WO2005123979A2 - Verfahren und vorrichtung zur plasmabehandlung von werkstücken - Google Patents

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WO2005123979A2
WO2005123979A2 PCT/DE2005/000629 DE2005000629W WO2005123979A2 WO 2005123979 A2 WO2005123979 A2 WO 2005123979A2 DE 2005000629 W DE2005000629 W DE 2005000629W WO 2005123979 A2 WO2005123979 A2 WO 2005123979A2
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WO
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plasma
wheel
holding elements
workpieces
station
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PCT/DE2005/000629
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WO2005123979A3 (de
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Frank Lewin
Hartwig Müller
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Sig Technology Ltd.
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32733—Means for moving the material to be treated
    • H01J37/32752—Means for moving the material to be treated for moving the material across the discharge
    • H01J37/32761—Continuous moving
    • H01J37/32779—Continuous moving of batches of workpieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G29/00—Rotary conveyors, e.g. rotating discs, arms, star-wheels or cones
    • 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
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/511—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using microwave discharges
    • 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
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/54—Apparatus specially adapted for continuous coating

Definitions

  • the invention relates to a method for plasma treatment of workpieces, in which the workpieces are inserted into an at least partially evacuable plasma chamber of a treatment station, which is transported by a rotating plasma wheel along a closed circulation path, and in which at least two workpieces are positioned within the treatment station by holding elements.
  • the invention also relates to a device for the plasma treatment of workpieces, which has at least one evacuable plasma chamber for receiving the workpieces and in which the plasma chamber is arranged in the region of a treatment station, which is carried by a rotating plasma wheel, and in which the plasma chamber is supported by a chamber floor, a chamber lid and a lateral chamber wall and in which the treatment station is at least two Has holding elements for positioning the workpieces.
  • Such methods and devices are used, for example, to provide plastics with surface coatings.
  • such methods and devices are already known for coating inner or outer surfaces of containers which are intended for packaging liquids.
  • Devices for plasma sterilization are also known.
  • PCT-WO 95/22413 describes a plasma chamber for the internal coating of bottles made of PET.
  • the bottles to be coated are lifted into a plasma chamber by a movable base and connected to an adapter in the area of a bottle mouth.
  • the interior of the bottle can be evacuated through the adapter.
  • a hollow lance is inserted through the adapter into the interior of the bottles to supply process gas.
  • the plasma is ignited using a microwave.
  • EP-OS 10 10 773 a supply device is explained to evacuate a bottle interior and to supply it with process gas
  • PCT-WO 01/31680 a plasma chamber is described, into which the bottles are inserted from a movable lid, which previously has been connected to a mouth area of the bottles.
  • PCT-WO 00/58631 also already shows the arrangement of plasma stations on a rotating wheel and, for such an arrangement, describes a grouping of vacuum pumps and plasma stations in order to support a favorable evacuation of the chambers and the interior of the bottles.
  • the coating of several containers in a common plasma station or a common cavity is mentioned.
  • container layers made of silicon oxides with the general chemical formula SiOx are used to improve the barrier properties of the thermoplastic material.
  • portions of carbon, hydrogen and nitrogen can also be contained in the barrier layers produced in this way.
  • Such barrier layers prevent oxygen from entering the packaged liquids and escape of carbon dioxide in the case of liquids containing CO 2.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method of the type mentioned in the introduction in such a way that a quantitative production output with good product quality is increased.
  • This object is achieved according to the invention in that at least two holding elements of the treatment station are positioned in a working position with a radial distance that is different from one another relative to an axis of rotation of the plasma wheel.
  • a further object of the present invention is to construct a device of the type mentioned in the introduction in such a way that a high production output and good product quality are supported with a compact structure.
  • This object is achieved in that at least two holding elements of the treatment station are arranged in a working position with a different distance from one another relative to an axis of rotation of the plasma wheel.
  • the arrangement of the holding elements with a different radial distance from the axis of rotation of the plasma wheel makes it possible to workpieces to be treated not only along a circumference of the plasma wheel, but with one another in the radial direction relative to one another position staggered arrangement.
  • Such a radially offset arrangement of the holding elements and thus also the workpieces to be machined makes it possible to arrange an increased number of holding elements on a plasma wheel with a predetermined diameter and thus to increase the production capacity.
  • a particularly compact construction can be achieved in that the holding elements are positioned one behind the other in a radial direction of the plasma wheel.
  • a mechanically stable arrangement is supported in that the holding elements are arranged in a working position in such a way that an essentially rectangular base area is spanned.
  • the execution of transfer operations of the workpieces is facilitated in that at least one of the holding elements holds the workpiece in the manner of pliers.
  • a supply of containers to the plasma wheel and a corresponding discharge of containers is supported in that the holding elements are arranged in a transfer position with supply openings in a radially outward direction of the plasma wheel.
  • a simple kinematics when changing the position of the holding elements arranged on the plasma wheel that can be moved is achieved in that the holding elements are positioned in a working position with their feed openings in an orientation that runs essentially transversely to the radial direction of the plasma wheel.
  • a gentle handling of the workpieces is supported in that the workpieces are held in the area of the input wheel by controlled tong arms.
  • a further increase in material protection when handling the workpieces is achieved in that the workpieces are held in the area of the discharge wheel by controlled pliers.
  • a simple mechanical construction with at the same time gentle handling of the workpieces is achieved in that the workpieces are held in the area of the plasma station by spring-loaded gun arms. It also contributes to a simple mechanical basic construction that two of the holding elements are arranged next to one another along the circumference of the plasma wheel and are transported immovably by the plasma wheel relative to one another.
  • a change in position of the movable holding elements between a transfer positioning and a working positioning is supported in that two of the holding elements are moved back and forth relative to the plasma wheel between a working positioning and a transfer positioning.
  • a very simple kinematics when carrying out transition processes is achieved in that the holding elements are positioned together in a transfer position along a circumference of the plasma wheel.
  • the workpieces are arranged along an outer circumference of an input wheel before they are transferred to the plasma wheel.
  • a simple horizontal accessibility of the cavities of the treatment station is supported by the fact that the workpieces in the area of the plasma station are shielded from an environment in a controllable manner by a sliding sleeve that can be positioned in the vertical direction.
  • a sliding sleeve that can be positioned in the vertical direction.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a plurality of plasma chambers, which are arranged on a rotating plasma wheel and in which the plasma wheel is coupled to input and output wheels,
  • FIG. 2 shows an example of a plasma wheel with four cavities in the area of each plasma station
  • Fig. 3 is an enlarged view of the detail III in Fig. 2 and
  • Fig. 4 is an enlarged perspective view of the holding elements in the area of a plasma station.
  • FIG. 1 shows a plasma module (1) which is provided with a rotating plasma wheel (2).
  • a plurality of plasma stations (3) are arranged along a circumference of the plasma wheel (2).
  • the plasma stations (3) are provided with cavities (4) or plasma chambers (14) for receiving workpieces (5) to be treated.
  • the feeds and discharges of the workpieces also only show schematically the handling of individual parts Workpieces (5). In fact, at least two workpieces (5) are assigned to each plasma station (3).
  • the workpieces (5) to be treated are fed to the plasma module (1) in the area of an input (6) in accordance with the simplification of the illustration and are forwarded via a separating wheel (7) to a transfer wheel (8) which is equipped with positionable support arms (9) is.
  • the support arms (9) are arranged such that they can be pivoted relative to a base (10) of the transfer wheel (8) so that the spacing of the workpieces (5) can be changed relative to one another.
  • the workpieces (5) are transferred from the transfer wheel (8) to an input wheel (11) with a greater distance between the workpieces (5) relative to one another relative to the separating wheel (7).
  • the input wheel (11) transfers the workpieces (5) to be treated to the plasma wheel (2).
  • the treated workpieces (5) are removed from the area of the plasma wheel (2) by an output wheel (12) and transferred to the area of an output section (13).
  • the plasma stations (3) are each shown with two cavities (4) or plasma chambers (14) to further clarify the design principle.
  • two workpieces (5) can be treated at the same time.
  • the partial cavities at least delimit from each other by separate microwave couplings.
  • Fig. 2 illustrates that four holding elements (15, 16, 17, 18) are arranged in the region of the plasma station (3) in an illustrated embodiment.
  • the plasma station (3) equipped with four cavities (4) only the two cavities (4) lying outside in the radial direction are shown.
  • the cavities (4) lying inward in the radial direction with respect to a rotation axis (19) of the plasma wheel (2) only the associated holding elements (17, 18) are shown in a working position.
  • the holding elements (17, 18) are also shown laterally next to the illustrated cavities (4) to illustrate a sequence of movements.
  • the dispensing wheel (12) is provided with holding elements (20, 21, 22, 23) which receive finished workpieces that have been dispensed from the plasma station (3).
  • the input wheel (11) also has a comparable design. In the embodiment shown with four holding elements (15, 16, 17, 18) in the area of the plasma station (3), four containers of are thus arranged along the circumference of the dispensing wheel (12) by the holding elements (20, 21, 22, 23) arranged there the plasma station (3) to the output wheel (12).
  • the structure of the plasma station (3) with the holding elements (15, 16, 17, 18) and the dispensing wheel (12) with the holding elements (20, 21, 22, 23) is illustrated again in an enlarged view in FIG. 3.
  • the holding elements (17, 18) are placed in the indicated discharge position along the circumference of the plasma wheel (2) transferred.
  • the workpieces are transferred by rolling the plasma wheel (2) and the dispensing wheel (12) against each other during a respective rotation of these wheels.
  • the transfer can take place either passively controlled using instructions or actively by controlled holding elements (15, 16, 17, 18) or (20, 21, 22, 23).
  • Fig. 4 illustrates the arrangement of the holding elements (15, 16, 17, 18) and the holding elements (20, 21, 22, 23) in a further enlarged detail.
  • the holding elements (17, 18) are again shown in their working position and on the other hand in their transfer position.
  • the holding elements (15, 16, 17, 18) each have base elements (25) provided with insertion openings (24) and tong arms (26, 27) arranged pivotably on the base elements (25).
  • the tong arms are spring-loaded against stop elements (28, 29) by springs, not shown.
  • the pliers arms (26, 27) each have outside bevels (30, 31) and bevels (32, 33). This allows workpieces to be treated to be pressed in between the forceps arms (26, 27) and pulled out again between the forceps arms (26, 27).
  • a base element (34) serves as the rear stop for the workpiece.
  • the holding elements (17, 18) are preferably pivoted by support arms (not shown). In principle, a displacement or other movement along guide rails and other types of movement are also conceivable.
  • the holding elements (20, 21, 22, 23) have controlled tong arms (35, 36).
  • the tong arm (35) is coupled to an adjusting lever (37) which can be positioned via a cam roller (38).
  • the gun arm (36) is connected to the actuating lever (37) via a coupling lever (39). When the actuating lever (37) is actuated, the tong arms (35, 36) are thereby positioned to release or hold the workpieces.
  • a transfer of workpieces from the gun arms (26, 27) to the gun arms (35, 36) is carried out in such a way that when the plasma wheel (2) and the dispensing wheel (12) roll off the workpieces held by the gun arms (26, 27) are guided between the open gun arms (35, 36).
  • the pliers arms (35, 36) then close and pull out the workpieces between the pliers arms (26, 27) during further movement.
  • the workpieces are entered into the plasma station (3) via the input wheel (11), the movement is reversed.
  • the method and the device are particularly suitable for use in the area of a device for the plasma treatment of workpieces which is intended for the plasma treatment of containers.
  • a device for the plasma treatment of workpieces which is intended for the plasma treatment of containers.
  • the plasma treatment of bottle-shaped containers is intended.
  • the containers can for example be used for packaging liquid food.
  • containers for packaging carbonated beverages or beverages that are sensitive to the penetration of atmospheric oxygen, for example beer, are envisaged.
  • the increase in the barrier properties relates in particular to an increase in the barrier property against the passage of carbon dioxide and / or oxygen.
  • the plasma treatment it is possible to deposit a layer of SiOx on the surface of the container, in particular on the inner surface of the container. Adhesion of this barrier layer to the material of the workpieces can be improved by an adhesion promoter. PET can be used in particular as the material for the workpieces.

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Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Plasmabehandlung von Werkstücken. Die Werkstücke werden in eine zumindest teilweise evakuierbare Plasmakammer einer Behandlungsstation eingesetzt, wobei die Plasmakammer von einem rotationsfähigen Plasmarad entlang eines geschlossenen Umlaufweges transportiert wird. Mindestens zwei Werkstücke werden von Halteelementen innerhalb der Behandllulngsstation positioniert. Ebenfalls werden mindestens zwei Halteelemente der Behandlungsstation in einer Arbeitspositionierung mit einem relativ zueinander unterschiedlichen radialen Abstand zu einer Rotationsachse des Plasmarades positioniert.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Werkstücken
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plasmabehandlung von Werkstücken, bei dem die Werkstücke in eine zumindest teilweise evakuierbare Plasmakammer einer Behandlungsstation eingesetzt werden, die von einem rotationsfähigem Plasmarad entlang eines geschlossenen Umlaufweges transportiert wird und bei dem mindestens zwei Werkstücke innerhalb der BehandlungsStation von Halteelementen positioniert werden.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Werkstücken, die mindestens eine evakuierbare Plasmakammer zur Aufnahme der Werkstücke aufweist und bei der die Plasmakammer im Bereich einer BehandlungsStation angeordnet ist, die von einem rotationsfähigen Plasmarad getragen ist sowie bei der die Plasmakammer von einem Kammerboden, einem Kammerdeckel sowie einer seitlichen Kammerwandung begrenzt ist und bei der die BehandlungsStation mindestens zwei Halteelemente zur Positionierung der Werkstücke aufweist .
Derartige Verfahren und Vorrichtungen werden beispielsweise eingesetzt, um Kunststoffe mit Oberflächenbe- schichtungen zu versehen. Insbesondere sind auch bereits derartige Verfahren und Vorrichtungen bekannt, um innere oder äußere Oberflächen von Behältern zu beschichten, die zur Verpackung von Flüssigkeiten vorgesehen sind. Darüber hinaus sind Einrichtungen zur Plasmasterilisation bekannt.
In der PCT-WO 95/22413 wird eine Plasmakammer zur In- nenbeSchichtung von Flaschen aus PET beschrieben. Die zu beschichtenden Flaschen werden durch einen beweglichen Boden in eine Plasmakammer hineingehoben und im Bereich einer Flaschenmündung mit einem Adapter in Verbindung gebracht . Durch den Adapter hindurch kann eine Evakuierung des Flascheninnenraumes erfolgen. Darüber hinaus wird durch den Adapter hindurch eine hohle Lanze in den Innenraum der Flaschen eingeführt, um Prozeßgas zuzuführen. Eine Zündung des Plasmas erfolgt unter Verwendung einer Mikrowelle .
Aus dieser Veröffentlichung ist es auch bereits bekannt, eine Mehrzahl von Plasmakammern auf einem rotierenden Rad anzuordnen. Hierdurch wird eine hohe Produktionsrate von Flaschen je Zeiteinheit unterstützt.
In der EP-OS 10 10 773 wird eine Zuführeinrichtung erläutert, um einen Flascheninnenraum zu evakuieren und mit Prozeßgas zu versorgen, in der PCT-WO 01/31680 wird eine Plasmakammer beschrieben, in die die Flaschen von einem beweglichen Deckel eingeführt werden, der zuvor mit einem Mündungsbereich der Flaschen verbunden wurde. Die PCT-WO 00/58631 zeigt ebenfalls bereits die Anordnung von Plasmastationen auf einem rotierenden Rad und beschreibt für eine derartige Anordnung eine gruppenweise Zuordnung von Unterdruckpumpen und Plasmastationen, um eine günstige Evakuierung der Kammern sowie der Innenräume der Flaschen zu unterstützen. Darüber hinaus wird die Beschichtung von mehreren Behältern in einer gemeinsamen Plasmastation bzw. einer gemeinsamen Kavi- tät erwähnt .
Eine weitere Anordnung zur Durchführung einer Innenbe- schichtung von Flaschen wird in der PCT-WO 99/17334 beschrieben. Es wird hier insbesondere eine Anordnung eines Mikrowellengenerators oberhalb der Plasmakammer sowie eine Vakuum- und Betriebsmittelzuleitung durch einen Boden der Plasmakammer hindurch beschrieben.
Bei der überwiegenden Anzahl der bekannten Verfahren werden zur Verbesserung von Barriereeigenschaften des thermoplastischen Kunststoffmaterials durch das Plasma erzeugte Behälterschichten aus Siliziumoxiden mit der allgemeinen chemischen Formel SiOx verwendet. Zusätzlich können in den hierdurch erzeugten Barriereschichten auch Anteile von Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff enthalten sein. Derartige Barriereschichten verhindern ein Eindringen von Sauerstoff in die verpackten Flüssigkeiten sowie ein Austreten von Kohlendioxid bei C02-haltigen Flüssigkeiten.
In der DE 102 27 637 wird bereits die Verwendung von rotierenden Plasmarädern beschrieben, auf denen Plasmastationen mit einer Mehrzahl von Kavitäten angeordnet sind. Die bislang bekannten Verfahren und Vorrichtungen sind noch nicht in ausreichender Weise dafür geeignet, für eine Massenproduktion eingesetzt zu werden, bei der sowohl ein geringer Beschichtungspreis je Werkstück als auch eine hohe Produktionsgeschwindigkeit erreicht werden muß.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart anzugeben, daß eine mengenmäßige Produktionsleistung bei guter Produktqualität erhöht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens zwei Halteelemente der BehandlungsStation in einer Arbeitspositionierung mit einem relativ zueinander unterschiedlichen radialen Abstand zu einer Rotationsachse des Plasmarades positioniert werden.
Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß bei kompaktem Aufbau eine hohe Produktionsleistung sowie eine gute Produktqualität unterstützt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens zwei Halteelemente der BehandlungsStation in einer Arbeitspositionierung mit einem relativ zueinander unterschiedlichen Abstand zu einer Rotationsachse des Plasmarades angeordnet sind.
Durch die Anordnung der Halteelemente mit unterschiedlichem radialen Abstand zur Rotationsachse des Plasmarades ist es möglich, die zu behandelnden Werkstücke nicht nur entlang eines Umfanges des Plasmarades, sondern mit einer in radialer Richtung relativ zueinander versetzten Anordnung zu positionieren. Eine derartige radial versetzte Anordnung der Halteelemente und damit auch der zu bearbeitenden Werkstücke ermöglicht es auf einem Plasmarad mit einem vorgegebenen Durchmesser eine vergrößerte Anzahl von Halteelementen anzuordnen und damit die Produktionskapazität zu vergrößern.
Eine besonders kompakte Konstruktion läßt sich dadurch erreichen, daß die Halteelemente in einer radialen Richtung des Plasmarades hintereinander positioniert werden .
Anforderungen an eine große Kompaktheit und eine gute Zugänglichkeit können gleichzeitig dadurch erfüllt werden, daß die Werkstücke im Bereich der BehandlungsStation von vier Halteelementen positioniert werden.
Eine mechanisch stabile Anordnung wird dadurch unterstützt, daß die Halteelemente in einer Arbeitspositionierung derart angeordnet werden, daß eine im wesentlichen rechteckförmige Grundfläche aufgespannt wird.
Die Durchführung von Übergabevorgängen der Werkstücke wird dadurch erleichtert, daß mindestens eines der Halteelemente das Werkstück zangenartig haltert .
Eine Zuführung von Behältern zum Plasmarad sowie eine entsprechende Ableitung von Behältern wird dadurch unterstützt, daß die Halteelemente in einer Übergabepositionierung mit Zuführöffnungen in einer radial nach außen weisenden Richtung des Plasmarades angeordnet werden. Eine einfache Kinematik bei der Positionsveränderung der ortsveränderlich auf dem Plasmarad angeordneten Halteelemente wird dadurch erreicht, daß die Halteelemente in einer Arbeitspositionierung mit ihren Zuführöffnungen in einer im wesentlichen quer zur radialen Richtung des Plasmarades verlaufenden Orientierung positioniert werden.
Ebenfalls trägt es zu einer einfachen Durchführung der Übergabevorgänge bei, daß die Werkstücke dem Plasmarad von zangenartigen Halteelementen eines Eingaberades zugeführt werden.
Eine materialschonende Handhabung der Werkstücke wird dadurch unterstützt, daß die Werkstücke im Bereich des Eingaberades von gesteuerten Zangenarmen gehaltert werden.
Die Durchführung eines kontinuierlichen Materialdurchlaufes wird auch dadurch unterstützt, daß die Werkstük- ke von zangenartigen Halteelementen eines Ausgaberades vom Plasmarad entnommen werden.
Eine nochmals gesteigerte Materialschonung bei der Handhabung der Werkstücke wird dadurch erreicht, daß die Werkstücke im Bereich des Ausgaberades von gesteuerten Zangen gehaltert werden.
Eine einfache mechanische Konstruktion bei gleichzeitig materialschonender Handhabung der Werkstücke wird dadurch erreicht, daß die Werkstücke im Bereich der Plasmastation von federbelasteten Zangenarmen gehaltert werden . Ebenfalls trägt es zu einer einfachen mechanischen Grundkonstruktion bei, daß zwei der Halteelemente entlang des Umfanges des Plasmarades nebeneinander angeordnet und relativ zueinander unbeweglich vom Plasmarad transportiert werden.
Eine Positionsänderung der beweglichen Halteelemente zwischen einer Übergabepositionierung und einer Arbeitspositionierung wird dadurch unterstützt, daß zwei der Halteelemente relativ zum Plasmarad zwischen einer Arbeitspositionierung und einer Übergabepositionierung hin- und herbewegt werden.
Eine sehr einfache Kinematik bei der Durchführung von Übergängevorgängen wird dadurch erreicht, daß die Halteelemente in einer Übergabepositionierung gemeinsam entlang eines Umfanges des Plasmarades positioniert werden.
Ebenfalls trägt es zu einer einfachen Durchführung von Übergabevorgängen bei, daß aus dem Plasmarad entnommene Werkstücke entlang eines Umfanges des Ausgaberades positioniert werden.
Darüber hinaus ist daran gedacht, daß die Werkstücke vor ihrer Übergabe zum Plasmarad entlang eines Außenum- fanges eines Eingaberades angeordnet werden.
Eine einfache horizontale Zugänglichkeit der Kavitäten der Behandlungsstation wird dadurch unterstützt, daß die Werkstücke im Bereich der Plasmastation von einer in vertikaler Richtung positionierbaren Schiebehülse steuerbar gegenüber einer Umgebung abgeschirmt werden. Zur Erleichterung der Durchführung von Anschluß- sowie Dichtvorgängen wird vorgeschlagen, daß die Halteelemente in einer vertikalen Richtung positioniert werden.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 Eine Prinzipskizze einer Mehrzahl von Plasmakammern, die auf einem rotierenden Plasmarad angeordnet sind und bei der das Plasmarad mit Eingabe- und Ausgaberädern gekoppelt ist,
Fig. 2 ein Beispiel für ein Plasmarad mit vier Kavi- täten im Bereich jeder Plasmastation,
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit III in Fig. 2 und
Fig. 4 eine vergrößerte perspektivische Darstellung der Halteelemente im Bereich einer Plasmastation.
Aus der Darstellung in Fig. 1 ist ein Plasmamodul (1) zu erkennen, das mit einem rotierenden Plasmarad (2) versehen ist. Entlang eines Umfanges des Plasmarades (2) sind eine Mehrzahl von Plasmastationen (3) angeordnet. Die Plasmastationen (3) sind mit Kavitäten (4) bzw. Plasmakammern (14) zur Aufnahme von zu behandelnden Werkstücken (5) versehen. Zur Erläuterung des konstruktiven Grundprinzips ist in Fig. 1 jeweils nur ein Werkstück (5) je Plasmastation (3) dargestellt. Auch die Zuführungen und Ableitungen der Werkstücke zeigen lediglich schematisch die Handhabung von einzelnen Werkstücken (5) . Tatsächlich sind jedoch jeder Plasmastation (3) mindestens zwei Werkstücke (5) zugeordnet.
Die zu behandelnden Werkstücke (5) werden gemäß der vorgenommenen Vereinfachung der Darstellung dem Plasmamodul (1) im Bereich einer Eingabe (6) zugeführt und über ein Vereinzelungsrad (7) an ein Übergaberad (8) weitergeleitet, das mit positionierbaren Tragarmen (9) ausgestattet ist. Die Tragarme (9) sind relativ zu einem Sockel (10) des Übergaberades (8) verschwenkbar angeordnet, so daß eine Abstandsveränderung der Werkstük- ke (5) relativ zueinander durchgeführt werden kann. Hierdurch erfolgt eine Übergabe der Werkstücke (5) vom Übergaberad (8) an ein Eingaberad (11) mit einem relativ zum Vereinzelungsrad (7) vergrößerten Abstand der Werkstücke (5) relativ zueinander. Das Eingaberad (11) übergibt die zu behandelnden Werkstücke (5) an das Plasmarad (2) . Nach einer Durchführung der Behandlung werden die behandelten Werkstücke (5) von einem Ausgaberad (12) aus dem Bereich des Plasmarades (2) entfernt und in den Bereich einer Ausgabestrecke (13) überführt.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind zur weiteren Verdeutlichung des Konstruktionsprinzips die Plasmastationen (3) jeweils mit zwei Kavitäten (4) bzw. Plasmakammern (14) dargestellt. Hierdurch können jeweils zwei Werkstücke (5) gleichzeitig behandelt werden. Grundsätzlich ist es hierbei möglich, die Kavitäten (4) vollständig voneinander getrennt auszubilden, grundsätzlich ist es aber auch möglich, in einem gemeinsamen Kavitätenraum lediglich Teilbereiche derart gegeneinander abzugrenzen, daß eine optimale Beschichtung aller Werkstücke (5) gewährleistet ist. Insbesondere ist hierbei daran gedacht, die Teilkavitäten zumindest durch separate Mikrowelleneinkopplungen gegeneinander abzugrenzen.
Fig. 2 veranschaulicht, daß bei einem dargestellten Ausführungsbeispiel vier Halteelemente (15, 16, 17, 18) im Bereich der Plasmastation (3) angeordnet sind. Von der mit vier Kavitäten (4) ausgestatteten Plasmastation (3) sind nur die in radialer Richtung außen liegenden beiden Kavitäten (4) dargestellt. Für die bezüglich einer Rotationsachse (19) des Plasmarades (2) in radialer Richtung innen liegenden Kavitäten (4) sind lediglich die zugeordneten Halteelemente (17, 18) in einer Arbeitspositionierung dargestellt. Die Halteelemente (17, 18) sind darüber hinaus zur Veranschaulichung eines Bewegungsablaufes jeweils seitlich neben den abgebildeten Kavitäten (4) dargestellt.
Das Ausgaberad (12) ist mit Halteelementen (20, 21, 22, 23) versehen, die aus der Plasmastation (3) ausgegebene fertig bearbeitete Werkstücke aufnehmen. Eine vergleichbare Ausbildung weist auch das Eingaberad (11) auf. Bei der dargestellten Ausführungsform mit vier Halteelementen (15, 16, 17, 18) im Bereich der Plasmastation (3) werden somit entlang des Umfanges des Ausgaberades (12) von den dort angeordneten Halteelementen (20, 21, 22, 23) vier Behälter von der Plasmastation (3) an das Ausgaberad (12) übergeben.
Der Aufbau der Plasmastation (3) mit den Halteelementen (15, 16, 17, 18) und des Ausgaberades (12) mit den Halteelementen (20, 21, 22, 23) wird in Fig. 3 in einer vergrößerten Darstellung nochmals veranschaulicht . Zur Durchführung einer Ausgabe der fertig bearbeiteten Werkstücke werden die Halteelemente (17, 18) in die eingezeichnete Ausgabepositionierung entlang des Umfan- ges des Plasmarades (2) überführt. Durch das Abrollen des Plasmarades (2) und des Ausgaberades (12) aneinander bei einer jeweiligen Rotation dieser Räder erfolgt eine Übergabe der Werkstücke. Die Übergabe kann entweder passiv gesteuert unter Verwendung von Anweisern oder aktiv durch gesteuerte Halteelemente (15, 16, 17, 18) bzw. (20, 21, 22, 23) erfolgen. In der Regel ist es ausreichend, bei jeweils zwei korrespondierenden Halteelementen eines der Halteelemente beispielsweise mit federnd gelagerten Zangenarmen und das andere Halteelement mit aktiv gesteuerten Zangenarmen zu versehen.
Fig. 4 veranschaulicht die Anordnung der Halteelemente (15, 16, 17, 18) sowie der Halteelemente (20, 21, 22, 23) in einer nochmals vergrößerten Detailliertheit. Die Halteelemente (17, 18) sind wieder einmal in ihrer Arbeitspositionierung und andererseits in ihrer Übergabepositionierung dargestellt.
Aus Fig. 4 ist zu erkennen, daß die Halteelemente (15, 16, 17, 18) jeweils mit Einführöffnungen (24) versehene Basiselemente (25) sowie verschwenkbar auf den Basiselementen (25) angeordnete Zangenarme (26, 27) aufweisen. Die Zangenarme sind von nicht dargestellten Federn federnd gegen Anschlagelemente (28, 29) verspannt. Die Zangenarme (26, 27) weisen jeweils außenseitige Ein- führanschrägungen (30, 31) und Entnahmeanschrägungen (32, 33) auf. Hierdurch können zu behandelnde Werkstük- ke zwischen die Zangenarme (26, 27) hineingedrückt und wieder zwischen den Zangenarmen (26, 27) herausgezogen werden. Als hinterer Anschlag für das Werkstück dient ein Sockelelement (34) .
Zur Überführung der Halteelemente (17, 18) von der neben den Halteelementen (15, 16) eingezeichneten Überga- be-positionierung in die hinter den Halteelementen (15, 16) eingezeichnete Arbeitspositionierung werden die Halte-elemente (17, 18) vorzugsweise von nicht dargestellten Tragarmen verschwenkt. Grundsätzlich sind auch eine Verschiebung oder eine sonstige Bewegung entlang von Führungsschienen sowie andersartige Bewegungsvorgaben denkbar.
Die Halteelemente (20, 21, 22, 23) weisen gesteuerte Zangenarme (35, 36) auf. Der Zangenarm (35) ist mit einem Stellhebel (37) gekoppelt, der über eine Kurvenrolle (38) positionierbar ist. Der Zangenarm (36) ist über einen Kopplungshebel (39) mit dem Stellhebel (37) verbunden. Bei einer Betätigung des Stellhebels (37) werden hierdurch die Zangenarme (35, 36) zur Freigabe oder zur Halterung der Werkstücke positioniert.
Eine Übergabe von Werkstücken von den Zangenarmen (26, 27) zu den Zangenarmen (35, 36) wird derart durchgeführt, daß beim Abrollen des Plasmarades (2) und des Ausgaberades (12) aneinander die von den Zangenarmen (26, 27) gehalterten Werkstücke zwischen die geöffneten Zangenarme (35, 36) geführt werden. Die Zangenarme (35, 36) schließen dann und ziehen bei einer Weiterbewegung die Werkstücke zwischen den Zangenarmen (26, 27) heraus. Bei einer Eingabe der Werkstücke über das Eingaberad (11) in die Plasmastation (3) erfolgt ein umgekehrter Bewegungsablauf .
Das Verfahren und die Vorrichtung sind insbesondere dafür geeignet, im Bereich einer Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Werkstücken eingesetzt zu werden, die zur Plasmabehandlung von Behältern vorgesehen ist. Insbesondere ist an die Plasmabehandlung von flaschenför- igen Behältern gedacht. Die Behälter können beispiels- weise zur Verpackung von flüssigen Lebensmitteln verwendet werden. Gedacht ist beispielsweise an Behälter zur Verpackung von kohlensäurehaltigen Getränken oder von Getränken, die empfindlich gegenüber eindringendem Luftsauerstoff sind, beispielsweise Bier.
Bei der Realisierung der Plasmabehandlung ist insbesondere an eine InnenbeSchichtung der Behälter gedacht, die Barriereeigenschaften der Behälter gegenüber einem Durchtritt von Gasen erhöht. Die Erhöhung der Barriere- eigenschaften betrifft insbesondere eine erhöhte der Sperreigenschaft gegenüber einem Durchtritt von Kohlendioxid und/oder Sauerstoff .
Im Rahmen der Plasmabehandlung ist es möglich, auf der Oberfläche des Behälters, insbesondere auf der inneren Oberfläche des Behälters, eine Schicht aus SiOx abzuscheiden. Eine Haftung dieser Barriereschicht auf dem Material der Werkstücke kann durch einen Haftvermittler verbessert werden. Als Material für die Werkstücke ist insbesondere PET verwendbar.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Plasmabehandlung von Werkstücken, bei dem die Werkstücke in eine zumindest teilweise evakuierbare Plasmakammer einer Behandlungsstation eingesetzt werden, die von einem rotationsfähigen Plasmarad entlang eines geschlossenen Umlaufweges transportiert wird und bei dem mindestens zwei Werkstücke innerhalb der BehandlungsStation von Halteelementen positioniert werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Halteelemente (15, 16, 17, 18) der Behandlungsstation in einer Arbeitspositionierung mit einem relativ zueinander unterschiedlichen radialen Abstand zu einer Rotationsachse (19) des Plasmarades (2) positioniert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (15, 16, 17, 18) in einer radialen Richtung des Plasmarades (2) hintereinander positioniert werden.
H. .ikJϊc-ii,
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke im Bereich der Behandlungsstation von vier Halteelementen (15, 16, 17, 18) positioniert werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (15, 16, 17 18) in einer Arbeitspositionierung derart angeordnet werden, daß eine im wesentlichen recht- eckförmige Grundfläche aufgespannt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Halteelemente (15, 16, 17, 18) das Werkstück zangenartig haltert .
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (17, 18) in einer Ubergabepositionierung mit Zuführöffnungen in einer radial nach außen weisenden Richtung des Plasmarades (2) angeordnet werden.
7. Verf hren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (17, 18) in einer Arbeitspositionierung mit ihren Zuführöffnungen in einer im wesentlichen quer zur radialen Richtung des Plasmarades (2) verlaufenden Orientierung positioniert werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke dem Plas-
Figure imgf000016_0001
marad von zangenartigen Halteelementen eines Eingaberades (11) zugeführt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke im Bereich des Eingaberades (11) von gesteuerten Zangenarmen gehaltert werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke von zangenartigen Halteelementen eines Ausgaberades (12) vom Plasmarad (2) entnommen werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke im Bereich des Ausgaberades (12) von gesteuerten Zangen gehaltert werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke im Bereich der Plasmastation (3) von federbelasteten Zangenarmen gehaltert werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Halteelemente (15, 16, 17, 18) entlang des Umfanges des Plasmarades (2) nebeneinander angeordnet und relativ zueinander unbeweglich vom Plasmarad transportiert werde .
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Halteelemente (15, 16, 17, 18) relativ zum Plasmarad (2) zwi-
Figure imgf000017_0001
sehen einer Arbeitspositionierung und einer Ubergabepositionierung hin- und herbewegt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (15, 16, 17, 18) in einer Ubergabepositionierung gemeinsam entlang eines Umfanges des Plasmarades (2) positioniert werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Plasmarad (2) entnommene Werkstück entlang eines Umfanges des Ausgaberades (12) positioniert werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke vor ihrer Übergabe zum Plasmarad (2) entlang eines Außenum- fanges eines Eingaberades (11) angeordnet werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke (5) im Bereich der Plasmastation (3) von einer in vertikaler Richtung positionierbaren Schiebehülse steuerbar gegenüber einer Umgebung abgeschirmt werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (15, 16, 17, 18) in einer vertikalen Richtung positioniert werden.
20. Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Werkstük- ken, die mindestens eine evakuierbare Plasmakammer
Figure imgf000018_0001
zur Aufnahme der Werkstücke aufweist und bei der die Plasmakammer im Bereich einer BehandlungsStation angeordnet ist, die von einem rotationsfähigen Plasmarad getragen ist sowie bei der die Plasmakammer von einem Kammerboden, einem Kammerdeckel sowie einer seitlichen Kammerwandung begrenzt ist und bei der die BehandlungsStation mindestens zwei Halteelemente zur Positionierung der Werkstücke aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Halteelemente (15, 16, 17, 18) der Behandlungsstation in einer Arbeitspositionierung mit einem relativ zueinander unterschiedlichen radialen Abstand zu einer Rotationsachse (19) des Plasmarades (2) angeordnet sind.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (15, 16, 17, 18) in radialer Richtung hintereinander angeordnet sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Behandlungsstation mindestens vier Halteelemente (15, 16, 17, 18) angeordnet sind.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (15, 16, 17, 18) in einer Arbeitspositionierung im wesentlichen die Grundfläche eines Rechteckes aufspannen.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (15, 16, 17, 18) zangenartig ausgebildet sind.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (15, 16, 17, 18) in einer Übergabepositionierung mit in radialer Richtung des Plasm rades (2) nach außen weisenden Zugangsöffnungen versehen sind.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die in radialer Richtung des Plasmarades (2) in der Arbeitspositionierung innenliegend angeordneten Halteelemente (17, 18) in der Arbeitspositionierung quer zur radialen Richtung orientierte Zugangsöffnungen aufweisen.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingaberad (11) mit zangenförmigen Halterungselementen für die an das Plasmarad (2) zu übergebenden Werkstücke versehen ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die zangenförmigen Halteelemente des Eingaberades (2) mit gesteuerten Zangenarmen versehen sind.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgaberad (12) mit zangenförmigen Halterungselementen für die aus
-zbla t dem Plasmarad (2) zu entnehmenden Werkstücke versehen ist.
30. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die zangenförmigen Halteelemente des Ausgaberades (12) mit gesteuerten Zangenarmen versehen sind.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (15, 16, 17, 18) im Bereich der Plasmastation (3) federnd verspannte Zangenarme (26, 27) aufweisen.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die in radialer Richtung des Plasmarades außen liegenden Halteelemente (15, 16) relativ zum Plasmarad (2) ortsfest angeordnet sind.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Arbeits- positionierung in radialer Richtung des Plasmarades (2) innenliegenden Halteelemente (17, 18) relativ zum Plasmarad (2) ortsveränderlich angeordnet sind.
34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsveränderlichen Halteelemente (17, 18) derart auf dem Plasmarad geführt sind, daß in einer Übergabepositionierung alle Halteelemente (15, 16, 17, 18) entlang eines
Figure imgf000021_0001
äußeren Umfanges des Plasmarades (2) angeordnet sind.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich des Ausgaberades (12) angeordneten Halteelemente hintereinander entlang eines Außenumfanges des Ausgaberades (12) angeordnet sind.
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich des Eingaberades (11) angeordneten Halteelemente hintereinander entlang eines Außenumfanges des Ausgaberades (12) angeordnet sind.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmastation (3) mindestens eine in einer vertikalen Richtung positionierbare Schiebehülse zur Abdichtung von bereitgestellten Kavitäten (4) gegenüber einer Umgebung aufweist .
38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Halteelemente (15, 16, 17, 18) in einer vertikalen Richtung positionierbar geführt sind.
raatzb'stt
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