EP4581185A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer tragstruktur, tragstruktur und optisches gerät mit einer tragstruktur - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer tragstruktur, tragstruktur und optisches gerät mit einer tragstruktur

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Publication number
EP4581185A1
EP4581185A1 EP23768177.0A EP23768177A EP4581185A1 EP 4581185 A1 EP4581185 A1 EP 4581185A1 EP 23768177 A EP23768177 A EP 23768177A EP 4581185 A1 EP4581185 A1 EP 4581185A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
support structure
reaction
reaction material
liquid medium
functional unit
Prior art date
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Pending
Application number
EP23768177.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Rabien
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.)
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Original Assignee
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV filed Critical Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Publication of EP4581185A1 publication Critical patent/EP4581185A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/01—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes on temporary substrates, e.g. substrates subsequently removed by etching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/001—Coating on a liquid substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/12—Organic material
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G02B5/0808—Mirrors having a single reflecting layer

Definitions

  • the present invention lies in the field of coating processes and relates to a device and a method for producing a support structure, a support structure and an optical device with a support structure.
  • chemical vapor deposition refers to a group of coating processes in which a solid of gaseous starting material is deposited and formed on a surface of a substrate or an object due to chemical reactions. In other words, at least one chemical reaction takes place on the surface of the substrate or the As a rule, a solid layer of the gaseous material is deposited at certain pressure and temperature conditions or in certain pressure and temperature ranges.
  • the present invention relates to a method for producing a support structure for supporting at least one functional unit, preferably for an optical device, in a reaction space, comprising: providing a liquid medium for shaping the support structure during production and/or in a production state , preferably in a receiving device which is designed to be half-open at least in sections; Setting in motion and/or moving the liquid medium and producing a shaping surface of the liquid medium, preferably by driving the receiving device by means of a drive device or by driving a device which comprises a reaction space in which the receiving device is arranged; Providing a reaction material to form the support structure, preferably by means of or via at least one inlet device, wherein the at least one inlet device and the receiving device are arranged at a distance from one another in the reaction space; Applying, preferably depositing, the reaction material onto the shaping surface; Building the support structure using the applied, preferably deposited, reaction material.
  • Deposition preferably includes a direct and/or immediate transition or transfer of the reaction material from a gaseous state of matter into a solid state of matter. A liquid state of matter is therefore omitted.
  • a substantially rotationally symmetrical support structure can be formed from a reaction material, which is also essentially homogeneous over its entire extent, for example.
  • the support structure can preferably be an arched or curved support structure.
  • the support structure can be sufficiently dimensionally stable to support the at least one functional unit.
  • the at least one functional unit can preferably be a coating or at least a layer and ensure a specific functionality.
  • the at least one functional unit can be a layer made of a light-reflecting metallic material, for example aluminum or gold.
  • the method according to the present invention can be characterized by further features, which are described in more detail below.
  • the method may include: vaporizing, preferably by heating to a specific temperature or a specific temperature range, the reaction material and/or converting the reaction material from a solid state of matter into a gaseous state of matter, preferably in an evaporation device, and/or or pyrolyzing and thus dividing the reaction material, preferably in a pyrolysis device and at certain pressure and temperature conditions or in certain pressure and temperature ranges.
  • the reaction material can be such that it works under certain temperature conditions and/or Pressure conditions sublime, i.e. change or transition from a solid state of matter directly into a gaseous state of matter and vice versa.
  • the reaction material can be brought into a reactive state primarily by pyrolysis in order to produce the support structure by building it up accordingly.
  • Setting in motion and/or moving the liquid medium may include: rotating the liquid medium or setting the liquid medium in rotation at an adjustable speed, preferably by means of the drive device and/or depending on at least one operating condition and/or geometric size of the support structure; and/or forming the shaping surface, which is curved or curved at least in sections, preferably paraboloid-shaped and/or concave and thus in the form of a paraboloid.
  • the speed (rotational/angular speed of the recording device and the liquid medium in the state in which the liquid medium has assumed the rotational speed of the recording device) is set depending on a focal length of the mirror to be produced.
  • the method may include: generating a negative pressure and/or preferably a vacuum in the reaction space at least before providing the reaction material, preferably by means of or via at least one outlet device and a pump device, wherein the pump device is arranged outside the reaction space, and / or wherein the at least one outlet device and the receiving device are arranged at a distance from one another in the reaction space.
  • an improved construction of the support structure is realized by the reaction material, preferably by deposition from the gaseous aggregate state.
  • the method comprises: directed distribution of the reaction material at at least one defined location in the reaction space, preferably in the direction of the shaping surface, preferably by means of at least one distribution device, the at least one distribution device being connected to the at least one inlet device.
  • the distribution device can, for example, comprise at least one nozzle device and/or at least one guide device in order to direct the reaction material in a defined direction, at least in the area or on the distribution device.
  • the method can include: detecting a geometric size, preferably a thickness, of the support structure during the application of the reaction material and / or construction of the support structure, preferably by means of at least one measuring device for detecting the geometric size, wherein the at least one Measuring device is arranged in the reaction space, and / or wherein the at least one measuring device and the recording device are arranged at a distance from one another in the reaction space.
  • the method can comprise: setting at least one operating condition of the method, preferably by means of a control device, wherein the at least one operating condition comprises at least one of the following: a temperature in the reaction space, a temperature of the reaction material before being provided into the reaction space, a Pressure in the reaction space, a temperature of the liquid medium; a period of time for providing the reaction material, a volume flow of the reaction material, and/or a drive speed of the receiving device, and/or a volume flow of the reaction material.
  • the present invention relates to a support structure for supporting at least one functional unit, preferably for an optical device, wherein the support structure is manufactured according to a method as disclosed herein, wherein the support structure is dimensionally stable at least in sections at least in the manufacturing state, and/or wherein the support structure is reversibly foldable and/or reversibly rollable.
  • the at least one functional unit is formed on a concave surface of a curved or curved support structure such that the support structure and the at least one functional unit formed on it form a mirror, in particular a parabolic mirror, spherical mirror or membrane mirror, with a predetermined focal length.
  • the present invention relates to an optical device, preferably an optical telescope or an optical membrane mirror, with at least one support structure for supporting at least one functional unit, wherein the support structure is manufactured and/or designed as disclosed herein and wherein the at least one functional unit as disclosed and/or formed herein.
  • the optical device can be used, for example, in a vacuum environment and/or in a low-temperature environment, for example in space.
  • the present invention relates, according to a fourth general aspect, to a device for producing a support structure for supporting at least one functional unit, preferably for an optical device, the device preferably being configured to carry out a method as disclosed herein, comprising: a reaction space which is formed by a reaction container is formed and in which the support structure can be produced; a receiving device for receiving a liquid medium for shaping or for shaping the support structure during production and/or in a manufacturing state, wherein the receiving device is arranged in the reaction space and/or is designed to be half-open at least in sections; at least one inlet device for providing a reaction material into the reaction space and forming the support structure, wherein preferably the at least one inlet device and the receiving device are arranged at a distance from one another in the reaction space; wherein the receiving device comprises a drive device or is coupled to a drive device in order to set and/or move a recorded liquid medium and so as to produce a shaping surface of the liquid medium, wherein the reaction space and/or at least the at least one inlet device
  • the drive device can be configured to drive the recording device rotationally, that is to say rotatingly, at an adjustable speed, preferably depending on at least one operating condition when the device is in operation.
  • the receiving device can be half-open, preferably half-open, cylindrical, plate-shaped or bowl-shaped. It is possible for the receiving device to be curved or curved at least in sections.
  • the recording device can have one have a circumferential edge or a circumferential edge, which serves to limit the amount and thus the volume of liquid medium absorbed.
  • a defined amount of liquid medium can be accommodated in the receiving device, so that the surface of the liquid medium during the movement of the receiving device and thus during the movement of the liquid medium is essentially flush and/or substantially continuously on the circumferential edge or on the circumferential edge passes. This prevents, for example, the formation of undesirable curvatures on the support structure.
  • the device comprises at least one bearing device for supporting the receiving device, wherein the at least one bearing device is configured for substantially vibration-free or sufficiently vibration-free mounting of the receiving device, preferably at least one magnetic bearing or at least one hydrostatic bearing , includes.
  • the quality of the support structure produced can be further improved since no or at least hardly any harmful disturbances can occur as a result of time-dependent mechanical loads during production.
  • the device comprises at least one barrier device for protecting the at least one storage device in order to prevent penetration of the reaction material into the at least one storage device, wherein the at least one barrier device encloses the at least one storage device and/or at least one labyrinth seal and/or at least includes a liquid seal.
  • the device comprises a coating device for coating the support structure with a coatable material, that is to say a coating material, preferably based on a metallic material, in order to form the at least one functional unit on the support structure.
  • the present invention relates to a method for producing a mirror, in particular a parabolic or spherical mirror, which has at least one support structure for supporting at least one functional unit, comprising: producing the support structure as disclosed herein, and applying or coating at least one Functional unit on a concave side of a curved or curved surface of the at least one support structure, wherein the at least one functional unit has at least one Coating or at least one layer which is formed from a metallic material and / or from a light-reflecting material.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the device for producing the support structure according to the present invention in a schematic representation and in a sectional view;
  • FIG. 3 shows an example of a support structure according to the present invention in a schematic representation
  • Fig. 4 is a flowchart for an example of the method for producing the support structure according to the present invention. Identical or functionally equivalent components or elements are marked with the same reference numerals in the figures. To explain these, reference is also made in part to the description of other exemplary embodiments and/or figures in order to avoid repetition.
  • Figure 1 shows a first exemplary embodiment of the device 1 for producing the support structure 10 according to the invention or a mirror according to the invention with a predetermined focal length in a schematic representation.
  • the device 1 is shown in a sectional view for illustrative purposes.
  • the drive device 54 can, for example, be designed as an electric motor or comprise an electric motor.
  • the drive device 54 can be designed, for example, as a magnetic drive unit or comprise a magnetic drive unit which is driven by a moving magnetic field, preferably a rotating magnetic field, within the reaction container 50 or outside the reaction container 50.
  • the device 1 and preferably the reaction container 50 together with the components and elements arranged within the reaction container 50 are set in a rotational movement.
  • a resulting axis of rotation can be aligned and/or arranged essentially parallel to gravity, i.e. gravitational force.
  • the liquid medium 40 is preferably a liquid medium 40 with a comparatively high density and/or high viscosity.
  • mechanical loads or disturbances preferably on the surface 40.1 for shaping the support structure 10
  • the formation of the support structure 10 by the reaction material W on the surface 40.1 is simplified or facilitated, which will be explained in more detail below is described.
  • the receiving device 53 can preferably have a storage device 55, which reduces or preferably avoids mechanical loads in addition to or as an alternative to the at least one damping device 57 of the device 1.
  • the bearing device 55 can, for example, be designed as at least one hydrostatic bearing or as at least one magnetic bearing, or comprise at least one hydrostatic bearing or at least one magnetic bearing.
  • the working medium of the hydrostatic bearing can preferably be an oil or be based on an oil.
  • the device 1 comprises a storage device 55 for supporting the receiving device 53, wherein the storage device 55 is configured for supporting the receiving device 53 in a substantially vibration-free manner.
  • the device 1 comprises a barrier device 56 for protecting the storage device 55.
  • the barrier device 56 preferably encases the storage device 55 in such a way that contact with the reaction material W is avoided or is not possible.
  • the barrier device 56 can be configured to seal off the storage device 55 from the reaction space 30.
  • the barrier device 56 can comprise at least one labyrinth seal and/or at least one liquid seal.
  • the liquid seal can at least partially accommodate, for example, the reaction material W, which did not contribute to the formation of the support structure 10 and was distributed accordingly in the reaction space 30.
  • the distribution device 100 can, for example, be tubular and extend essentially in a straight line, for example, up to a certain length.
  • the distribution device 100 can additionally or alternatively be curved at least in sections.
  • the distribution device 100 has at least one inlet opening, preferably several inlet openings, through which the reaction material W can flow into the reaction space 30 at a specific point ST in the course of producing the support structure 10.
  • the multiple inlet openings in the distribution device 100 in Figure 1 are shown in simplified form as black dots and are not marked in more detail.
  • the distribution device 100 may have, at least partially or entirely, valve devices and/or propeller devices instead of the inlet openings, which are used to change the kinetic energy of the reaction material W before and/or after entering the reaction space 30 and/or for a targeted distribution of the Contribute reaction material W in the reaction space 30.
  • the pyrolysis device 70 is configured to pyrolyze the reaction material W and preferably the vaporized and/or gaseous reaction material W, that is to say to thermochemically split it and convert it into a highly reactive monomeric form.
  • the pyrolysis device 70 comprises a high-temperature zone in order to generate so-called reactive monomers of the reaction material W from the gaseous reaction material W.
  • the temperature in the pyrolysis device 70 can be, for example, approximately 690 degrees Celsius.
  • the device 1 comprises at least one outlet device 52.
  • the outlet device 52 is formed on the reaction container 50 and here preferably on the first container housing part 50.1.
  • the at least one outlet device 52 is arranged on the reaction container 50 on a side opposite the at least one inlet device 51 with respect to the receiving device 53.
  • a negative pressure and preferably a vacuum is generated in the reaction container 50 and thus in the reaction space 30 in the course of producing the support structure 10.
  • the outlet device 52 is connected to a pump device 80 in the form of a vacuum pump.
  • the pump device 80 is configured to generate a negative pressure and preferably a vacuum in the reaction container 50, that is to say in the reaction space 30.
  • the pump device 80 is configured to sufficiently evacuate the reaction space 30 at least before and preferably during the production of the support structure 10, so that at least proper and/or intended functionality and safety of the device 1 for producing the support structure 10 is guaranteed.
  • the reaction space 30 is, for example, largely or essentially freed from foreign substances that could disrupt production, that is, the manufacturing process, and thus negatively influence the quality of the support structure 10.
  • the continuous formation of a vacuum in the reaction container 50 ensures a substantially uniform and/or homogeneous distribution of the reaction material W over the shaping surface 40.1 of the moving liquid medium 40.
  • pressures of less than 100 Pascal, preferably less than 10 Pascal and particularly preferably less than 0.1 Pascal can be formed in the reaction space 30 by means of the pump device 80.
  • a cooling device 130 is preferably arranged, which is fluid-mechanically connected to the outlet device 52 and to the pump device 80.
  • the cooling device 130 is configured to cool reaction material W emerging via the at least one outlet device 52 for example, less than -50 degrees Celsius, and to convert it into a solid state of matter, so that the reaction material W is prevented from flowing further to the pump device 80, from penetrating into the pump device 80 and from wearing and / or damaging it.
  • the cooling device 130 serves to protect the pump device 80 from the reaction material W.
  • the device 1 comprises a control device 110 for controlling and/or regulating at least respective components and elements of the device 1 as disclosed herein.
  • the control device 110 serves for the defined setting of in particular the drive device 54, the evaporation device 60, the pyrolysis device 70, the pump device 80, and / or the cooling device 130 in the course of producing the support structure 10.
  • the control device 110 is for control and / or control with the components and elements of the device 1 preferably connected via a signal communication network which is used for transmission corresponding signals S and thus information (see the dashed lines in Figure 1).
  • the components and elements of the device 1 can be controlled and/or regulated at least before and/or during the production of the support structure 10.
  • the control is characterized in particular by a closed path of action and preferably ensures that certain operating conditions, such as respective temperatures, rotational speeds and / or pressures, remain essentially defined, preferably essentially constant, over a defined period of time in order to facilitate the manufacturing process of the support structure 10 to be implemented as intended and/or properly.
  • the receiving device 53 it is possible, for example, for the receiving device 53 to be connected to an adjusting device for adjusting the position and thus the position and/or the orientation of the receiving device 53 (not shown in the figures) within the reaction space 30 and/or is arranged on this.
  • the adjusting device can, for example, comprise at least one actuable actuator unit in the form of a double-acting cylinder, which, by appropriate actuation using a working medium, is able to adjust and thus change the position of the receiving device 53 within the reaction space 30.
  • a distance between the receiving device 53 and the inlet device 53 and/or the distribution device 100 can be changed.
  • the receiving device 53 comprises an integrated cooling device, for example in the form of a spirally arranged line system, through which a cooling medium preferably flows at least during the production of the support structure 10, in order to set a specific temperature in the liquid medium 40 and to ensure the support structure 10 is built up.
  • an integrated cooling device for example in the form of a spirally arranged line system, through which a cooling medium preferably flows at least during the production of the support structure 10, in order to set a specific temperature in the liquid medium 40 and to ensure the support structure 10 is built up.
  • the device 1 comprises a plasma device for generating an ionized gas in order to process the support structure 10.
  • a plasma device for generating an ionized gas in order to process the support structure 10.
  • the plasma device is preferably arranged in the reaction space 30, that is to say within the reaction container 50 of the device 1.
  • the ionized gas can include, for example, argon as a working medium.
  • the support structure 10 is formed by the solidifying reaction material W, which preferably changes from a gaseous state of matter into a solid state of matter by means of deposition and forms chemical bonds, which will be described in more detail below.
  • the support structure 10 is preferably a support structure that is essentially rotationally symmetrical with respect to an axis of rotation and/or has sufficient dimensionally stability in order to support and/or carry the functional unit 20.
  • a certain volume that is, a defined amount of liquid medium 40, is accommodated in the receiving device 53, so that there is a substantially flush and/or continuous transition to the circumferential edge 53.2 of the receiving device 53, preferably during the rotational movement of the receiving device 53 and thus while moving the liquid medium 40.
  • Figure 2 shows a section of the support structure 10 from Figure 1 (detail / in Figure 1) in an enlarged view.
  • the liquid medium 40 wets the surface 53.1 of the receiving device 53 as a contact surface.
  • the reaction material W is in turn deposited on the surface 40.1 of the liquid medium 40 as a shaping surface for the reaction material W during the Movement of the liquid medium 40, whereby the support structure 10 is formed from the deposited reaction material W with a corresponding thickness 10.2.
  • the metallic and/or light-reflecting material can, for example, be aluminum or an alloy based on aluminum, as already described above.
  • the functional unit 20 is, for example, in a range between approximately 100 micrometers and approximately 1000 micrometers.
  • the liquid medium 40 is moved and thus set in motion by moving the receiving device 53.
  • the liquid medium 40 and in particular the shaping surface 40.1 of the liquid medium 40 is set into a rotational movement or rotational movement via the receiving device 53.
  • a defined rotational speed n53 is set on the recording device 53 and the recording device 53 is operated at least for a period of time until a substantially identical resulting and/or idealized rotational speed n40 is established in the liquid medium 40 as the rotational speed n53 of the recording device 53.
  • This liquid medium 40 is preferably in a quasi-stationary (rotary motion) State in which, for example, no acceleration of particles (molecules) of the liquid medium 40 to a certain speed takes place.
  • the reaction container 50 of the device 1 is set in a rotational movement in order to correspondingly move the liquid medium 40 and in particular the shaping medium To achieve surface 40.1.
  • the reaction material W is provided to form the support structure 10.
  • the provision of the reaction material W in the reaction space 30 is realized in the device 1 via the at least one inlet device 51 and/or preferably the distribution device 100.
  • the reaction material W can be brought into a reactive monomeric state by means of evaporation by heating in the evaporation device 60 and/or by pyrolysis in the pyrolysis device 70 and thus by means of splitting (“cracking”) and is preferably at the latest when entering the reaction space 30 in a reactive gaseous state.
  • the enrichment and/or adsorption of the reaction material W at least partially relates to or includes a chemical vapor deposition of the reaction material W for producing the support structure 10.
  • the support structure 10 produced is sufficiently dimensionally stable to support a functional unit 20.
  • the support structure 10 is preferably dimensionally stable at least in sections in the manufactured state, and/or reversibly foldable and/or reversibly rolled up.
  • the support structure 10 is able to assume or develop its original state, preferably the manufacturing state, after being folded and/or rolled up. This is ensured in particular by sufficient dimensional stability of the support structure 10.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Tragstruktur (10) zum Tragen zumindest einer Funktionseinheit (20), vorzugsweise für ein optisches Gerät, in einem Reaktionsraum (30), umfassend: Bereitstellen eines flüssigen Mediums (40) zur Formgebung der Tragstruktur (10) während der Herstellung und/oder in einem Herstellungszustand, vorzugsweise in einer Aufnahmeeinrichtung (53), welche zumindest abschnittsweise halboffen ausgebildet ist; Bewegen des flüssigen Mediums (40) und Erzeugen einer formgebenden Oberfläche (40.1) des flüssigen Mediums (40), vorzugsweise durch Antreiben der Aufnahmeeinrichtung (53) mittels einer Antriebseinrichtung (54) oder durch Antreiben einer Vorrichtung (1), welche einen Reaktionsraum (30) umfasst, in welchem die Aufnahmeeinrichtung (53) angeordnet ist; Bereitstellen eines Reaktionswerkstoffs (W) zur Bildung der Tragstruktur (10), vorzugsweise mittels zumindest einer Einlasseinrichtung (51), wobei die zumindest eine Einlasseinrichtung (51) und die Aufnahmeeinrichtung (53) in dem Reaktionsraum (30) voneinander beabstandet angeordnet sind; Aufbringen des Reaktionswerkstoffs (W) auf die formgebende Oberfläche (40.1); Aufbauen der Tragstruktur (10) durch den aufgebrachten Reaktionswerkstoff (W). Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung (1) zur Herstellung der Tragstruktur (10), eine Tragstruktur (10) sowie ein optisches Gerät mit zumindest einer Tragstruktur (10).

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG EINER TRAGSTRUKTUR, TRAGSTRUKTUR UND OPTISCHES GERÄT MIT EINER TRAGSTRUKTUR
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Beschichtungsverfahren und betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Tragstruktur, eine Tragstruktur und ein optisches Gerät mit einer Tragstruktur.
Beschichtungsverfahren in Form physikalischer und chemischer Beschichtungsverfahren sind in zahlreichen Varianten und Anwendungen aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise wird unter dem Begriff „physikalische Gasphasenabscheidung" eine Gruppe von Beschichtungsverfahren verstanden, welche in einer Vakuumumgebung stattfinden. Hierbei wird ein Ausgangsmaterial mittels physikalischer Verfahren in den gasförmigen Aggregatszustand, das heißt in die Gasphase überführt und anschließend zu einem zu beschichtenden Substrat oder Objekt geführt. Das gasförmige Ausgangsmaterial kondensiert sodann und es bildet sich auf dem Substrat oder auf dem Objekt eine Beschichtung, welche aus dem Ausgangsmaterial in festem Aggregatszustand besteht. Derartige Verfahren kommen beispielsweise in der Mikroelektronik zum Einsatz und dienen zur Beschichtung von beispielsweise elektronischen Bauelementen aus Halbeitermaterialien.
Die so genannte „chemische Gasphasenabscheidung" betrifft eine Gruppe von Beschichtungsverfahren, bei welchen an einer Oberfläche eines Substrates oder eines Objekts aufgrund chemischer Reaktionen ein Feststoff gasförmigen Ausgangsmaterials abgeschieden und gebildet wird. Mit anderen Worten findet mindestens eine chemische Reaktion an der Oberfläche des Substrates oder des Objekts statt. In der Regel wird bei bestimmten Druck- und Temperaturverhältnissen oder in bestimmten Druck- und Temperaturbereichen eine feste Schicht des gasförmigen Materials abgeschieden.
Beschichtungsverfahren sind auch aus der Patentliteratur des Stands der Technik bekannt.
In der US-Patentanmeldung Nr. US 2003/0223135 Al wird ein Verfahren zur Herstellung eines parabolischen Membranspiegels beschrieben. Eine Flüssigkeit, die sich in einem zylindrischen Behälter befindet, wird über den zylindrischen Behälter in Rotation versetzt, um einen parabelförmigen umgekehrten Dorn zu erzeugen. Sodann erfolgt ein Gießen eines schnell aushärtenden, flüssigen Polymers in den umgedrehten Dorn, um dadurch ein Substrat des Membranspiegels zu bilden. Nachdem das Substrat ausgehärtet ist wird eine reflektierende Beschichtung gebildet, indem ein aushärtendes und spiegelndes Substrat aufgebracht wird.
In der US-Patentanmeldung Nr. US 2002/0126726 Al wird ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Membraneinrichtung („MEMS-Membran") mit integralem Spiegel und optisch gekrümmter Oberfläche beschrieben. Als Träger fungiert eine Scheibe auf Basis von Silizium („Siliziumwafer"), welche oxidiert wird, um eine isolierende Opfer-/Trennschicht zu bilden und ferner eine elektrostatische Kavität zu definieren. Eine gekrümmte optische Schicht wird auf die Opfer-/Trennschicht mittels Abscheidung durch ein Siliziumwafer-Material aufgebracht, welche sodann selektiv entfernt wird. Die Bildung der gekrümmten Oberfläche kann ferner durch Polieren oder alternativ durch Ätzen erfolgen.
Aus der veröffentlichten europäischen Patentschrift Nr. EP 1 672 394 Bl ist ein Verfahren zur Herstellung einer selektiven Membran aus Parylen bekannt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Behälters mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Öl. Die Flüssigkeit und der Rand des Behälters werden mit einer homogenen, ununterbrochenen Dünnschicht aus Parylen mittels eines Niederdruck-Ablagerungsverfahrens bedeckt. Die Schicht aus Parylen bildet die Membran und haftet am Behälter. Nach Bildung der Schicht wird die Flüssigkeit aus dem Behälter abgelassen, wobei die Dünnschicht an ihrer ursprünglichen Stelle verbleibt und somit ein zwischen den Wänden des Behälters gespannter Film aus Parylen gebildet wird. Sodann wird der Film mittels Laserabschmelzung mit Mikrolöchern versehen, um die selektive Membran zu bilden. Der Film kann auch mittels lonenätzen porös gemacht werden. Die selektive Membran dient als Filter für ein Gas oder ein anderes Fluid.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung einer Tragstruktur zum Tragen zumindest einer Funktionseinheit, vorzugsweise in Form einer optisch aktiven Beschichtung oder zumindest einer optisch aktiven Schicht, bereitzustellen. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tragstruktur zum Tragen der zumindest einen Funktionseinheit bereitzustellen, deren vorzugsweise mechanisch-strukturelle und/oder geometrische Eigenschaften verbessert sind. Zudem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Gerät mit einer solchen Tragstruktur bereitzustellen. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Spiegel, insbesondere Parabolspiegel oder sphärischen Spiegel oder Membranspiegel, mit einer vorgegebenen Brennweite, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 10, 13, 14, 19 und 20 gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele und Anwendungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Die vorliegende Erfindung betrifft nach einem ersten allgemeinen Gesichtspunkt ein Verfahren zur Herstellung einer Tragstruktur zum Tragen zumindest einer Funktionseinheit, vorzugsweise für ein optisches Gerät, in einem Reaktionsraum, umfassend: Bereitstellen eines flüssigen Mediums zur Formgebung der Tragstruktur während der Herstellung und/oder in einem Herstellungszustand, vorzugsweise in einer Aufnahmeeinrichtung, welche zumindest abschnittsweise halboffen ausgebildet ist; In Bewegung versetzen und/oder Bewegen des flüssigen Mediums und Erzeugen einer formgebenden Oberfläche des flüssigen Mediums, vorzugsweise durch Antreiben der Aufnahmeeinrichtung mittels einer Antriebseinrichtung oder durch Antreiben einer Vorrichtung, welche einen Reaktionsraum umfasst, in welchem die Aufnahmeeinrichtung angeordnet ist; Bereitstellen eines Reaktionswerkstoffs zur Bildung der Tragstruktur, vorzugsweise mittels oder über zumindest eine Einlasseinrichtung, wobei die zumindest eine Einlasseinrichtung und die Aufnahmeeinrichtung in dem Reaktionsraum voneinander beabstandet angeordnet sind; Aufbringen, vorzugsweise Abscheiden, des Reaktionswerkstoffs auf die formgebende Oberfläche; Aufbauen der Tragstruktur durch den aufgebrachten, vorzugsweise abgeschiedenen, Reaktionswerkstoff.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung stellt vorzugsweise ein Beschichtungsverfahren dar, bei welchem das Material der Beschichtung und somit der Reaktionswerkstoff die T ragstruktur ausbildet. Ferner ist das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein in Bewegung versetztes flüssiges Medium und somit eine Flüssigkeit als Form der herzustellenden Tragstruktur dient. Insbesondere trägt die sich in Bewegung befindliche Oberfläche des flüssigen Mediums zur Formgebung der Tragstruktur im Zuge ihrer Herstellung mittels des Reaktionswerkstoffs bei.
Abscheiden umfasst vorzugsweise ein direktes und/oder ein unmittelbares Übergehen oder Überführen des Reaktionswerkstoffs von einem gasförmigen Aggregatszustand in einen festen Aggregatszustand. Ein flüssiger Aggregatszustand wird somit ausgelassen. Mit dem vorliegenden Verfahren kann beispielsweise eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Tragstruktur aus einem Reaktionswerkstoff gebildet werden, welche ferner beispielsweise über ihre gesamte Erstreckung im Wesentlichen homogen ist. Die Tragstruktur kann vorzugsweise eine gewölbte oder gekrümmte Tragstruktur sein. Die Tragstruktur kann hinreichend formstabil sein, um die zumindest eine Funktionseinheit zu tragen. Die zumindest eine Funktionseinheit kann vorzugsweise eine Beschichtung oder zumindest eine Schicht sein und eine bestimmte Funktionalität gewährleisten. Beispielsweise kann die zumindest eine Funktionseinheit eine Schicht aus einem lichtreflektierendem metallischen Werkstoff, beispielsweise Aluminium oder Gold, sein.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch weitere Merkmale gekennzeichnet sein, was nachfolgend näher beschrieben wird.
Der Reaktionswerkstoff kann zumindest vor dem Aufbauen der Tragstruktur als ein gasförmiger und/oder abscheidbarer Reaktionswerkstoff ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ oder kann der Reaktionswerkstoff zumindest nach dem Aufbauen der Tragstruktur als ein fester Reaktionswerkstoff ausgebildet sein. Die hergestellte Tragstruktur kann somit vorzugsweise nach der Herstellung durch definierte geometrische Abmessungen gekennzeichnet sein und beispielsweise eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweisen. Der Reaktionswerkstoff im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise ein reaktionsfähiger Werkstoff, welcher die Tragstruktur erst durch Aufbringen, vorzugsweise Abscheiden, auf die formgebende Oberfläche vorzugsweise kontinuierlich oder vorzugsweise stetig aufbaut. Mit anderen Worten ist der Reaktionswerkstoff während des Aufbringens und/oder während des Aufbauens ein mit sich selbst reagierender, vorzugsweise chemisch reagierender, Werkstoff, welcher die Tragstruktur durch Erzeugen chemischer Bindungen aufbaut. Der Reaktionswerkstoff ist vorzugsweise ein sublimierbarer und/oder resublimierbarer Werkstoff.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren umfassen: Verdampfen, vorzugsweise mittels Erwärmen auf eine bestimmte Temperatur oder einen bestimmten Temperaturbereich, des Reaktionswerkstoffs und/oder Überführen des Reaktionswerkstoffs von einem festen Aggregatszustand in einen gasförmigen Aggregatszustand, vorzugsweise in einer Verdampfungseinrichtung, und/oder Pyrolysieren und somit Zerteilen des Reaktionswerkstoffs, vorzugsweise in einer Pyrolyseeinrichtung und bei bestimmten Druck- und Temperaturverhältnissen oder in bestimmten Druck- und Temperaturbereichen. Der Reaktionswerkstoff kann derart sein, dass er bei bestimmten Temperaturbedingungen und/oder Druckbedingungen sublimiert, das heißt von einem festen Aggregatszustand direkt in einen gasförmigen Aggregatszustand wechselt oder übergeht und umgekehrt. Der Reaktionswerkstoff kann vor allem durch Pyrolysieren in einen reaktionsfähigen Zustand gebracht werden, um die Tragstruktur durch entsprechendes Aufbauen herzustellen.
Aufbauen der Tragstruktur kann umfassen: Anreichern, vorzugsweise Adsorbieren, des Reaktionswerkstoffs an der formgebenden Oberfläche, und/oder Erzeugen von chemischen Bindungen bei dem Reaktionswerkstoff, und/oder Aufbauen der Tragstruktur in Form zumindest einer Schicht und/oder zumindest einer Membran, welche vorzugsweise eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweist und/oder im Wesentlichen homogen ausgebildet ist.
Das Aufbauen der Tragstruktur umfasst durch ein Erzeugen chemischer Bindungen somit vorzugsweise ein Verfestigen des Reaktionswerkstoffs zur Erzielung einer definierten oder hinreichenden Formstabilität.
Das in Bewegung versetzen und/oder Bewegen des flüssigen Mediums kann umfassen: Rotieren des flüssigen Mediums oder Versetzen des flüssigen Mediums in Rotation mit einer einstellbaren Geschwindigkeit, vorzugsweise mittels der Antriebseinrichtung und/oder in Abhängigkeit zumindest einer Betriebsbedingung und/oder geometrischen Größe der Tragstruktur; und/oder Ausbilden der formgebenden Oberfläche, welche zumindest abschnittsweise gewölbt oder gekrümmt, vorzugsweise paraboloidförmig und/oder konkav und somit in Form eines Paraboloids, ausgebildet ist. Vorzugsweise wird die Geschwindigkeit (Rotations-/Winkelgeschwindigkeit der Aufnahmeeinrichtung und des flüssigen Mediums in dem Zustand in welchem das flüssige Medium die Rotationsgeschwindigkeit der Aufnahmeeinrichtung angenommen hat) in Abhängigkeit von einer Brennweite des herzustellenden Spiegels eingestellt. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein: Einstellen einer Geschwindigkeit, vorzugsweise Rotationsgeschwindigkeit, der Aufnahmeeinrichtung und/oder des flüssigen Mediums in Abhängigkeit einer Brennweite eines herzustellenden Spiegels, wobei vorzugsweise das flüssige Medium im Wesentlichen die Geschwindigkeit, vorzugsweise Rotationsgeschwindigkeit, der Aufnahmeeinrichtung angenommen hat. Durch die Rotationsbewegung bildet sich die zumindest abschnittsweise gekrümmte oder gewölbte Oberfläche in vorteilhafter Weise aus.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren umfassen: Erzeugen eines Unterdrucks und/oder vorzugsweise eines Vakuums in dem Reaktionsraum zumindest vor dem Bereitstellen des Reaktionswerkstoffes, vorzugsweise mittels oder über zumindest eine Auslasseinrichtung und eine Pumpeinrichtung, wobei die Pumpeinrichtung außerhalb des Reaktionsraums angeordnet ist, und/oder wobei die zumindest eine Auslasseinrichtung und die Aufnahmeeinrichtung in dem Reaktionsraum voneinander beabstandet angeordnet sind.
Durch das Erzeugen von Unterdrück und vorzugsweise eines Vakuums kann ein Reaktionsraum bereitgestellt werden, welcher beispielsweise im Wesentlichen frei von Fremdstoffen ist. Ferner kann dadurch ein im Wesentlichen gleichmäßiges Verteilen des Reaktionswerkstoffs in dem Reaktionsraum gewährleistet werden.
Durch Erzeugen, vorzugsweise kontinuierliches Erzeugen, und/oder Bereitstellen eines Vakuums, vorzugsweise eines Hochvakuums, in dem Reaktionsraum wird somit beispielsweise ein verbessertes Aufbauen der Tragstruktur durch den Reaktionswerkstoff, vorzugsweise mittels Abscheiden aus dem gasförmigen Aggregatszustand realisiert.
Es ist möglich, dass das Verfahren umfasst: gerichtetes Verteilen des Reaktionswerkstoffs an zumindest einer definierten Stelle in dem Reaktionsraum, vorzugsweise jeweils in Richtung der formgebenden Oberfläche, vorzugsweise mittels zumindest einer Verteileinrichtung, wobei die zumindest eine Verteileinrichtung mit der zumindest einen Einlasseinrichtung verbunden ist. Die Verteileinrichtung kann beispielsweise zumindest eine Düseneinrichtung und/oder zumindest eine Leiteinrichtung umfassen, um den Reaktionswerkstoff zumindest im Bereich oder an der Verteileinrichtung in eine definierte Richtung zu leiten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren umfassen: Erfassen einer geometrischen Größe, vorzugsweise einer Dicke, der Tragstruktur während des Aufbringens des Reaktionswerkstoffs und/oder Aufbauens der Tragstruktur, vorzugsweise mittels zumindest einer Messeinrichtung zur Erfassung der geometrischen Größe, wobei die zumindest eine Messeinrichtung in dem Reaktionsraum angeordnet ist, und/oder wobei die zumindest eine Messeinrichtung und die Aufnahmeeinrichtung in dem Reaktionsraum voneinander beabstandet angeordnet sind.
Dadurch kann beispielsweise ein mehr oder weniger kontinuierliches Überwachen des Aufbauens der Tragstruktur gewährleistet werden. In Abhängigkeit der erfassten Dicke der Tragstruktur kann beispielweise ein Regeln oder Steuern des Volumenstroms des Reaktionswerkstoffs in den Reaktionsraum erfolgen. Es ist möglich, dass das Verfahren umfasst: Einstellen zumindest einer Betriebsbedingung des Verfahrens, vorzugweise mittels einer Kontrolleinrichtung, wobei die zumindest eine Betriebsbedingung zumindest eine von Folgenden umfasst: eine Temperatur in dem Reaktionsraum, eine Temperatur des Reaktionswerkstoffs vor dem Bereitstellen in den Reaktionsraum, einen Druck in dem Reaktionsraum, eine Temperatur des flüssigen Mediums; einen Zeitraum des Bereitstellens des Reaktionswerkstoffs, einen Volumenstrom des Reaktionswerkstoffs, und/oder eine Antriebs-Geschwindigkeit der Aufnahmeeinrichtung, und/oder einen Volumenstrom des Reaktionswerkstoffs.
Die vorliegende Erfindung betrifft nach einem zweiten allgemeinen Gesichtspunkt eine Tragstruktur zum Tragen zumindest einer Funktionseinheit, vorzugsweise für ein optisches Gerät, wobei die Tragstruktur nach einem Verfahren wie hierin offenbart hergestellt ist, wobei die Tragstruktur zumindest in dem Herstellungszustand zumindest abschnittsweise formstabil ist, und/oder wobei die Tragstruktur reversibel faltbar und/oder reversibel zusammenrollbar ist.
Mit anderen Worten kann die Tragstruktur aufgrund ihrer geometrischen und/oder mechanischstrukturellen Eigenschaften gefaltet und/oder zusammengerollt werden und nach einem Auffalten oder Ausrollen wieder ihre ursprüngliche geometrische Ausbildung einnehmen.
Die Tragstruktur kann, wie bereits beschrieben, zumindest abschnittsweise gewölbt oder gekrümmt, vorzugsweise paraboloidförmig und somit in Form eines Paraboloids, ausgebildet sein, und/oder die Tragstruktur kann aus einem Reaktionswerkstoff ausgebildet sein, welcher ein Parylen und/oder zumindest ein Derivat auf Basis von einem Parylen umfasst. Mit anderen Worten kann der Reaktionswerkstoff zumindest einen Werkstoff aus der Gruppe der Poly-p-xylylene und/oder deren Derivate umfassen.
Vorzugsweise ist die zumindest eine Funktionseinheit auf einer konkaven Oberfläche einer gewölbten oder gekrümmten Tragstruktur so ausgebildet, dass die Tragstruktur und die auf ihr ausgebildete zumindest eine Funktionseinheit einen Spiegel, insbesondere Parabolspiegel, sphärischen Spiegel oder Membranspiegel, mit einer vorgegebenen Brennweite bilden.
Die Tragstruktur kann zumindest eine Funktionseinheit tragen, wobei die zumindest eine Funktionseinheit zumindest eine Beschichtung oder zumindest eine Schicht umfassen, welche im Wesentlichen aus einem metallischen Werkstoff und/oder aus einem lichtreflektierenden Werkstoff ausgebildet ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft nach einem dritten allgemeinen Gesichtspunkt ein optisches Gerät, vorzugsweise ein optisches Teleskop oder einen optischen Membranspiegel, mit zumindest einer Tragstruktur zum Tragen zumindest einer Funktionseinheit, wobei die Tragstruktur wie hierin offenbart hergestellt und/oder ausgebildet ist und wobei die zumindest eine Funktionseinheit wie hierin offenbart und/oder ausgebildet ist. Das optische Gerät kann beispielsweise in einer Vakuumumgebung und/oder in einer Tieftemperaturumgebung, beispielsweise im Weltraum, eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft nach einem vierten allgemeinen Gesichtspunkt eine Vorrichtung zur Herstellung einer Tragstruktur zum Tragen zumindest einer Funktionseinheit, vorzugsweise für ein optisches Gerät, wobei die Vorrichtung vorzugsweise konfiguriert ist, ein Verfahren wie hierin offenbart auszuführen, umfassend: einen Reaktionsraum, welcher durch einen Reaktionsbehälter gebildet wird und in welchem die Tragstruktur herstellbar ist; eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme eines flüssigen Mediums dienend der Formgebung oder zur Formgebung der Tragstruktur während der Herstellung und/oder in einem Herstellungszustand, wobei die Aufnahmeeinrichtung in dem Reaktionsraum angeordnet ist und/oder zumindest abschnittsweise halboffen ausgebildet ist; zumindest eine Einlasseinrichtung zur Bereitstellung eines Reaktionswerkstoffs in den Reaktionsraum und Bildung der Tragstruktur, wobei vorzugsweise die zumindest eine Einlasseinrichtung und die Aufnahmeeinrichtung in dem Reaktionsraum voneinander beabstandet angeordnet sind; wobei die Aufnahmeeinrichtung eine Antriebseinrichtung umfasst oder mit einer Antriebseinrichtung gekoppelt ist, um ein aufgenommenes flüssiges Medium in Bewegung zu versetzen und/oder zu bewegen und um so eine formgebende Oberfläche des flüssigen Mediums zu erzeugen, wobei der Reaktionsraum und/oder zumindest die zumindest eine Einlasseinrichtung zum Aufbringen des Reaktionswerkstoffs auf die formgebende Oberfläche konfiguriert ist, um die Tragstruktur durch diesen aufzubauen.
Die Antriebseinrichtung kann konfiguriert sein, die Aufnahmeeinrichtung mit einer einstellbaren Geschwindigkeit rotatorisch, das heißt rotierend anzutreiben, vorzugsweise in Abhängigkeit zumindest einer Betriebsbedingung, wenn sich die Vorrichtung im Betrieb befindet. Die Aufnahmeeinrichtung kann halboffen, vorzugsweise halboffen zylinderförmig, tellerförmig oder schalenförmig ausgebildet sein. Es ist möglich, dass die Aufnahmeeinrichtung zumindest abschnittsweise gewölbt oder gekrümmt ausgebildet ist. Die Aufnahmeeinrichtung kann eine umlaufende Kante oder einen umlaufenden Rand aufweisen, welcher zur Begrenzung der Menge und somit des Volumens an aufgenommenem flüssigem Medium dient. Vorzugsweise kann in der Aufnahmeeinrichtung eine definierte Menge an flüssigem Medium aufgenommen sein, sodass die Oberfläche des flüssigen Mediums während des Bewegens der Aufnahmeeinrichtung und somit während des Bewegens des flüssigen Mediums im Wesentlichen bündig und/oder im Wesentlichen stetig auf die umlaufende Kante oder auf den umlaufenden Rand übergeht. Dadurch wird beispielsweise ein Ausbilden von unerwünschten Wölbungen an der Tragstruktur vermieden.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zumindest eine Lagereinrichtung zur Lagerung der Aufnahmeeinrichtung umfasst, wobei die zumindest eine Lagereinrichtung zur im Wesentlichen vibrationsfreien oder hinreichend vibrationsfreien Lagerung der Aufnahmeeinrichtung konfiguriert ist, vorzugsweise zumindest ein Magnetlager oder zumindest ein hydrostatisches Lager, umfasst. Dadurch kann beispielsweise die Qualität der hergestellten Tragstruktur weiter verbessert werden, nachdem keine oder zumindest kaum schädliche Störungen infolge zeitabhängiger mechanischer Belastungen während der Herstellung auftreten können.
Es ist möglich, dass die Vorrichtung zumindest eine Barriereeinrichtung zum Schutz der zumindest Lagereinrichtung umfasst, um ein Eindringen des Reaktionswerkstoffs in die zumindest eine Lagereinrichtung zu verhindern, wobei die zumindest eine Barriereeinrichtung die zumindest eine Lagereinrichtung umschließt und/oder zumindest eine Labyrinthdichtung und/oder zumindest eine Flüssigkeitsdichtung umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine Beschichtungseinrichtung zur Beschichtung der Tragstruktur mit einem beschichtbaren Werkstoff, das heißt einem Beschichtungswerkstoff, vorzugsweise auf Basis eines metallischen Werkstoffs, umfasst, um die zumindest eine Funktionseinheit an der Tragstruktur auszubilden.
Die vorliegende Erfindung betrifft nach einem fünften allgemeinen Gesichtspunkt ein Verfahren zur Herstellung eines Spiegels, insbesondere eines Paraboi- oder sphärischen Spiegels, der zumindest eine Tragstruktur zum Tragen zumindest einer Funktionseinheit aufweist, umfassend: Herstellen der Tragstruktur wie hierin offenbart, und Aufbringen oder Beschichten zumindest einer Funktionseinheit auf einer konkaven Seite einer gewölbten oder gekrümmten Oberfläche der zumindest einen Tragstruktur, wobei die zumindest eine Funktionseinheit zumindest eine Beschichtung oder zumindest eine Schicht umfasst, welche aus einem metallischen Werkstoff und/oder aus einem lichtreflektierenden Werkstoff ausgebildet ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft nach einem sechsten allgemeinen Gesichtspunkt einen Spiegel, vorzugsweise Paraboi- oder sphärischer Spiegel, welcher vorzugsweise nach dem Verfahren wie hierin offenbart hergestellt ist, aufweisend: zumindest eine Tragstruktur, wobei die zumindest Tragstruktur wie hierin offenbart hergestellt und/oder ausgebildet ist, und zumindest eine Funktionseinheit, die auf einer konkaven Seite einer gewölbten oder gekrümmten Oberfläche der Tragstruktur ausgebildet ist, wobei die zumindest eine Funktionseinheit vorzugsweise eine Beschichtung oder zumindest eine Schicht umfasst, welche aus einem metallischen Werkstoff und/oder aus einem lichtreflektierenden Werkstoff ausgebildet ist.
Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen rein auf die erfindungsgemäße Vorrichtung gerichtete und/oder damit in Zusammenhang offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein und umgekehrt.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere oder andere Einzelheiten und vorteilhafte Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Herstellung der Tragstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung und in einer Schnittansicht;
Fig. 2 einen Ausschnitt der Tragstruktur aus Figur 1 (Ausschnitt Z in Figur 1) in vergrößerter Darstellung;
Fig. 3 ein Beispiel für eine Tragstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung;
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm für ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung der Tragstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung. Gleiche oder funktional äquivalente Komponenten oder Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Zu deren Erläuterung wird teilweise auch auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele und/oder Figuren verwiesen, um Wiederholungen zu vermeiden.
Die folgende detaillierte Beschreibung der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele dient zur näheren Veranschaulichung oder Verdeutlichung und soll den Umfang der vorliegenden Erfindung in keiner Weise beschränken.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 zur Herstellung der erfindungsgemäßen Tragstruktur 10 oder eines erfindungsgemäßen Spiegels mit vorgegebener Brennweite in einer schematischen Darstellung. Die Vorrichtung 1 ist zur Veranschaulichung in einer Schnittansicht dargestellt.
Die Vorrichtung 1 umfasst einen Reaktionsraum 30. In dem Reaktionsraum 30 kann unter jeweiligen Betriebsbedingungen die Tragstruktur 10 aus einem Reaktionswerkstoff W nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wie hierin offenbart hergestellt werden. Die Tragstruktur 10 dient zum Tragen einer Funktionseinheit 20, wobei die Funktionseinheit 20 vorzugsweise eine Beschichtung oder zumindest eine Schicht aus einem lichtreflektierenden Werkstoff umfasst.
Im Folgenden wird zunächst der Reaktionswerkstoff W und die Vorrichtung 1 anhand der Figuren 1 und 2 beschrieben.
Der Reaktionswerkstoff W zur Bildung der Tragstruktur 10 ist vorzugsweise ein abscheidbarer Reaktionswerkstoff W. Vorzugsweise ist der Reaktionswerkstoff W ein Werkstoff oder ein Gemisch von mehreren unterschiedlichen Werkstoffen, mittels welchem unter Anwendung und/oder nach dem Prinzip der so genannten chemischen Gasphasenabscheidung (engl. „Chemical Vapour Deposition" - CVD) die Tragstruktur 10 gebildet werden kann. Vorzugsweise weist der Reaktionswerkstoff W gute dielektrische Eigenschaften und/oder einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und/oder einen geringen Dampfdruck auf. Vorzugsweise umfasst der Reaktionswerkstoff W zumindest einen Werkstoff aus der Gruppe der Poly-p-xylylene und/oder deren Derivate (auch als „Parylene" bezeichnet).
Zur Bildung des Reaktionsraums 30 umfasst die Vorrichtung 1 einen Reaktionsbehälter 50. Der Reaktionsbehälter 50 grenzt den Reaktionsraum 30 gegenüber einer Umgebung und/oder gegenüber einer Atmosphäre ab, sodass in dem Reaktionsraum 30 entsprechende Betriebsbedingungen vor der und/oder während der Herstellung der Tragstruktur 10 verändert, vorzugsweise mittels einer Regelung definiert eingestellt, werden können. Mit anderen Worten isoliert der Reaktionsbehälter 50 den Reaktionsraum 30 gegenüber der Umgebung. Dadurch wird ein Reaktionsraum 30 zur Herstellung der Tragstruktur 10 geschaffen, welcher hinsichtlich der Betriebsbedingungen gezielt, das heißt definiert, eingestellt werden kann.
Der Reaktionsbehälter 50 umfasst zumindest ein erstes Behältergehäuseteil 50.1 und ein zweites Behältergehäuseteil 50.2 entsprechender Wandung. Sowohl das erste Behältergehäuseteil 50.1 als auch das zweite Behältergehäuseteil 50.2 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch und/oder zumindest abschnittsweise hohlzylinderförmig ausgebildet. Ein maximaler und/oder resultierender innerer Durchmesser des ersten Behältergehäuseteils 50.1 und/oder des zweiten Behältergehäuseteils 50.2 kann beispielsweise ca. 40 Zentimeter oder mehr betragen. Es ist möglich, dass das Behältergehäuse 50 mehrteilig und/oder nicht-rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Das erste Behältergehäuseteil 50.1 und/oder das zweite Behältergehäuseteil 50.2 kann jeweils aus einem metallischen Werkstoff und/oder mit einer Isolierung ausgebildet sein.
Über jeweils vorzugsweise einen Flansch mit entsprechender umlaufender Dichtung (in der Figur 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gekennzeichnet) sind die beiden Behältergehäuseteile 50.1 und 50.2 miteinander verbunden und schließen den Reaktionsraum 30 hinreichend ab. Mit anderen Worten kann das zweite Behältergehäuseteil 50.2 von dem ersten Behältergehäuseteil 50.1 demontiert werden. Die beiden Behältergehäuseteile 50.1 und 50.2 bilden zusammen einen Reaktionskessel.
Zur Vermeidung von mechanischen Belastungen, beispielsweise in Form von Vibrationen/Schwingungen oder Stößen, welche in die Struktur des Reaktionsbehälters 50 und somit in den Reaktionsraum 30 eingeleitet werden könnten und den Herstellungsprozess der Tragstruktur 10 stören würden, kann die Vorrichtung 1 zumindest eine Dämpfungseinrichtung 57 umfassen. Die zumindest eine Dämpfungseinrichtung 57 ist vorzugsweise an einer gegenüber dem Reaktionsraum 30 äußeren Seite (Außenseite) der Bodenwand des ersten Behältergehäuseteils 50.1 angeordnet und kann den Reaktionsbehälter 50 beispielsweise gegenüber einem Fundament oder gegenüber einer Montagestruktur abstützen und zugleich die Einleitung oder Übertragung mechanischer Belastungen wie oben beschrieben reduzieren oder vorzugsweise vermeiden. Somit wird beispielsweise ein gegenüber äußeren mechanischen Belastungen störungsfreier Herstellungsprozess der Tragstruktur 10 gewährleistet. Innerhalb des Reaktionsraums 30 ist eine Aufnahmeeinrichtung 53 zur Aufnahme eines flüssigen Mediums 40 angeordnet. Das flüssige Medium 40 und vorzugsweise die Oberfläche 40.1 des flüssigen Mediums 40 dient erfindungsgemäß in einem bestimmten Zustand zur Formgebung der Tragstruktur 10 während der Herstellung und/oder in einem Herstellungszustand der Tragstruktur 10, was nachfolgend noch näher beschrieben wird.
Die Aufnahmeeinrichtung 53 ist halboffen ausgebildet und gewährleistet somit eine Zugänglichkeit des flüssigen Mediums 40, insbesondere der Oberfläche 40.1. Die Aufnahmeeinrichtung 53 ist vorzugsweise im Wesentlichen tellerförmig oder im Wesentlichen schalenförmig und/oder vorzugsweise in Bezug auf eine Rotationsachse (siehe hierzu die Strichpunktlinie in Figur 1) im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet. In Bezug auf das vorliegende Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Aufnahmeeinrichtung 53 vorzugsweise als Drehteller mit einer außenliegenden und/oder umlaufenden Kante 53.2 ausgebildet. Die Kante 53.2 begrenzt eine Oberfläche 53.1 der Aufnahmeeinrichtung 53, welche mit dem flüssigen Medium 40 in Kontakt tritt und/oder dieses aufnimmt. Die Oberfläche 53.1 der Aufnahmeeinrichtung 53 ist abgesehen von einem im Wesentlichen kreisringförmigen Abschnitt im Bereich der Kante 53.2 im Wesentlichen gewölbt und/oder im Wesentlichen gekrümmt ausgebildet. Beispielsweise kann die Oberfläche 53.1 zumindest abschnittsweise im Wesentlichen in Form eines Paraboloids ausgebildet sein. Die Aufnahmeeinrichtung 53, und vorzugsweise die umlaufende Kante 53.2, kann beispielsweise einen inneren Durchmesser von ca. 30 Zentimetern oder mehr aufweisen. Damit kann eine Tragstruktur 10 von beispielsweise zumindest ca. 30 Zentimeter Durchmesser oder mehr hergestellt werden. Vorzugsweise ist die Oberfläche 53.1 der Aufnahmeeinrichtung 53 im Wesentlichen glatt. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei der Aufnahmeeinrichtung 53 an der Oberfläche 53.1 zumindest abschnittsweise radial nach innen verlaufende Rippen und/oder Sicken angeordnet sind, welche dazu dienen, das flüssige Medium 40 infolge einer Drehbewegung der Aufnahmeeinrichtung 53 in Drehbewegung zu versetzen und somit das flüssige Medium 40 zu bewegen.
Vorzugsweise umfasst die Aufnahmeeinrichtung 53 an ihren äußeren Seiten, das heißt an ihren äußeren Oberflächen, vorzugsweise zumindest abseits der Oberfläche 53.1 des aufgenommenen flüssigen Mediums 40, eine Beschichtung, welche in Bezug auf den Reaktionswerkstoff W nicht haftend ist. Beispielsweise ist die Aufnahmeeinrichtung 53 mit einem Paraffin oder besonders bevorzugt mit Polytetrafluorethylen (abgekürzt „PTFE") beschichtet. Es ist in diesem Zusammenhang möglich, dass auch die inneren Seiten der Behältergehäuseteile 50.1 und 50.2 und somit die jeweiligen inneren Oberflächen der Behältergehäuseteile 50.1 und 50.2, sowie die Komponenten und Elemente der Vorrichtung 1 innerhalb des Reaktionsbehälters 50 mit einem Paraffin oder vorzugsweise mit Polytetrafluorethylen (abgekürzt „PTFE") beschichtet sind. Dadurch wird beispielsweise gewährleistet, dass der Reaktionswerkstoff W, welcher sich abseits des flüssigen Mediums 40, das heißt abseits der Oberfläche 40.1 des flüssigen Mediums 40 in dem Reaktionsraum 30 abgelagert oder verteilt hat, auf einfachere Weise entfernt werden kann.
Die Aufnahmeeinrichtung 53 ist an einer inneren Seite der Bodenwand des ersten Behältergehäuseteils 50.1 und somit innerhalb des Reaktionsbehälters 50 drehbar und antreibbar gelagert und kann im Zuge der Herstellung der Tragstruktur 10 unter Verwendung einer Regelung und/oder Steuerung in Abhängigkeit zumindest einer Betriebsbedingung in Bewegung versetzt werden. Die Aufnahmeeinrichtung 53 kann hierzu mittels einer Antriebseinrichtung 54 verbunden oder an der Antriebseinrichtung 54 montiert sein.
Die Antriebseinrichtung 54 kann beispielsweise als ein Elektromotor ausgebildet sein oder einen Elektromotor umfassen. Alternativ kann die Antriebseinrichtung 54 beispielsweise als eine magnetische Antriebseinheit ausgebildet sein oder eine magnetische Antriebseinheit umfassen, welche von einem sich bewegenden Magnetfeld, vorzugsweise rotierenden Magnetfeld, innerhalb der Reaktionsbehälters 50 oder außerhalb des Reaktionsbehälters 50 angetrieben wird.
Die Antriebseinrichtung 54 ist vorzugsweise konfiguriert, im Zuge einer Regelung und/oder Steuerung über einen definiert eingestellten Zeitraum hinweg eine im Wesentlichen konstante Drehbewegung und somit eine im Wesentlichen konstante Drehzahl pro Zeitintervall bereitzustellen, um mit dieser wiederum eine im Wesentlichen konstante Drehbewegung der Aufnahmeeinrichtung 53 zu gewährleisten. Mit anderen Worten wird mittels der Antriebseinrichtung 54 eine im Wesentlichen konstante Drehgeschwindigkeit n53 der Aufnahmeeinrichtung 53 realisiert. Wie bereits oben beschrieben, dient die Aufnahmeeinrichtung 53 einerseits zur Aufnahme des flüssigen Mediums 40. Hierbei umfasst die Aufnahmeeinrichtung 53 die Oberfläche 53.1, welche mit dem flüssigen Medium 40 kontaktiert. Aufgrund der Drehbewegung der Aufnahmeeinrichtung 53 wird wiederum das darin aufgenommene flüssige Medium 40 in Bewegung versetzt. Mit anderen Worten stellt sich beim Antrieb der Aufnahmeeinrichtung 53 ein rotierendes und somit sich bewegendes flüssiges Medium 40 ein, dessen resultierende und/oder idealisierte Geschwindigkeit in Figur 1 vereinfacht mit „n40" gekennzeichnet ist. Eine resultierende Drehachse der Aufnahmeeinrichtung 53 kann herbei im Wesentlichen parallel zur Schwerkraft, das heißt Gravitationskraft ausgerichtet und/oder angeordnet sein. Dies wird vorzugsweise durch eine Lagereinrichtung 55 der Aufnahmeeinrichtung 53 gewährleistet, welche im Folgenden noch näher beschrieben wird. Durch die Drehbewegung der der Aufnahmeeinrichtung 53 wird das flüssige Medium 40 aufgrund ihrer Masse und somit wirkender Zentrifugalkräfte zumindest teilweise in Richtung der Kante 53.2 der Aufnahmeeinrichtung 53 „gedrückt" und es bildet sich eine formgebende, gewölbte oder gekrümmte Oberfläche 40.1 des flüssigen, in Bewegung befindlichen Mediums 40, vorzugsweise im Wesentlichen in Form eines Paraboloids. Die Form des Paraboloids hängt hierbei insbesondere von der Drehgeschwindigkeit n53. Insbesondere wird die Drehgeschwindigkeit n53 (Rotations-/Winkelgeschwindigkeit) in Abhängigkeit von der Brennweite eines mit der Vorrichtung 1 herzustellenden Spiegels eingestellt. Mit anderen Worten ergibt sich durch die Rotation der Masse des flüssigen Mediums 40 in der Aufnahmeeinrichtung 53 unter dem Einfluss von Schwerkraft und Zentrifugalkraft infolge der Drehbewegung eine im Wesentlichen parabolische Oberfläche 40.1 des flüssigen Mediums 40 als formgebende Oberfläche 40.1 für die herzustellende Tragstruktur 10.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, anstelle der Aufnahmeeinrichtung 53 die Vorrichtung 1 und vorzugsweise den Reaktionsbehälter 50 mitsamt den innerhalb des Reaktionsbehälters 50 angeordneten Komponenten und Elementen insgesamt in eine Drehbewegung zu versetzen. Eine resultierende Drehachse kann hierbei im Wesentlichen parallel zur Schwerkraft, das heißt Gravitationskraft ausgerichtet und/oder angeordnet sein.
Das flüssige Medium 40 ist vorzugsweise ein flüssiges Medium 40 mit vergleichsweise hoher Dichte und/oder hoher Viskosität. Dadurch lassen sich beispielsweise auch mechanische Belastungen oder Störungen, vorzugsweise auf der Oberfläche 40.1 zur Formgebung der Tragstruktur 10 verringern oder im Wesentlichen vermeiden, zum anderen wird dadurch die Bildung derTragstruktur 10 durch den Reaktionswerkstoff W auf der Oberfläche 40.1 vereinfacht oder erleichtert, was nachfolgend noch näher beschrieben wird.
Beispielsweise kann das flüssige Medium 40 eine ionische Flüssigkeit, ein flüssiges Polymer, ein paraffinischer Kohlenwasserstoff oder beispielsweise ein Polyphenylether in flüssigem Aggregatszustand sein. Das flüssige Medium 40 kann vorzugsweise einen niedrigen Dampfdruck bei Raumtemperatur aufweisen, wobei die Raumtemperatur im Sinne der vorliegenden Erfindung ca. 293,15 Kelvin, das heißt ca. 20 Grad Celsius beträgt.
Innerhalb des Reaktionsbehälters 50 kann die Aufnahmeeinrichtung 53 vorzugsweise eine Lagereinrichtung 55 aufweisen, welche zusätzlich oder alternativ zu der zumindest einen Dämpfungseinrichtung 57 der Vorrichtung 1 mechanische Belastungen reduziert oder vorzugsweise vermeidet. Die Lagereinrichtung 55 kann beispielsweise als zumindest ein hydrostatisches Lager oder als zumindest ein magnetisches Lager ausgebildet sein, oder zumindest ein hydrostatisches Lager oder zumindest ein magnetisches Lager umfassen. Das Arbeitsmedium des hydrostatischen Lagers kann vorzugsweise ein Öl sein oder auf einem Öl basieren. Mit anderen Worten umfasst die Vorrichtung 1 eine Lagereinrichtung 55 zur Lagerung der Aufnahmeeinrichtung 53, wobei die Lagereinrichtung 55 zur im Wesentlichen vibrationsfreien Lagerung der Aufnahmeeinrichtung 53 konfiguriert ist.
Um die Lagereinrichtung 55 insbesondere vor einem Eindringen des Reaktionswerkstoffs W zu schützen und somit Verschleiß und/oder Beschädigungen der Lagereinrichtung 55 zu vermeiden, umfasst die Vorrichtung 1 eine Barriereeinrichtung 56 zum Schutz der Lagereinrichtung 55. Die Barriereeinrichtung 56 ummantelt vorzugsweise die Lagereinrichtung 55 derart, dass ein Kontakt mit dem Reaktionswerkstoff W vermieden wird oder nicht möglich ist. Mit anderen Worten kann die Barriereeinrichtung 56 zur Abschottung der Lagereinrichtung 55 von dem Reaktionsraum 30 konfiguriert sein. Hierzu kann die Barriereeinrichtung 56 zumindest eine Labyrinthdichtung und/oder zumindest eine Flüssigkeitsdichtung umfassen. Die Flüssigkeitsdichtung kann als Flüssigkeitsbarriere beispielsweise den Reaktionswerkstoff W, welcher nicht zur Bildung der Tragstruktur 10 beigetragen und sich in dem Reaktionsraum 30 entsprechend verteilt hat, zumindest teilweise aufnehmen. Die Flüssigkeit der Flüssigkeitsbarriere lässt sich beispielsweise sodann abpumpen und aus dem Inneren des Reaktionsbehälters 50, das heißt aus dem Reaktionsraum 30 auf einfache Art und Weise entfernen. Es versteht sich, dass die Barriereeinrichtung 56 konfiguriert ist, auch die Antriebseinrichtung 54 vor dem Reaktionswerkstoff W zu schützen.
Zur Zuführung des Reaktionswerkstoffs W in den Reaktionsraum 30 umfasst der Reaktionsbehälter 50 der Vorrichtung 1 und hierbei das zweite Behältergehäuseteil 50.2 zumindest eine Einlasseinrichtung 51. Die Einlasseinrichtung 51 ist vorzugsweise von der Aufnahmeeinrichtung 53 beabstandet, das heißt mit einem gewissen Abstand angeordnet, um eine im Wesentlichen homogene Verteilung des Reaktionswerkstoffs W im Zuge der Herstellung der Tragstruktur 10 zu gewährleisten. Um eine verbesserte Verteilung des Reaktionswerkstoffs W in dem Reaktionsraum 30 und hin zu der Oberfläche 40.1 des flüssigen Mediums 40 zu erzielen, kann sich in dem Reaktionsraum 30 an der Einlasseinrichtung 51 und somit im Inneren des Reaktionsbehälters 50 eine Verteileinrichtung 100 befinden und mit der Einlasseinrichtung 51 verbunden sein, das heißt fluidmechanisch verbunden sein. Die Verteileinrichtung 100 kann beispielsweise rohrförmig ausgebildet sein und sich beispielsweise bis zu einer gewissen Länge im Wesentlichen geradlinig erstrecken. Die Verteileinrichtung 100 kann zusätzlich oder alternativ zumindest abschnittsweise gekrümmt ausgebildet sein. Die Verteileinrichtung 100 weist zumindest eine Einlassöffnung, vorzugsweise mehrere Einlassöffnungen, auf, durch welche der Reaktionswerkstoff W im Zuge der Herstellung der Tragstruktur 10 an einer bestimmten Stelle ST in den Reaktionsraum 30 strömen kann. Die mehreren Einlassöffnungen sind bei der Verteileinrichtung 100 in Figur 1 vereinfacht als schwarze Punkte dargestellt und nicht näher gekennzeichnet. Es ist möglich, dass die Verteileinrichtung 100 zumindest teilweise oder insgesamt anstelle der Einlassöffnungen Ventileinrichtungen und/oder Propellereinrichtungen aufweist, welche zur Veränderung der kinetischen Energie des Reaktionswerkstoffs W vor und/oder nach dem Eintritt in den Reaktionsraum 30 und/oder zu einer zielgerichteten Verteilung des Reaktionswerkstoffs W in dem Reaktionsraum 30 beitragen.
Außerhalb des Reaktionsbehälters 50 ist die Einlasseinrichtung 51 fluidmechanisch mit einer Verdampfungseinrichtung 60 und vorzugsweise mit einer Pyrolyseeinrichtung 70 verbunden. Die Pyrolyseeinrichtung 70 ist fluidmechanisch zwischen der Verdampfungseinrichtung 60 und der Einlasseinrichtung 51 angeordnet. Die Verdampfungseinrichtung 60 dient zum Erwärmen und Verdampfen und insbesondere zum Sublimieren des Reaktionswerkstoffs W, also dem direkten Überführen des Reaktionswerkstoffs W von einem festen Aggregatszustand in einen gasförmigen Aggregatszustand.
Der Reaktionswerkstoff W basiert auf oder umfasst vorzugsweise, wie bereits oben beschrieben, einen Werkstoff aus der Gruppe der Parylene und kann beispielsweise nach dem so genannten Gorham-Verfahren verarbeitet werden, um die Tragstruktur 10 auszubilden.
Zu Beginn der Herstellung der Tragstruktur 10 liegt der Reaktionswerkstoff W in der Verdampfungseinrichtung 60 vorzugsweise als ein festes, granuläres Rohmaterial vor. Dieses Rohmaterial wird auch als „Dimer" bezeichnet und betrifft chemisch gesehen weitgehend stabile „Dimer-Moleküle" des Reaktionswerkstoffs W. In der Verdampfungseinrichtung 60 wird der Reaktionswerkstoff W vorzugsweise von dem festen Aggregatszustand in den gasförmigen Aggregatszustand überführt. Mit anderen Worten ist die Verdampfungseinrichtung 60 konfiguriert, den Reaktionswerkstoff W mit Wärme zu behandeln, sodass der Reaktionswerkstoff W sublimiert. Dies kann beispielsweise in einem Temperaturbereich zwischen ca. 120 Grad Celsius und ca. 180 Grad Celsius, bei ca. einem bar Umgebungsdruck, stattfinden. Hierzu weist die Verdampfungseinrichtung 60 eine entsprechend konfigurierte Heizeinheit auf, welche in Figur 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt und nicht gekennzeichnet ist. Der Reaktionswerkstoff W verdampft somit in ein dimeres Gas.
Die Pyrolyseeinrichtung 70 ist konfiguriert, den Reaktionswerkstoff W und vorzugsweise den verdampften und/oder gasförmigen Reaktionswerkstoff W zu pyrolysieren, das heißt thermochemisch zu spalten und in eine hoch reaktionsfähige monomere Form umzuwandeln. Mit anderen Worten umfasst die Pyrolyseeinrichtung 70 eine Hochtemperaturzone, um aus dem gasförmigen Reaktionswerkstoff W so genannte reaktionsfähige Monomere des Reaktionswerkstoffs W zu generieren. Die Temperatur in der Pyrolyseeinrichtung 70 kann beispielsweise ca. 690 Grad Celsius betragen.
Über die Einlasseinrichtung 51 gelangt sodann der Reaktionswerkstoff W in einem aktivierten gasförmigen Zustand in den Reaktionsraum 30 des Reaktionsbehälters 50.
Es ist bei einem weiteren oder alternativen Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 möglich, dass zwischen der Verdampfungseinrichtung 60 und der Pyrolyseeinrichtung 70 zumindest eine regelbare und/oder steuerbare Ventileinrichtung angeordnet ist, welche fluidmechanisch mit der Verdampfungseinrichtung 60 und mit der Pyrolyseeinrichtung 70 verbunden ist. Die zumindest eine Ventileinrichtung kann konfiguriert sein, insbesondere den Volumenstrom des Reaktionswerkstoffs W in Abhängigkeit zumindest einer Betriebsbedingung und/oder im Zuge der Regelung und/oder Steuerung der Vorrichtung 1 definiert einzustellen. Beispielsweise kann durch die Ventileinrichtung realisiert werden, eine so genannte Wachstumsrate der Tragstruktur 10 durch Anreichern des Reaktionswerkstoffs W zu regeln und/oder zu steuern und vorzugsweise eine Herstellung der Tragstruktur 10 bei definierter Rate, das heißt bei einem definierten Volumenstrom an Reaktionswerkstoff W zu starten.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass neben einer Einlasseinrichtung 51 eine zweite Einlasseinrichtung 51 oder mehr als zwei weitere Einlasseinrichtungen 51 an dem Reaktionsbehälter 50 und hier vorzugsweise an dem zweiten Behältergehäuseteil 50.2 ausgebildet sind.
Neben zumindest einer Einlasseinrichtung 51 umfasst die Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zumindest eine Auslasseinrichtung 52. Die Auslasseinrichtung 52 ist an dem Reaktionsbehälter 50 und hier vorzugsweise an dem ersten Behältergehäuseteil 50.1 ausgebildet. Mit anderen Worten ist die zumindest eine Auslasseinrichtung 52 in Bezug auf die Aufnahmeeinrichtung 53 auf einer der zumindest einen Einlasseinrichtung 51 gegenüberliegenden Seite an dem Reaktionsbehälter 50 angeordnet. Über die Auslasseinrichtung 52 wird in dem Reaktionsbehälter 50 und somit in dem Reaktionsraum 30 im Zuge der Herstellung derTragstruktur 10 ein Unterdrück und vorzugsweise ein Vakuum erzeugt. Die Auslasseinrichtung 52 ist hierbei mit einer Pumpeinrichtung 80 in Form einer Vakuumpumpe verbunden. Die Pumpeinrichtung 80 ist konfiguriert, in dem Reaktionsbehälter 50, das heißt in dem Reaktionsraum 30 einen Unterdrück und vorzugsweise ein Vakuum zu erzeugen. Mit anderen Worten ist die Pumpeinrichtung 80 konfiguriert, den Reaktionsraum 30 zumindest vor und vorzugsweise während der Herstellung der Tragstruktur 10 hinreichend zu evakuieren, sodass zumindest eine ordnungsgemäße und/oder bestimmungsgemäße Funktionalität und Sicherheit der Vorrichtung 1 zur Herstellung der Tragstruktur 10 gewährleistet ist. Somit wird der Reaktionsraum 30 beispielsweiseweitgehend oder im Wesentlichen von Fremdstoffen, welche die Herstellung, das heißt den Herstellprozess stören und somit die Qualität derTragstruktur 10 negativ beeinflussen könnten, befreit. Zudem wird durch die kontinuierliche Bildung eines Vakuums in dem Reaktionsbehälter 50 eine im Wesentlichen gleichmäßige und/oder homogene Verteilung des Reaktionswerkstoffs W über der formgebenden Oberfläche 40.1 des sich bewegenden flüssigen Mediums 40 gewährleistet. Beispielsweise können mittels der Pumpeinrichtung 80 Drücke in dem Reaktionsraum 30 von weniger als 100 Pascal, vorzugsweise weniger als 10 Pascal und besonders bevorzugt weniger als 0,1 Pascal ausgebildet werden. Für eine weitere Verarbeitung und/oder Bearbeitung der hergestellten Tragstruktur 10 in Form des Beschichtens der Tragstruktur 10 mit einem Beschichtungswerkstoff B zur Bildung der Funktionseinheit 20 kann die Pumpeinrichtung 80 zur Erzeugung eines Drucks in dem Reaktionsraum 30 konfiguriert sein, welcher vorzugsweise in einem Bereich zwischen ca. 0,0001 Pascal und ca. 0,001 Pascal liegt.
Zwischen der Auslasseinrichtung 52 und der Pumpeinrichtung 80 ist vorzugsweise eine Kühleinrichtung 130 angeordnet, welche mit der Auslasseinrichtung 52 und mit der Pumpeinrichtung 80 fluidmechanisch verbunden ist. Die Kühleinrichtung 130 ist konfiguriert, über die zumindest eine Auslasseinrichtung 52 austretenden Reaktionswerkstoff W abzukühlen, bei beispielsweise weniger als -50 Grad Celsius, und in einen festen Aggregatszustand zu überführen, sodass der Reaktionswerkstoff W daran gehindert wird, weiter zu der Pumpeinrichtung 80 zu strömen, in die Pumpeinrichtung 80 einzudringen und diese zu verschleißen und/oder zu beschädigen. Mit anderen Worten dient die Kühleinrichtung 130 zum Schutz der Pumpeinrichtung 80 vor dem Reaktionswerkstoff W.
Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Beschichtungseinrichtung 120. Die Beschichtungseinrichtung 120 ist vorzugsweise an dem zweiten Behältergehäuseteil 50.2 angeordnet und/oder zur Einführung eines Beschichtungswerkstoffs B in den Reaktionsraum 30 nach der Herstellung der Tragstruktur 10 konfiguriert, um den Beschichtungswerkstoff B auf die Tragstruktur 10 aufzubringen, das heißt die Tragstruktur 10 mit dem Beschichtungswerkstoff B zu beschichten und somit die zumindest eine Funktionseinheit 20 auf der Tragstruktur 10 auszubilden. Die Funktionseinheit 20 umfasst vorzugsweise eine Beschichtung oder zumindest eine Schicht aus einem im Wesentlichen metallischen und/oder aus einem lichtreflektierenden Werkstoff. Vorzugsweise umfasst der Beschichtungswerkstoff B zur Bildung der Funktionseinheit 20 Aluminium oder eine Legierung auf Basis von Aluminium. Es ist auch möglich, dass der Beschichtungswerkstoff B vorzugsweise Gold oder eine Legierung auf Basis von Gold umfasst. Damit die Beschichtungseinrichtung 120 nicht durch den Reaktionswerkstoff W während der Herstellung der Tragstruktur 10 verschmutzt und/oder durch Ablage von Reaktionswerkstoff W verstopft wird, umfasst die Beschichtungseinrichtung 120 eine so genannte Shutter-Lösung in Form einer verschließbaren Blende oder eines verschließbaren Deckels, welche/r die Beschichtungseinrichtung 120 gegenüber dem Reaktionsraum 30 öffnet und/oder verschließt. Das Aluminium kann als Beschichtungswerkstoff B in dem Reaktionsraum 30 und bei entsprechend eingestellten Betriebsbedingungen durch Verdampfen und/oder Zerstäuben auf die Tragstruktur 10 aufgebracht werden.
Die Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst zur Realisierung der Herstellung der Tragstruktur 10 und somit zur Ausführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kontrolleinrichtung 110 zur Steuerung und/oder Regelung zumindest jeweiliger Komponenten und Elemente der Vorrichtung 1 wie hierin offenbart. Mit anderen Worten dient die Kontrolleinrichtung 110 zur definierten Einstellung von insbesondere der Antriebseinrichtung 54, der Verdampfungseinrichtung 60, der Pyrolyseeinrichtung 70, der Pumpeinrichtung 80, und/oder der Kühleinrichtung 130 im Zuge der Herstellung der Tragstruktur 10. Die Kontrolleinrichtung 110 ist zur Steuerung und/oder Regelung mit den Komponenten und Elementen der Vorrichtung 1 vorzugsweise über ein Signalkommunikationsnetzwerk verbunden, welches zur Übertragung entsprechender Signale S und somit Informationen dient (siehe hierzu die gestrichelten Linien in Figur 1). Mit anderen Worten können die Komponenten und Elemente der Vorrichtung 1 zumindest vor und/oder während der Herstellung der Tragstruktur 10 gesteuert und/oder geregelt werden. Die Regelung ist insbesondere durch einen geschlossenen Wirkungsweg gekennzeichnet und sorgt vorzugsweise dafür, dass bestimmte Betriebsbedingungen, wie beispielsweise jeweilige Temperaturen, Drehgeschwindigkeiten und/oder Drücke, über einen definierten Zeitraum im Wesentlichen definiert eingestellt, vorzugsweise im Wesentlichen konstant, bleiben, um den Herstellprozess der Tragstruktur 10 bestimmungsgemäß und/oder ordnungsgemäß zu realisieren.
Damit eine Tragstruktur 10 mit definierten und somit gewünschten Abmessungen, beispielsweise mit einer definierten Dicke 10.2 (siehe hierzu beispielsweise Figur 2), mittels der Vorrichtung 1 hergestellt werden kann, umfasst die Vorrichtung 1 vorzugsweise mehrere Messeinrichtungen mit jeweiligen Sensoren oder Sensoreinheiten zur Erfassung jeweiliger Betriebsbedingungen der Komponenten und Elemente der Vorrichtung 1 innerhalb des Reaktionsbehälters 50 und außerhalb des Reaktionsbehälters 50, sowie zur Erfassung von Abmessungen der Tragstruktur 10, vorzugsweise zumindest vor und während ihrer Herstellung. So ist in Figur 1 beispielsweise die Messeinrichtung 90 zur Erfassung geometrischer Abmessungen und/oder der Homogenität der sich bildenden Tragstruktur 10, beispielsweise der Dicke 10.2 der Tragstruktur 10, in dem Reaktionsraum 30 und vorzugsweise an dem zweiten Behältergehäuseteil 50.2 angeordnet. Die Messeinrichtung 90 ist stellvertretend für weitere Messeinrichtungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in Figur 1 dargestellt, welche zur Erfassung von zumindest einer Betriebsbedingung und/oder zumindest einer geometrischen Abmessung (Wachstumsrate) oder physikalischen Eigenschaft der Tragstruktur 10, vorzugsweise zumindest vor und während der Herstellung der Tragstruktur 10 dienen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 ist es möglich, dass beispielsweise die Aufnahmeeinrichtung 53 mit einer Verstelleinrichtung zur Einstellung der Lage und somit der Position und/oder der Ausrichtung der Aufnahmeeinrichtung 53 (in den Figuren nicht dargestellt) innerhalb des Reaktionsraums 30 verbunden und/oder an dieser angeordnet ist. Die Verstelleinrichtung kann hierzu beispielweise zumindest eine betätigbare Aktuatoreinheit in Form eines doppeltwirkenden Zylinders umfassen, welcher durch entsprechende Betätigung mittels eines Arbeitsmediums imstande ist, die Position der Aufnahmeeinrichtung 53 innerhalb des Reaktionsraums 30 einzustellen und somit zu ändern. Somit lässt sich beispielsweise ein Abstand der Aufnahmeeinrichtung 53 zu der Einlasseinrichtung 53 und/oder zu der Verteileinrichtung 100 ändern. Ferner ist es beispielsweise möglich, dass die Aufnahmeeinrichtung 53 eine integrierte Kühleinrichtung, beispielsweise in Form eines spiralförmig angeordneten Leitungssystems umfasst, welches vorzugsweise zumindest während der Herstellung der Tragstruktur 10 von einem Kühlmedium durchströmt wird, um somit bei dem flüssigen Medium 40 eine bestimmte Temperatur einzustellen und ein Aufbauen der Tragstruktur 10 zu gewährleisten.
Es ist möglich, dass bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung die Vorrichtung 1 eine Plasmaeinrichtung zur Erzeugung eines ionisierten Gases umfasst, um damit die Tragstruktur 10 zu bearbeiten. Dadurch lässt sich beispielweise insbesondere die Qualität der Tragstruktur 10, das heißt die Qualität zumindest einer Schicht der Tragstruktur 10 und/oder der Oberfläche 10.1 der Tragstruktur 10 verbessern. Die Plasmaeinrichtung ist vorzugsweise in dem Reaktionsraum 30, das heißt innerhalb des Reaktionsbehälters 50 der Vorrichtung 1 angeordnet. Das ionisierte Gas kann als Arbeitsmedium beispielsweise Argon umfassen.
Die Tragstruktur 10 bildet sich durch den sich verfestigenden Reaktionswerkstoff W, welcher vorzugsweise mittels Abscheidung von einem gasförmigen Aggregatszustand in einen festen Aggregatszustand übergeht und chemische Bindungen ausbildet, was nachfolgend noch näher beschrieben wird. Die Tragstruktur 10 ist vorzugsweise eine bezüglich einer Drehachse im Wesentlichen rotationssymmetrische und/oder hinreichend formstabile, tragende Struktur, um die Funktionseinheit 20 zu stützen und/oder zu tragen.
Vorzugsweise ist in der Aufnahmeeinrichtung 53 ein bestimmtes Volumen, das heißt eine definierte Menge an flüssigem Medium 40 aufgenommen, sodass ein im Wesentlichen bündiger und/oder stetiger Übergang zu der umlaufenden Kante 53.2 der Aufnahmeeinrichtung 53 gegeben ist, vorzugsweise während der Drehbewegung der Aufnahmeeinrichtung 53 und somit während des Bewegens des flüssigen Mediums 40.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt der Tragstruktur 10 aus Figur 1 (Ausschnitt / in Figur 1) in vergrößerter Darstellung.
Das flüssige Medium 40 benetzt die Oberfläche 53.1 der Aufnahmeeinrichtung 53 als Kontaktoberfläche. Auf der Oberfläche 40.1 des flüssigen Mediums 40 als formgebende Oberfläche für den Reaktionswerkstoff W lagert sich wiederum der Reaktionswerkstoff W während der Bewegung des flüssigen Mediums 40 ab, wodurch die Tragstruktur 10 aus dem abgelagerten Reaktionswerkstoff W mit entsprechender Dicke 10.2 gebildet wird.
Figur 3 zeigt ein Beispiel für eine Tragstruktur 10 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung, welche eine Funktionseinheit 20 in Form einer Beschichtung oder zumindest einer Schicht aus einem bestimmten Werkstoff trägt. Die Funktionseinheit 20 ist vorzugsweise aus einem im Wesentlichen metallischen Werkstoff und/oder aus einem lichtreflektierenden Werkstoff mittels zumindest einem Beschichtungsvorgang auf der Oberfläche
10.1 der Tragstruktur 10 ausgebildet. Der metallische und/oder lichtreflektierende Werkstoff kann beispielsweise, wie bereits oben beschrieben, Aluminium oder eine Legierung auf Basis von Aluminium sein.
Die Tragstruktur 10 ist über ihre Abmessungen hinweg im Wesentlichen homogen aus dem sich verfestigten Reaktionswerkstoff W gebildet. Ferner weist die Tragstruktur 10 aufgrund der Herstellung eine im Wesentlichen kreisringförmige Außenkontur auf. Die Tragstruktur 10 weist insgesamt eine im Wesentlichen membranförmige Ausbildung auf und ist durch eine gewölbte Form gekennzeichnet. Ferner kann die Tragstruktur 10 bezüglich einer Drehachse im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet sein und in radialer Richtung und in Umfangsrichtung eine im Wesentlichen konstante Dicke 10.2 aufweisen. Die Dicke 10.2 der Tragstruktur 10 kann zusammen mit einer Dicke 20.2 der Funktionseinheit 20, welche die Tragstruktur 10 trägt, beispielsweise 140 Mikrometer betragen. Die Dicke 10.2 der hergestellten Tragstruktur 10 zusammen mit einer Dicke
20.2 der Funktionseinheit 20 liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen ca. 100 Mikrometer und ca. 1000 Mikrometer.
Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung der Tragstruktur 10 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Nachfolgend werden Verfahrensabschnitte beschrieben. Das Verfahren zur Herstellung der Tragstruktur 10 kann mit der Vorrichtung 1 wie hierin offenbart ausgeführt werden. Auf die Beschreibung von Komponenten und Elementen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 wird daher zumindest teilweise verzichtet, um Wiederholungen zu vermeiden. Nachfolgend sollen insbesondere Verfahrensabschnitte des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vordergrund stehen.
In Abschnitt S10 kann das Verfahren zur Herstellung der Tragstruktur 10 mit dem Bereitstellen des flüssigen Mediums 40 zur Formgebung der Tragstruktur 10 während der Herstellung der Tragstruktur 10 und/oder in einem Herstellungszustand der Tragstruktur 10 in einer definierten Menge beginnen. Das bereitgestellte flüssige Medium 40 ist, wie oben bereits beschrieben, in der drehbar antreibbaren Aufnahmeeinrichtung 53 aufgenommen und fungiert für die Herstellung der Tragstruktur 10 als formgebende Struktur durch eine sich einstellende, gekrümmte Oberfläche 40.1 des flüssigen Mediums 40. Vorzugsweise befindet sich in der Aufnahmeeinrichtung 53 eine definierte Menge an bereitgestelltem flüssigen Medium 40, sodass die Oberfläche 40.1 des flüssigen Mediums 40 im Wesentlichen bündig mit einer umlaufenden Kante 53.2 der Aufnahmeeinrichtung 53 ist, vorzugsweise während des Betriebszustands der Vorrichtung 1, bei welcher das flüssige Medium 40 durch die Aufnahmeeinrichtung 53 bewegt wird (siehe hierzu Figur 1).
In Abschnitt S10 kann dem Bereitstellen des flüssigen Mediums 40 zeitlich parallel oder zeitlich vorgelagert ein Erzeugen eines Unterdrucks und vorzugsweise eines Vakuums in dem Reaktionsraum 30 mittels der Pumpeinrichtung 80 stattfinden oder ablaufen. Dadurch kann beispielsweise die Ausbildung turbulenter Strömungen des Reaktionswerkstoffs W in dem Reaktionsraum 30 vermieden oder zumindest wesentlich reduziert werden.
Vorzugsweise kann im Zuge oder während des Bereitstellens des flüssigen Mediums 40 und bei erzeugtem Vakuum entsprechenden Drucks ein Ausgasen des flüssigen Mediums 40 vorgesehen sein. Dadurch wird beispielsweise ein späteres Bilden von Blasen in dem flüssigem Medium 40 und/oder ein Auftreten von Spritzern in dem flüssigen Medium 40 vermieden. Wie bereits beschrieben ist das flüssige Medium 40 vorzugsweise durch eine vergleichsweise hohe Viskosität und/oder durch eine vergleichsweise hohe Dichte und/oder durch einen vergleichsweise niedrigen Dampfdruck gekennzeichnet.
In Abschnitt S20 findet ein Bewegen und somit ein in Bewegung versetzen des flüssigen Mediums 40 über ein Bewegen der Aufnahmeeinrichtung 53 statt. Mit anderen Worten wird das flüssige Medium 40 und insbesondere die formgebende Oberfläche 40.1 des flüssigen Mediums 40 über die Aufnahmeeinrichtung 53 in eine Drehbewegung oder Rotationsbewegung versetzt. Vorzugsweise wird eine definierte Drehgeschwindigkeit n53 an der Aufnahmeeinrichtung 53 eingestellt und die Aufnahmeeinrichtung 53 zumindest über einen Zeitraum betrieben, bis dass sich bei dem flüssigen Medium 40 eine im Wesentlichen identische resultierende und/oder idealisierte Drehgeschwindigkeit n40 einstellt wie die Drehgeschwindigkeit n53 der Aufnahmeeinrichtung 53. Das flüssige Medium 40 befindet sich vorzugsweise in einem quasistationären (Drehbewegungs-) Zustand, bei welchem beispielsweise keine Beschleunigung von Teilchen (Molekülen) des flüssigen Mediums 40 auf eine bestimmte Geschwindigkeit stattfindet.
Es ist bei einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 und des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, dass in Abschnitt S20 anstelle der Aufnahmeeinrichtung 53 der Reaktionsbehälter 50 der Vorrichtung 1 insgesamt in eine Drehbewegung versetzt wird, um ein entsprechendes Bewegen des flüssigen Mediums 40 und insbesondere der formgebenden Oberfläche 40.1 zu erzielen.
In Abschnitt S30 findet ein Bereitstellen des Reaktionswerkstoffs W zur Bildung der Tragstruktur 10 statt. Das Bereitstellen des Reaktionswerkstoffs W in dem Reaktionsraum 30 wird bei der Vorrichtung 1 über die zumindest eine Einlasseinrichtung 51 und/oder vorzugsweise die Verteileinrichtung 100 realisiert. Der Reaktionswerkstoff W kann vor dem Bereitstellen in den Reaktionsraum 30 mittels Verdampfen durch Erwärmen in der Verdampfungseinrichtung 60 und/oder mittels Pyrolysieren in der Pyrolyseeinrichtung 70 und somit mittels Zerteilen (engl. „Cracken") in einen reaktionsfähigen monomeren Zustand gebracht werden und liegt vorzugsweise spätestens beim Eintreten in den Reaktionsraum 30 in einem reaktionsfähigen gasförmigen Aggregatszustand vor.
Der reaktionsfähige Aggregatszustand des Reaktionswerkstoffs W kennzeichnet vorzugsweise eine Betriebsbedingung, das heißt einen Zustand, bei welchem das Aufbauen der Tragstruktur 10 an der sich bewegenden, formgebenden Oberfläche 40.1 des flüssigen Mediums 40 möglich ist. Wie bereits beschrieben ist der Reaktionswerkstoff W vorzugsweise ein abscheidbarer Reaktionswerkstoff W aus der Gruppe der Poly-p-xylylene und/oder deren Derivate (auch als „Parylene" bezeichnet). Der Reaktionswerkstoff W verteilt sich in dem Reaktionsraum 30 entsprechend.
In Abschnitt S40 findet ein Aufbringen des Reaktionswerkstoffs W auf der formgebenden Oberfläche 40.1 des in Bewegung befindlichen flüssigen Mediums 40 statt. Hierbei haften zunächst erste Teilchen des Reaktionswerkstoffs W an der Oberfläche 40.1 des flüssigen Mediums 40 nach dem Übergang von dem gasförmigen Aggregatszustand in den festen Aggregatszustand. Wie bereits beschrieben, dient die Oberfläche 40.1 des flüssigen Mediums 40 infolge der Drehbewegung des flüssigen Mediums 40 als formgebende Oberfläche 40.1 für die herzustellende Tragstruktur 10. Das flüssige Medium 40 ist n Bezug auf ihre Bewegung vorzugsweise durch eine resultierende im Wesentlichen konstante Geschwindigkeit n40 gekennzeichnet. In Abschnitt S50 findet ein Aufbauen und somit ein Wachsen, vorzugsweise ein kontinuierliches und/oder stetiges Aufbauen, der Tragstruktur 10 durch Teilchen des Reaktionswerkstoffs W an bereits vorhandenen Teilchen des Reaktionswerkstoffs W an der Oberfläche 40.1 statt. Das Aufbauen der Tragstruktur 10 kann vorzugsweise umfassen: Anreichern, vorzugsweise Adsorbieren, des Reaktionswerkstoffs W an der formgebenden Oberfläche 40.1 und/oder an dem bereits an der formgebenden Oberfläche 40.1 vorhanden Reaktionswerkstoff W in einem festen Aggregatszustand, und Erzeugen von chemischen Bindungen bei dem Reaktionswerkstoff W, das heißt chemischen Bindungen zwischen Teilchen (Molekülen) des Reaktionswerkstoffs W. Mit anderen Worten geschieht ein Aufbauen und Verfestigen der Tragstruktur 10, das heißt des angereicherten Reaktionswerkstoffs W in Form zumindest einer Schicht und/oder zumindest einer Membran aus dem Reaktionswerkstoff W.
Vorzugsweise betrifft oder umfasst das Anreichern und/oder Adsorbieren des Reaktionswerkstoffs W zumindest teilweise eine chemische Gasphasenabscheidung des Reaktionswerkstoffs W zur Herstellung der Tragstruktur 10. Die hergestellte Tragstruktur 10 ist hinreichend formstabil, um eine Funktionseinheit 20 zu tragen. Die Tragstruktur 10 ist vorzugsweise in dem Herstellungszustand zumindest abschnittsweise formstabil, und/oder reversibel faltbar und/oder reversibel zusammenrollbar. Somit ist die Tragstruktur 10 imstande, nach einem Falten und/oder nach einem Zusammenrollen ihren ursprünglichen Zustand, vorzugsweise Herstellungszustand, einzunehmen oder auszubilden. Dies wird insbesondere durch eine hinreichende Formstabilität der Tragstruktur 10 gewährleistet.
Es versteht sich, dass in Abschnitt S50 zeitlich parallel zu dem Aufbauen der Tragstruktur 10 ein mehr oder weniger kontinuierliches Erfassen der Dicke 10.2 der bis zu einem jeweiligen Zeitpunkt aufgebauten Tragstruktur 10 durch die Messeinrichtung 90 stattfindet. Ein Erfassen geometrischer Abmessung der Tragstruktur 10 kann beispielsweise mit einer spektralen Reflexionsmethode realisiert werden.
Um den Reaktionswerkstoff W auf der Oberfläche 40.1 an unterschiedlichen Stellen oder Bereichen gezielt, das heißt definiert aufzubauen, vorzugsweise abzuscheiden, kann die Verteileinrichtung 100 innerhalb des Reaktionsraums 30 lageverstellbar mit zumindest einer betätigbaren Aktuatoreinrichtung gekoppelt sein, um die Position und/oder die Lage der Verteileinrichtung 100 zu der Oberfläche 40.1 und/oder der Aufnahmeeinrichtung 53 zu ändern. In Abschnitt S60 kann, nachdem die Tragstruktur 10 hergestellt ist, ein Beschichten der Tragstruktur 10, das heißt der Oberfläche 10.1 der Tragstruktur 10 mit einem Beschichtungswerkstoff B stattfinden. Der Beschichtungswerkstoff B kann über die Beschichtungseinrichtung 120 vorzugweise durch Verdampfen und/oder Zerstäuben in den Reaktionsraum 30 und ferner auf die Tragstruktur 10, das heißt auf die Oberfläche 10.1 der Tragstruktur 10 bei entsprechenden Betriebsbedingungen stattfinden. Vorzugsweise herrscht in dem Reaktionsraum 30 zumindest während des Beschichtens der Tragstruktur 10 mit dem Beschichtungswerkstoff W ein hinreichendes Vakuum, welches die Ausbildung der Beschichtung und somit der Funktionseinheit 20 auf der Tragstruktur 10 erlaubt. Ferner kann auch ein entsprechendes Regeln und/oder Steuern einer Ventileinrichtung zwischen der Verdampfungseinrichtung 60 und der Pyrolyseeinrichtung 70 zur Ausbildung einer definierten Dicke 10.2 der Tragstruktur 10 beitragen.
Es ist möglich oder es versteht sich, dass bestimmte Verfahrensabschnitte beispielsweise zeitlich parallel ablaufen können, beispielsweise Erzeugen eines Unterdrucks und/oder eines Vakuums und Verdampfen und/oder Pyrolysieren des Reaktionswerkstoffs W. Ferner ist es möglich, dass bei einem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens ein erster Verfahrensabschnitt zeitlich vor einem zweiten Verfahrensabschnitt stattfindet und bei einem weiteren, alternativen Ausführungsbeispiel des Verfahrens der erste Verfahrensabschnitt zeitlich nach dem zweiten Verfahrensabschnitt stattfindet. Es versteht sich, dass jeweilige oder bestimmte Verfahrensabschnitte beliebig miteinander kombiniert werden können, sofern dies zur Bildung der Tragstruktur 10 beiträgt. Beispielsweise kann in einem Ausführungsbeispiel das Erzeugen eines Vakuums vor einem Bewegen des flüssigen Mediums beginnen, während bei einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Bewegen des flüssigen Mediums vor dem Erzeugen eines Vakuums stattfinden kann.
Somit kann durch das erfindungsgemäße Verfahren und/oder durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 eine Tragstruktur 10 bereitgestellt werden, welche zum Tragen einer Funktionseinheit 20 ausgebildet ist, wobei die Tragstruktur 10 vorzugsweise durch eine im Wesentlichen konstante Dicke 10.2 und/oder homogene Verteilung des Reaktionswerkstoffs W, sowie durch eine hinreichende Formstabilität gekennzeichnet ist.
Die Tragstruktur 10 kann zusammen mit der Funktionseinheit 20 wie hierin offenbart zur Verwendung in einem und/oder bei einem optischen Gerät konfiguriert sein. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein optisches Gerät mit zumindest einer Tragstruktur wie hierin offenbart. Das optische Gerät kann als optisches Teleskop oder als ein optischer Membranspiegel ausgebildet sein oder ein optisches Teleskop oder einen optischen Membranspiegel umfassen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Vorzugsweise beansprucht die vorliegende Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
10 Tragstruktur
10.1 Oberfläche der Tragstruktur
10.2 Dicke der Tragstruktur
20 Funktionseinheit
20.2 Dicke der Funktionseinheit
30 Reaktionsraum
40 flüssiges Medium
40.1 Oberfläche des flüssigen Mediums
50 Reaktionsbehälter
50.1 Behältergehäuseteil
50.2 Behältergehäuseteil
51 Einlasseinrichtung
52 Auslasseinrichtung
53 Aufnahmeeinrichtung
53.1 Oberfläche der Aufnahmeeinrichtung
53.2 Kante der Aufnahmeeinrichtung
54 Antriebseinrichtung
55 Lagereinrichtung
56 Barriereeinrichtung
57 Dämpfungseinrichtung
60 Verdampfungseinrichtung
70 Pyrolyseeinrichtung
80 Pumpeinrichtung
90 Messeinrichtung
100 Verteileinrichtung
110 Kontrolleinrichtung
120 Beschichtungseinrichtung
130 Kühleinrichtung
B Beschichtungswerkstoff n40 Geschwindigkeit n53 Geschwindigkeit (Dreh-/Rotations-/Winkelgeschwindigkeit) S Signal
W Reaktionswerkstoff
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Claims

ANSPRÜCHE Verfahren zur Herstellung einer Tragstruktur (10) zum Tragen zumindest einer Funktionseinheit (20), vorzugsweise für ein optisches Gerät, in einem Reaktionsraum (30), umfassend:
• Bereitstellen eines flüssigen Mediums (40) zur Formgebung der Tragstruktur (10) während der Herstellung und/oder in einem Herstellungszustand, vorzugsweise in einer Aufnahmeeinrichtung (53), welche zumindest abschnittsweise halboffen ausgebildet ist;
• Bewegen des flüssigen Mediums (40) und Erzeugen einer formgebenden Oberfläche
(40.1) des flüssigen Mediums (40), vorzugsweise durch Antreiben der Aufnahmeeinrichtung (53) mittels einer Antriebseinrichtung (54);
• Bereitstellen eines Reaktionswerkstoffs (W) zur Bildung der Tragstruktur (10), vorzugsweise mittels zumindest einer Einlasseinrichtung (51), wobei die zumindest eine Einlasseinrichtung (51) und die Aufnahmeeinrichtung (53) in dem Reaktionsraum (30) voneinander beabstandet angeordnet sind;
• Abscheiden des Reaktionswerkstoffs (W) auf die formgebende Oberfläche (40.1);
• Aufbauen der Tragstruktur (10) durch den abgeschiedenen Reaktionswerkstoff (W). Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Reaktionswerkstoff (W) zumindest vor dem Aufbauen der Tragstruktur (10) als ein gasförmiger und/oder abscheidbarer Reaktionswerkstoff (W) ausgebildet ist, und/oder wobei der Reaktionswerkstoff (W) zumindest nach dem Aufbauen der Tragstruktur
(10) als ein fester Reaktionswerkstoff (W) ausgebildet ist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, umfassend:
Verdampfen, vorzugsweise mittels Erwärmen, des Reaktionswerkstoffs (W) und/oder Überführen des Reaktionswerkstoffs (W) von einem festen Aggregatszustand in einen gasförmigen Aggregatszustand, vorzugsweise in einer Verdampfungseinrichtung (60), und/oder
Pyrolysieren, vorzugsweise Zerteilen, des Reaktionswerkstoffs (W), vorzugsweise in einer Pyrolyseeinrichtung (70).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Aufbauen der Tragstruktur (10) umfasst:
• Anreichern, vorzugsweise Adsorbieren, des Reaktionswerkstoffs (W) an der formgebenden Oberfläche (40.1), und/oder
• Erzeugen von chemischen Bindungen bei dem Reaktionswerkstoff (W), und/oder
• Aufbauen der Tragstruktur (10) in Form zumindest einer Schicht und/oder zumindest einer Membran, welche vorzugsweise eine im Wesentlichen konstante Dicke (10.1) aufweist und/oder im Wesentlichen homogen ausgebildet ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Bewegen des flüssigen Mediums (40) umfasst:
• Rotieren des flüssigen Mediums (40) mit einer einstellbaren Geschwindigkeit (n40), vorzugsweise mittels der Antriebseinrichtung (54) und/oder in Abhängigkeit zumindest einer Betriebsbedingung und/oder geometrischen Größe der Tragstruktur (10); und/oder
• Ausbilden der formgebenden Oberfläche (40.1), welche zumindest abschnittsweise gewölbt oder gekrümmt, vorzugsweise paraboloidförmig und konkav, ausgebildet ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend:
• Erzeugen eines Unterdrucks und/oder eines Vakuums in dem Reaktionsraum (30) zumindest vor dem Bereitstellen des Reaktionswerkstoffes (W), vorzugsweise mittels zumindest einer Auslasseinrichtung (52) und einer Pumpeinrichtung (80), wobei die Pumpeinrichtung (80) außerhalb des Reaktionsraums (30) angeordnet ist, und/oder wobei die zumindest eine Auslasseinrichtung (52) und die Aufnahmeeinrichtung (53) in dem Reaktionsraum (30) voneinander beabstandet angeordnet sind.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend:
• Gerichtetes Verteilen des Reaktionswerkstoffs (W) an zumindest einer definierten Stelle
(ST) in dem Reaktionsraum (30), vorzugsweise jeweils in Richtung der formgebenden Oberfläche (40.1), vorzugsweise mittels zumindest einer Verteileinrichtung (100), wobei die zumindest eine Verteileinrichtung (100) mit der zumindest einen Einlasseinrichtung (51) verbunden ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: • Erfassen einer geometrischen Größe, vorzugsweise einer Dicke (10.2), der Tragstruktur
(10) während des Abscheidens des Reaktionswerkstoffs (W) und/oder Aufbauens der Tragstruktur (10), vorzugsweise mittels zumindest einer Messeinrichtung (90) zur Erfassung der geometrischen Größe, wobei die zumindest eine Messeinrichtung (90) in dem Reaktionsraum (30) angeordnet ist, und/oder wobei die zumindest Messeinrichtung (90) und die Aufnahmeeinrichtung (53) in dem Reaktionsraum (30) voneinander beabstandet angeordnet sind. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend:
• Einstellen zumindest einer Betriebsbedingung des Verfahrens, vorzugweise mittels einer
Kontrolleinrichtung (110), wobei die zumindest eine Betriebsbedingung zumindest eine von Folgenden umfasst: eine Temperatur in dem Reaktionsraum (30), eine Temperatur des Reaktionswerkstoffs (W) vor dem Bereitstellen in den Reaktionsraum (30), einen Druck in dem Reaktionsraum (30), eine Temperatur des flüssigen Mediums (40); einen Zeitraum des Bereitstellens des Reaktionswerkstoffs (W), einen Volumenstrom des Reaktionswerkstoffs (W), und/oder eine Antriebs-Geschwindigkeit der Aufnahmeeinrichtung (53). Tragstruktur (10) zum Tragen zumindest einer Funktionseinheit (20), vorzugsweise für ein optisches Gerät, wobei die Tragstruktur (10) nach einem Verfahren gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist, wobei die Tragstruktur (10) zumindest in dem Herstellungszustand zumindest abschnittsweise formstabil ist, und/oder wobei die Tragstruktur (10) reversibel faltbar und/oder reversibel zusammenrollbar ist. Tragstruktur (10) nach Anspruch 10, wobei die Tragstruktur (10) zumindest abschnittsweise gewölbt, vorzugsweise paraboloidförmig, ausgebildet ist, und/oder wobei die Tragstruktur (10) aus einem Reaktionswerkstoff (W) ausgebildet ist, welcher einen Werkstoff aus der Gruppe der Poly-p-xylylene und/oder deren Derivate umfasst. Tragstruktur (10) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Tragstruktur (10) zumindest eine Funktionseinheit (20) trägt, wobei die zumindest eine Funktionseinheit (20) zumindest eine Beschichtung oder zumindest eine Schicht umfasst, welche aus einem metallischen Werkstoff und/oder aus einem lichtreflektierendem Werkstoff ausgebildet ist.
13. Optisches Gerät, vorzugsweise optisches Teleskop oder optischer Spiegel, mit zumindest einer Tragstruktur (10) zum Tragen zumindest einer Funktionseinheit (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12.
14. Vorrichtung (1) zur Herstellung einer Tragstruktur (10) zum Tragen zumindest einer Funktionseinheit (20), vorzugsweise für ein optisches Gerät, wobei die Vorrichtung (1) konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 auszuführen, umfassend: einen Reaktionsraum (30), welcher durch einen Reaktionsbehälter (50) gebildet wird und in welchem die Tragstruktur (10) herstellbar ist; eine Aufnahmeeinrichtung (53) zur Aufnahme eines flüssigen Mediums (40) zur Formgebung der Tragstruktur (10) während der Herstellung und/oder in einem Herstellungszustand, wobei die Aufnahmeeinrichtung (53) in dem Reaktionsraum (30) angeordnet ist und/oder zumindest abschnittsweise halboffen ausgebildet ist; zumindest eine Einlasseinrichtung (51) zur Bereitstellung eines Reaktionswerkstoffs (W) in den Reaktionsraum (30) und Bildung der Tragstruktur (10), wobei vorzugsweise die zumindest eine Einlasseinrichtung (51) und die Aufnahmeeinrichtung (53) in dem Reaktionsraum (30) voneinander beabstandet angeordnet sind; wobei die Aufnahmeeinrichtung (53) eine Antriebseinrichtung (54) umfasst oder mit einer Antriebseinrichtung (54) gekoppelt ist, um ein aufgenommenes flüssiges Medium (40) zu bewegen und eine formgebende Oberfläche (40.1) des flüssigen Mediums (40) zu erzeugen, wobei der Reaktionsraum (30) und/oder zumindest die zumindest eine Einlasseinrichtung (51) zum Aufbringen des Reaktionswerkstoffs (W) auf die formgebende Oberfläche (40.1) konfiguriert ist, um die Tragstruktur (10) durch diesen aufzubauen.
15. Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, wobei die Antriebseinrichtung (54) konfiguriert ist, die Aufnahmeeinrichtung (53) mit einer einstellbaren Geschwindigkeit (n53) rotatorisch anzutreiben, vorzugsweise in Abhängigkeit zumindest einer Betriebsbedingung, wenn sich die Vorrichtung (1) im Betrieb befindet.
16. Vorrichtung (1) nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Vorrichtung (1) zumindest eine Lagereinrichtung (55) zur Lagerung der Aufnahmeeinrichtung (53) umfasst, wobei die zumindest eine Lagereinrichtung (55) zur vibrationsfreien Lagerung der Aufnahmeeinrichtung (53) konfiguriert ist, vorzugsweise zumindest ein Magnetlager oder zumindest ein hydrostatisches Lager, umfasst.
17. Vorrichtung (1) nach Anspruch 16, wobei die Vorrichtung (1) zumindest eine Barriereeinrichtung (56) zum Schutz der zumindest einen Lagereinrichtung (55) umfasst, um ein Eindringen des Reaktionswerkstoffs (W) in die zumindest eine Lagereinrichtung (55) zu verhindern, wobei die zumindest eine Barriereeinrichtung (56) die zumindest eine Lagereinrichtung (55) umschließt und/oder zumindest eine Labyrinthdichtung und/oder zumindest eine Flüssigkeitsdichtung umfasst.
18. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 17, wobei die Vorrichtung (1) eine Beschichtungseinrichtung (120) zur Beschichtung der Tragstruktur (10) mit einem beschichtbaren Werkstoff (B), vorzugsweise auf Basis eines metallischen Werkstoffs, umfasst, um die zumindest eine Funktionseinheit (20) an der Tragstruktur (10) auszubilden.
19. Verfahren zur Herstellung eines Spiegels, insbesondere eines Paraboi- oder sphärischen Spiegels, der eine Tragstruktur (10) zum Tragen zumindest einer Funktionseinheit (20) aufweist, umfassend:
• Herstellen der Tragstruktur (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, und
• Aufbringen oder Beschichten zumindest einer Funktionseinheit (20) auf einer konkaven
Seite einer gewölbten oder gekrümmten Oberfläche (10.1) derTragstruktur (10), wobei die zumindest eine Funktionseinheit (20) zumindest eine Beschichtung oder zumindest eine Schicht umfasst, welche aus einem metallischen Werkstoff und/oder aus einem lichtreflektierenden Werkstoff ausgebildet ist. Spiegel, vorzugsweise Paraboi- oder sphärischer Spiegel, welcher vorzugsweise nach dem
Verfahren gemäß Anspruch 19 hergestellt ist, aufweisend: eine Tragstruktur (10), wobei die Tragstruktur (10) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12 ausgebildet ist, und zumindest eine Funktionseinheit (20), die auf einer konkaven Seite einer gewölbten oder gekrümmten Oberfläche (10.1) der Tragstruktur (10) ausgebildet ist, wobei die zumindest eine Funktionseinheit (20) vorzugsweise eine Beschichtung oder zumindest eine Schicht umfasst, welche aus einem metallischen Werkstoff und/oder aus einem lichtreflektierenden Werkstoff ausgebildet ist.
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