3 eine schematische Darstellung der Beschichtungsvorrichtung mit dem in einer Entnahmestellung angeordneten Spritzkopf, und
Figur 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Beschichtungsvorrichtung mit einem in einer Betriebsstellung angeordneten Spritzkopf.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen in schematischer Weise eine erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung 1 zum Ablagern eines Beschichtungsmaterials auf einem Substrat, wobei das Substrat ein bandförmiges Material aus Stahl sein kann. Dabei wird der Beschichtungsvorrichtung 1 über Beschichtungsmaterialzuführungen 2 und 3 ein drahtförmiges Material zum Beispiel mit Hilfe von in den Figuren nicht dargestellten Antriebsrollen so zugeführt, dass sich zwischen den zwei zugeführten Strängen des drahtförmigen Materials ein Lichtbogen ausbilden kann, wenn mittels einer elektrischen Gleichstromquelle ein über die Beschichtungsmaterialzuführung 2 zugeführter Materialstrang als Kathode und ein über die Beschichtungsmaterialzuführung 3 zugeführter Materialstrang als Anode ausgebildet ist, wodurch die stirnseitigen Enden verdampft und/oder zumindest geschmolzen werden. Ferner wird mit Hilfe einer Gaszuführung 4 ein Gasstrom zugeführt, durch den das verdampfte und/oder geschmolzene Beschichtungsmaterial durch ein Injektor-Rohr 5 in einen Tiegel 6 eingebracht wird, welcher beispielsweise durch eine induktive Heizung beheizbar ist und welcher zur Vermeidung von Wärmeverlusten thermisch isoliert sein kann. Das zu beschichtende Substrat wird in einem geringen Abstand zu der Öffnung des Tiegels 6 mit einer geeigneten Vorschubgeschwindigkeit bewegt, so dass das verdampfte Beschichtungsmaterial auf die zu beschichtende Oberfläche des Substrats auftrifft.
Die Einheit, mit welcher das Beschichtungsmaterial aufbereitet und zu dem Injektor-Rohr 5 weitergeleitet wird, ist als ein Spritzkopf 7 ausgeführt, welcher die Gaszuführung 4 und die Beschichtungsmaterialzuführungen 2 und 3 aufweist. Ferner kann der zum Aufbereiten des Beschichtungsmaterials ausgebildete Spritzkopf 7 eine Heizung, eine Kühlung und eine das aufbereitete Beschichtungsmaterial in das Injektor-Rohr 5 leitende Düse, eine Kathode und eine Anode bzw. eine elektrische Gleichspannungsquelle aufweisen. Der Spritzkopf 7 sollte die Elemente aufweisen, die zur Ausbildung eines Lichtbogens und Gasstroms erforderlich sind, wobei auch die Elemente für die Zuführung von draht- oder bandförmigem Beschichtungsmaterial ebenfalls Bestandteil des Spritzkopfes 7 sein können. Zumindest der dem Injektor-Rohr 5 zugewandte Teil des Spritzkopfes 7, welcher eine Austrittsöffnung 17 aufweist, aus welcher das im Spritzkopf 7 aufbereitete Beschichtungsmaterial austritt, ist innerhalb einer Vakuumkammer 8 angeordnet, wobei auch der Tiegel 6 sowie das Injektor-Rohr 5, welches das in dem Spritzkopf 7 aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Tiegel 6 leitend ausgebildet ist und welches mit dem Tiegel 6 verbunden ist, innerhalb der Vakuumkammer 8 angeordnet sind. Um eine Kondensation des aufbereiteten Beschichtungsmaterials in dem Injektor-Rohr 5 zu verhindern, wird das Injektor-Rohr 5 auf eine vorbestimmte Temperatur geheizt, wobei die vorbestimmte Temperatur zum Beispiel eine Temperatur oberhalb der Kondensationstemperatur des zugeführten Beschichtungsmaterials sein kann. Daher kann das Injektor-Rohr 5 aus einem hochtemperaturbeständigen Material, vorzugsweise Graphit, hergestellt sein. Aus Gründen der Materialverträglichkeit kann es notwendig sein, die in Kontakt mit Gas oder Schmelze stehenden Flächen des Graphits mit Keramikschichten zu belegen bzw. vollständig in Keramik auszuführen.
Die Beschichtungsmaterialzuführungen 2 und 3 und die Gaszuführung 5 sind mittels einer Vakuumdurchführung 18 von der Atmosphäre außerhalb der Vakuumkammer 8 in das Vakuum bzw.
Innere der Vakuumkammer 8 geführt. Dementsprechend sind die Beschichtungsmaterialzuführungen 2 und 3 und die Gaszuführung 5 über die Vakuumdurchführung 18 von außerhalb der Vakuumkammer 8 in die Vakuumkammer 8 hineingeführt ausgebildet. Wie schematisch in den Figuren 1 bis 3 angedeutet ist, ist die
Vakuumdurchführung 18 auf einem Flansch 9 ausgebildet. Dieser Flansch 9 ist außerhalb der Vakuumkammer 8 angeordnet und über ein faltenbalgartiges Verbindungselement 10 mit einem Wandabschnitt 11 der Vakuumkammer 8 verbunden. Dabei ist der Spritzkopf 7 an dem Flansch 9 angebracht, wobei der Flansch 9 wiederum über das nach Art eines Faltenbalgs ausgebildete Verbindungselement 10 mit der Vakuumkammer 8 verbunden ist. Das nach Art eines Faltenbalgs ausgebildete Verbindungselement 10 ist an einer Durchlassöffnung der Vakuumkammer 8 angebracht, so dass sich der an dem Flansch 9 angebrachte Spritzkopf 7 innerhalb der Vakuumkammer 8 frei bewegen lässt. In der Figur 1 ist der Spritzkopf 7 in einer Betriebsstellung angeordnet, in welcher der Spritzkopf 7 das Injektor-Rohr 5 mit dem aufbereiteten Beschichtungsmaterial versorgend angeordnet ist.
In der Betriebsstellung ragt die nach Art einer Düse ausgebildete Austrittsöffnung 17 des Spritzkopfes 7, d.h. der dem Injektor-Rohr 5 zugewandte Teil des Spritzkopfes 7, in das Injektor-Rohr 5 hinein, wobei sich die Austrittsöffnung 17 des Spritzkopfes 7 bzw. der Spritzkopf 7 selbst in dem Injektor-Rohr 5 koaxial bewegen lässt. Dabei ist der Spritzkopf 7 innerhalb des Injektor-Rohres 5 gasdicht geführt und im laufenden Betrieb der Beschichtungsvorrichtung 1 soweit wie möglich in das Injektor-Rohr 5 hineingeschoben angeordnet. Folglich verbindet das Injektor-Rohr 5 den Spritzkopf 7 gasdicht mit dem Tiegel 6, wenn der Spritzkopf 7 in der Betriebsstellung angeordnet ist.
Steht aus Gründen einer Reparatur oder Wartung eine Entnahme des Spritzkopfes 7 an, so wird der Spritzkopf 7 zunächst ausgeschaltet, indem die Gaszufuhr über die Gaszuführung 4 abgestellt wird und der Spritzkopf 7 nicht weiter mit Beschichtungsmaterial über die Beschichtungsmaterialzuführungen 2 und 3 versorgt wird, wobei zusätzlich die elektrische Energieversorgung ausgeschaltet werden muss. Dann wird ein Absperrventil 14 aus einer in Figur 1 gezeigten Freigabestellung in eine in Figur 2 gezeigte Sperrsteilung bewegt, um das Injektor-Rohr 5 gegenüber der Vakuumkammer 8 abzudichten, bevor der Spritzkopf 7 vollständig aus dem Injektor-Rohr 5 herausgezogen wird. Anschließend wird der Spritzkopf 7 zum Wechseln aus dem Injektor-Rohr 5 herausgezogen, wie es in Figur 2 dargestellt ist. Folglich ist für eine Entnahme des Spritzkopfes 7 der Spritzkopf 7 so lange in seiner gegen das Injektor-Rohr 5 dampfdicht abdichtenden Betriebsstellung verbleibend angeordnet, bis das Absperrventil 14 in seiner Sperrsteilung angeordnet ist. In Figur 2 befindet sich der Spritzkopf 7 in einer Zwischenstellung, in welcher der Spritzkopf 7 außerhalb des Injektor-Rohres 5 liegend angeordnet ist. Bei dieser Bewegung des Spritzkopfes 7 wird das faltenbalgartige Verbindungselement 10 auseinandergezogen, wobei der Spritzkopf 7 abschnittweise innerhalb des
Verbindungselements 10 liegend angeordnet ist (siehe Figur 2). Das Injektor-Rohr 5 ist mit dem Absperrventil 14 ausgestattet, welches von außerhalb der Vakuumkammer 8 geschlossen werden kann. Dieses ebenfalls aus einem hochtemperaturbeständigen Material gefertigte Absperrventil 14 dient dazu, den heißen Dampf und die Flüssigkeit im Tiegel 6 zu halten, um somit eine Kontamination der Vakuumkammer 8 mit Verdampfungsgut zu vermeiden. Das in seiner geschlossenen Position bzw. Sperrsteilung (siehe zum Beispiel Figur 2) angeordnete Absperrventil 14 versperrt folglich einen Durchfluss durch das Injektor-Rohr 5, wenn der Spritzkopf 7 in seiner Betriebsstellung oder in seiner Zwischenstellung oder in einer Entnahmestellung angeordnet ist, wobei das Absperrventil 14 in seiner Sperrsteilung angeordnet sein muss, noch bevor der Spritzkopf 7 vollständig aus dem Injektor-Rohr 5 herausbewegt wird. Wenn das Absperrventil 14 geschlossen ist, so dass der Spritzkopf 7 räumlich getrennt von dem heißen Dampf und der Flüssigkeit des Tiegels 6 ist, wird der Flansch 9 und der daran angeordnete Spritzkopf 7 in eine von dem Tiegel 6 wegweisende Richtung bewegt, wodurch der Spritzkopf 7 weiter zurückgezogen wird, indem das faltenbalgartige Verbindungselement 10 weiter ausgefahren wird, wie es in Figur 3 dargestellt ist. In Figur 3 ist der Spritzkopf 7 in seiner Entnahmestellung angeordnet, in welcher der Spritzkopf 7 vollständig innerhalb des faltenbalgartigen Verbindungselements 10 angeordnet ist. In der Entnahmestellung des Spritzkopfes 7 bildet das faltenbalgartige Verbindungselement 10 eine Entnahmekammer 12 aus, in welcher die Austrittsöffnung 17 des Spritzkopfes 7 angeordnet ist. Die Entnahmekammer 12 ist dabei von außerhalb der Vakuumkammer 8 zugänglich ausgebildet. In der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform ist die Entnahmekammer 12 außerhalb der Vakuumkammer 8 ausgebildet. Denkbar ist es in einer alternativen Ausgestaltung auch, dass die Entnahmekammer 12 innerhalb der Vakuumkammer 8 ausgebildet und angeordnet ist. Die Entnahmekammer 12 ist gegenüber der Vakuumkammer 8 abdichtbar ausgebildet, wobei in der Entnahmekammer 12 der Spritzkopf 7 in seiner Entnahmestellung gegenüber der Vakuumkammer 8 gasdicht separiert angeordnet ist. Zu diesem Zweck wird, wenn der Spritzkopf 7 in der Entnahmestellung angeordnet ist, eine Absperreinrichtung 15, welche sich beispielsweise an dem Wandabschnitt 11 der Vakuumkammer 8 befindet, geschlossen, wobei die Absperreinrichtung 15 hierbei in einer Sperrposition (siehe Figur 3) angeordnet ist, wohingegen die Absperreinrichtung 15 in den Figuren 1 und 2 in einer Freigabeposition angeordnet ist.
Die Absperreinrichtung 15 dient dazu, das vorherrschende Vakuum in der Vakuumkammer 8 zu halten und ist so gefertigt, dass sie hohe Druckunterschiede aushalten kann. Sobald die Absperreinrichtung 15 geschlossen und der Spritzkopf 7 und die Vakuumkammer 8 gasdicht voneinander getrennt sind, kann das faltenbalgartige Verbindungselement 10, in welchem sich der Spritzkopf 7 befindet, mittels eines Belüftungsventils 16 (vorzugsweise mit einem Inertgas) geflutet werden. Wie den Figuren 1 bis 3 zu entnehmen ist, ist das Belüftungsventil 16 an der Entnahmekammer 12 angeordnet. Nach dem Fluten der Entnahmekammer 12 und dem Abkühlen des Spritzkopfes 7 kann dann der Flansch 9 von dem faltenbalgartigen Verbindungselement 10 oder das faltenbalgartige Verbindungselement 10 von der Vakuumkammer 4 gelöst werden, so dass anschließend der abgekühlte Spritzkopf 7 entnommen werden kann.
Vorzugsweise ist die Beschichtungsvorrichtung 1 mit mindestens zwei Spritzköpfen 7 ausgestatten, so dass sich stets ein Spritzkopf 7 in Betrieb befindet, während der andere Spritzkopf 7 ausgetauscht werden kann. Um den Betrieb auch im Falle eines defekten Spritzkopfes 7 aufrecht erhalten zu können, wird die Vakuumkammer 8 idealerweise mit drei Spritzköpfen 7 ausgestattet, so dass auch in einem Wartungsfall noch immer ein Spritzkopf 7 in Betrieb ist.
Der Einbau des gewarteten oder reparierten Spritzkopfes 7 oder eines neuen Spritzkopfes 7 erfolgt dann in umgekehrter Reihenfolge, wobei nach dem Anflanschen des Spritzkopfes 7 an das faltenbalgartige Verbindungselement 10 das
Verbindungselement 10 zunächst evakuiert wird. Anschließend wird der Spritzkopf 7 aufgeheizt und die Absperreinrichtung 15 und danach das Absperrventil 14 geöffnet, so dass der Spritzkopf 7 aus der Entnahmekammer 12 in die Vakuumkammer 8 gelangt und dann in das Injektor-Rohr 5 geschoben werden kann. Bevor das Absperrventil 14 geöffnet wird, muss der Spritzkopf 7 zumindest abschnittsweise bereits innerhalb des Injektor-Rohres 5 angeordnet sein, in welchem der Spritzkopf 7 koaxial bewegbar und gasdicht geführt ist.
Die Figur 4 zeigt eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung 1, wobei für gleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie für die in den Figuren 1 bis 3 gezeigte Ausführungsform verwendet werden und die vorstehende Beschreibung hinsichtlich der Funktion und Wirkungsweise auch für die Bauteile der alternativen Ausführungsform der Figur 4 gelten, so dass auf die vorstehende Beschreibung dieser Bauteile verwiesen ist. In Figur 4 ist der Spritzkopf 7 in seiner Betriebsstellung angeordnet, in welcher der Spritzkopf 7 zumindest abschnittsweise innerhalb des Injektor-Rohres 5 gasdicht liegend angeordnet ist. Die in Figur 4 gezeigte Ausführungsform der Beschichtungsvorrichtung 1 weist keine an einem Flansch ausgebildete Vakuumdurchführung auf. Vielmehr ist bei der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform eine Vakuumdurchführung 19 in dem Spritzkopf 7 angeordnet und ausgebildet. Dabei weist die in Figur 4 dargestellte Ausführungsform auch keinen Flansch auf, an welchem der Spritzkopf 7 angebracht ist. Vielmehr ist bei der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform vorgesehen, dass ein Kammerwand- Element 20 die Entnahmekammer 12 ausbildet. Das Kammerwand- Element 20 erstreckt sich dabei außerhalb der Vakuumkammer 8 an deren Wandabschnitt 11 an der Durchlassöffnung der Vakuumkammer 8. Das Kammerwand-Element 20 dichtet mittels eines Dichtelements 22 gegen die Außenwandung 21 des Spritzkopfes 7 ab. Mit Hilfe dieser Ausgestaltung ist der Spritzkopf 7 in seine Betriebsstellung oder in seine Entnahmestellung bewegbar ausgebildet, wobei das Dichtelement 22 das Kammerwand-Element 20 und die Außenwandung 21 des Spritzkopfes 7 gegeneinander abdichtet. Das Dichtelement 22 kann dabei zum Beispiel als ein O-Ring ausgeführt sein. In der Entnahmestellung des Spritzkopfes 7 ist bei der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform die Austrittsöffnung 17 innerhalb der Entnahmekammer 12 angeordnet, wobei die Entnahmekammer 12 auch innerhalb der Vakuumkammer 8 ausgebildet sein kann, wenn sich das Kammerwand-Element 20 innerhalb der Vakuumkammer 8 erstreckt. Zur Entnahme des Spritzkopfes 7 wird zunächst das Absperrventil 14 geschlossen und dann der Spritzkopf 7 in seine Entnahmestellung bewegt, in welcher die Austrittsöffnung 17 innerhalb der Entnahmekammer 12 liegend angeordnet ist. Dann wird die Absperreinrichtung 15 in ihre Sperrposition bewegt, so dass die Entnahmekammer 12 gegenüber der Vakuumkammer 8 gasdicht separiert ist, um anschließend die Entnahmekammer 12 über das Belüftungsventil 16 zu fluten, wie es bereits für die Ausführungsform der Figuren 1 bis 3 beschrieben wurde.
Aus der Beschreibung der Figuren 1 bis 4 ergibt es sich, dass weitere Ausführungsformen denkbar sind. Beispielsweise kann bei der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform die Vakuumdurchführung statt am Flansch 9 innerhalb des Spritzkopfes 7 ausgebildet sein, wie es in Figur 4 gezeigt ist. Auch ist es denkbar, dass bei der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform an dem der Austrittsöffnung 17 abgewandten Längsende des Spritzkopfes 7 ein Flansch angebracht ist, wobei dann statt einer Vakuumdurchführung innerhalb des Spritzkopfes 7 eine Vakuumdurchführung an dem Flansch angeordnet ist.
Zusammenfassend ist vorstehend die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung 1 zum Ablagern eines
Beschichtungsmaterials auf einem Substrat beschrieben worden, wobei die Beschichtungsvorrichtung 1 die Vakuumkammer 8, den Tiegel 6, welcher innerhalb der Vakuumkammer 8 angeordnet ist, den Spritzkopf 7 zum Aufbereiten des Beschichtungsmaterials und das innerhalb der Vakuumkammer 8 angeordnete Injektor-Rohr 5 aufweist, wobei auch mehr als ein Spritzkopf 7 für einen Tiegel 6 vorgesehen sein kann. Das Injektor-Rohr 5 ist das in dem wenigsten einen Spritzkopf 7 aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Tiegel 6 leitend ausgebildet und mit dem Tiegel 6 verbunden, wobei der wenigstens eine Spritzkopf 7 zwischen der Betriebsstellung, in welcher der Spritzkopf 7 das Injektor-Rohr 5 mit dem aufbereiteten Beschichtungsmaterial versorgend angeordnet ist, und einer Entnahmestellung bewegbar ausgebildet ist. Dabei weist die Beschichtungsvorrichtung 1 ferner die von außerhalb der Vakuumkammer 8 zugänglich ausgebildete Entnahmekammer 12 auf, welche gegenüber der Vakuumkammer 8 abdichtbar ausgebildet ist und in welcher der wenigstens eine Spritzkopf 7 in seiner Entnahmestellung gegenüber der Vakuumkammer 8 gasdicht separiert angeordnet ist.
Die beschriebene Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform beschränkt. Es ist ersichtlich, dass an der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform zahlreiche, dem Fachmann entsprechend der beabsichtigten Anwendung naheliegende Abänderungen vorgenommen werden können, ohne dass dadurch der Bereich der Erfindung verlassen wird. Beispielsweise können in einer Vakuumkammer 8 auch mehrere Tiegel 6 angeordnet sein, um beispielsweise eine doppelseitige Beschichtung zu ermöglichen, wobei an einem Tiegel 6 auch mehrere Injektor-Rohre 5 angebracht sein können, in denen im Betrieb der Beschichtungsvorrichtung 1 jeweils ein eigener Spritzkopf 7 angeordnet ist. Auch ist es denkbar, dass die Beschichtungsvorrichtung 1 mehr als eine Vakuumkammer 8 aufweist, wobei in jeder einzelnen Vakuumkammer 8 dann wieder ein oder mehrere Tiegel 6 angeordnet sein können, von denen jeder mit wenigstens einem Injektor-Rohr 5 ausgestattet ist, in welchem dann im Betrieb ein Spritzkopf 7 angeordnet ist. Zur Erfindung gehört alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten und/oder in der Zeichnung dargestellt ist, einschließlich dessen, was abweichend von dem konkreten Ausführungsbeispiel für den Fachmann naheliegt.
Bezugszeichenliste
1 Beschichtungsvorrichtung
2 BeschichtungsmaterialZuführungen
3 Beschichtungsmaterialzuführungen (Anode)
4 Gaszuführung
5 Injektor-Rohr
6 Tiegel
7 Spritzkopf 8 Vakuumkammer
9 Flansch
10 faltenbalgartiges Verbindungselement
11 Wandabschnitt 12 Entnahmekammer
14 Absperrventil
15 Absperreinrichtung
16 Belüftungsventil
17 Austrittsöffnung 18 Vakuumdurchführung
19 Vakuumdurchführung
20 Kammerwand-Element
21 Außenwandung
22 Dichtelement

Claims

Patentansprüche
1. Beschichtungsvorrichtung (1) zum Ablagern eines Beschichtungsmaterials auf einem Substrat, aufweisend eine Vakuumkammer (8), einen Tiegel (6), welcher innerhalb der Vakuumkammer (8) angeordnet ist, wenigstens einen Spritzkopf
(7) zum Aufbereiten des Beschichtungsmaterials und ein innerhalb der Vakuumkammer (8) angeordnetes Injektor-Rohr (5), wobei das Injektor-Rohr (5) das in dem wenigsten einen Spritzkopf (7) aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Tiegel (6) leitend ausgebildet und mit dem Tiegel (6) verbunden ist, wobei der wenigstens eine Spritzkopf (7) eine Austrittsöffnung (17) für das aufbereitete Beschichtungsmaterial aufweist und zwischen einer Betriebsstellung, in welcher der wenigstens eine Spritzkopf
(7) das Injektor-Rohr (5) mit dem aufbereiteten Beschichtungsmaterial versorgend angeordnet ist, und einer Entnahmestellung bewegbar ausgebildet ist, und wobei wenigstens eine von außerhalb der Vakuumkammer (8) zugänglich ausgebildete Entnahmekammer (12) vorgesehen ist, welche gegenüber der Vakuumkammer (8) abdichtbar ausgebildet ist und in welcher zumindest die Austrittsöffnung (17) des wenigstens einen Spritzkopfes (7) in der Entnahmestellung des Spritzkopfes (7) gegenüber der Vakuumkammer (8) gasdicht separiert angeordnet ist.
2. Beschichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Spritzkopf (7) wenigstens eine Beschichtungsmaterialzuführung (2, 3) und wenigstens eine Gaszuführung (4) aufweist, wobei in der Betriebsstellung des wenigstens einen Spritzkopfes (7) die wenigstens eine Beschichtungsmaterialzuführung (2, 3) und die wenigstens eine Gaszuführung (4) durch eine Vakuumdurchführung (18, 19) von außerhalb der Vakuumkammer (8) in die Vakuumkammer (8) hinein hindurchgeführt ausgebildet sind.
3. Beschichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei der wenigstens eine Spritzkopf (7) an einem Flansch (9) angebracht ist, welcher über ein faltenbalgartiges Verbindungselement (10) mit einem Wandabschnitt (11) der Vakuumkammer (8) verbunden ist.
4. Beschichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei das faltenbalgartige Verbindungselement (10) die wenigstens eine Entnahmekammer (12) ausbildet.
5. Beschichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, wobei in der Entnahmestellung der wenigstens eine Spritzkopf (7) vollständig innerhalb des faltenbalgartigen
Verbindungselements (10) angeordnet ist.
6. Beschichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei ein Kammerwandelement (20) die wenigstens eine Entnahmekammer (12) ausbildet und mittels eines Dichtelements (22) gegen den wenigstens einen aus der Betriebsstellung in die Entnahmestellung und zurück bewegbaren Spritzkopf (7) abdichtet.
7. Beschichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei der wenigstens eine Spritzkopf (7) an seinem der Austrittsöffnung (17) abgewandten Längsende an einem Flansch angebracht ist, und wobei die Vakuumdurchführung an dem Flansch (9) ausgebildet ist.
8. Beschichtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Vakuumdurchführung (18) an dem Flansch (9) ausgebildet ist.
9. Beschichtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Vakuumdurchführung (19) innerhalb des wenigstens einen Spritzkopfes (7) ausgebildet und angeordnet ist.
10. Beschichtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Absperreinrichtung (15) zwischen einer Freigabeposition und einer Sperrposition bewegbar innerhalb der Vakuumkammer (8) angeordnet ist, wobei in der Sperrposition die Absperreinrichtung (15) den wenigstens einen in seiner Entnahmestellung angeordneten Spritzkopf (7) gegenüber der Vakuumkammer (8) gasdicht separiert .
11. Beschichtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Entnahmekammer (12) ein Belüftungsventil (16) aufweist.
12. Beschichtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Spritzkopf (7) in seiner Betriebsstellung zumindest abschnittsweise in das Injektor-Rohr (5) hineinragt und der wenigstens eine Spritzkopf (7) bei einer Bewegung aus der Betriebsstellung heraus in Richtung der Entnahmestellung koaxial in dem Injektor-Rohr (5) bewegbar und gasdicht geführt ist.
13. Beschichtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Injektor-Rohr (5) ein Absperrventil (14) aufweist, welches zwischen einer Freigabestellung und einer Sperrsteilung bewegbar ausgebildet ist, wobei das Absperrventil (14) in der Sperrsteilung einen Durchfluss durch das Injektor-Rohr (5) versperrt.
14. Beschichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 13, wobei in der Sperrsteilung des Absperrventils (14) der wenigstens eine Spritzkopf (7) zumindest abschnittsweise innerhalb des Injektor-Rohres (5) angeordnet ist.
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