WO2015165758A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen präkursorzuführung - Google Patents

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WO2015165758A1
WO2015165758A1 PCT/EP2015/058432 EP2015058432W WO2015165758A1 WO 2015165758 A1 WO2015165758 A1 WO 2015165758A1 EP 2015058432 W EP2015058432 W EP 2015058432W WO 2015165758 A1 WO2015165758 A1 WO 2015165758A1
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coating
reservoir
removal device
loop
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Walter MÜHLHAUSE
Michael Strack
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Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Thyssenkrupp Ag
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    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45561—Gas plumbing upstream of the reaction chamber

Definitions

  • the invention relates to a method for feeding at least one precursor to a plurality of coating modules of a coating device, wherein the coating modules have at least one removal device and at least one supply line formed in some areas as a riser, via which the coating modules have at least one removal device and at least one supply line formed in some areas as a riser, via which the coating modules have at least one removal device and at least one supply line formed in some areas as a riser, via which the
  • the invention relates to a coating device having a plurality of coating modules, at least one storage container for a precursor, wherein the coating modules have at least one removal device and at least one partially formed as a riser supply to the removal device, via which the precursor of the removal device of
  • a plasma coating process allows very precise control of the layer thickness and allows the application of very thin layers in the nanometer to micrometer range.
  • a plasma coating device is, for example, from the European
  • Patent application EP 2 636 446 AI known.
  • plasma coating due to the plasma-guided coating process, only limited widths of a workpiece to be coated can be processed.
  • the plasma-guided coating process due to the plasma-guided coating process, only limited widths of a workpiece to be coated can be processed.
  • Plasma coating apparatuses therefore often use a plurality of coating modules, for example more than 5 coating modules
  • Ent fortunevoraires a precursor injected into the process gas.
  • the precursor present in the supply line of the coating module is entrained by the process gas, atomized and guided with the process gas to the surface to be coated.
  • the precursor is the starting material for producing the coating, for example for producing a primer layer, on the strip surface.
  • the process gas and the precursor are introduced into the plasma or into the afterglow of the plasma (after glow).
  • the amount of precursor introduced into the process gas is dependent on the amount of precursor entrained in the sampling device by the process gas and is thus dependent on the precursor level in the sampling device or the feed line to the sampling device. Therefore, to enable a continuous coating, must be in each
  • Removal device of the precursor levels are kept constant while precursors are fed continuously to perform the coating process as evenly as possible.
  • each sampling device of a coating module is assigned its own reservoir for the precursor, the filling of which is sufficient, for example, for a complete working layer.
  • the object of the present invention is to propose a method and a simple device for coating, with which a precursor of a plurality of coating modules can be provided continuously with a same precursor level and a continuous one Coating operation is guaranteed.
  • the object is achieved by a method in that at least one sampling device from a reservoir via a loop line a precursor is supplied, the at least one sampling device in the loop a larger
  • Precursor amount is supplied as needed and the excess amount of precursor is returned to the reservoir, wherein the return of the precursor in the ring line, a hydrostatic pressure in each connected to the loop supply line of a single extraction device is generated.
  • the precursor level it is possible to set the precursor level to a specific value via the hydrostatic pressure of the precursor in each supply line connected to the storage container and to keep it constant.
  • the precursor level in the supply lines of one or a plurality of removal devices is then no longer dependent on the fill level of the
  • the loop is fed, for example, with a pump from the reservoir with precursor.
  • the level of the precursor remains constant despite removal by the sampling device, as long as precursors back into the
  • Reservoir can be returned.
  • several removal devices can identify identical precursor levels, and thus several coating modules can be fed with the same amount of coating material for parallel and / or sequential coating of different partial surfaces of a strip, for example a steel strip. It just has to be ensured in that the quantity of precursor supplied to the individual removal devices is greater than the withdrawal quantity, so that the hydrostatic pressure in the supply lines can be established.
  • a first embodiment of the method is in the loop in the return of the precursor in the reservoir through a throttle valve, an orifice and / or connected to a riser overflow of the
  • Embodiment in that the at least one precursor is supplied via the ring line of a plurality of supply lines of sampling devices.
  • Precursor level in the partially formed as a riser supply lines is a Precursor level in the partially formed as a riser supply lines.
  • At least one ring line feeds a storage reservoir, which is connected to the removal device of a
  • Coating module is connected, wherein the precursor level in
  • Storage reservoir is adjusted via the hydrostatic pressure in the supply line. Through the reservoir reservoir pressure fluctuations affect the Feed lines are reduced to the precursor level so that less variation in the coating process occurs.
  • excess precursor is returned from the removal device of the coating module in a collecting line separate from the feed of the precursor or in individual lines to the storage container. Headers for the excess precursor simplify the construction of a coating apparatus. However, it is also possible the
  • Reservoir automatically refilled upon reaching a minimum level so that in a simple manner a continuous coating operation can be guaran teed.
  • a plurality of sampling devices are connected to a reservoir of a precursor, each sampling device via a single loop or a plurality of sampling devices via a common loop for the return of the excess Precursors are connected to the reservoir, are provided in the loop or the ring lines means for supplying the precursor via the loop to the at least one sampling device and in the loop in the region of the return of the precursor in the reservoir means for generating a hydrostatic pressure in the Supply lines of at least one
  • Removal device are provided. First, via the means for supplying the precursor via the loop to the at least one sampling device, for example a pump, the precursor in the loop transported to the feed lines. The excess, in the
  • Supply lines of the removal devices not removed amount of precursor is returned to the reservoir again.
  • the portion of the return of the precursor begins in the flow direction of the precursor to the last supply line of a sampling device.
  • means for generating a hydrostatic pressure is generated in the opposite direction of flow of the precursor in the loop and thus in each supply line, a hydrostatic pressure over which the
  • Precursor level can be adjusted regardless of the level of the precursor in the reservoir.
  • the precursor level in the feed line (s) is always identical, regardless of the cross-section or line length of the feed lines, since the level depends only on the hydrostatic pressure in the loop.
  • Supply lines are supplied. By refilling the reservoir then a continuous operation of the coating system can be ensured.
  • Removal devices throttle valves, orifices and / or one with a
  • throttle valves or orifices With throttle valves or orifices, the hydrostatic pressure in the return of the precursor to the reservoir can be set in a simple manner defined. However, throttle valves and orifices are subject to some wear. In addition, fluctuations in the supply of the precursor, for example, fluctuations in the pumping power of the supply means
  • the overflow connected to a riser allows a set hydrostatic pressure to be set without fluctuations in the level due to different pumping capacity, as long as the amount of precursor delivered is greater than the amount of precursor taken. It is conceivable For example, to design the riser variable in height, so that the hydrostatic pressure can be adjusted via the height of the overflow.
  • Removal device provided to the reservoir according to a further embodiment, which optionally in one or more manifolds for
  • Precursors are returned to the reservoir without affecting the pending in the feed precursor level.
  • the coating device According to a further embodiment of the coating device, the
  • the excess precursor can, for example, easily be returned via the overflow of the storage reservoir.
  • a can also be returned via the overflow of the storage reservoir.
  • Storage reservoir are provided without overflow, so that the excess precursor, which can be passed from the removal device in the storage reservoir and used again for coating.
  • At least one refill container is provided which communicates with the reservoir via a
  • Refill line and at least one refill valve is connected, so that in a simple way, the reservoir can be refilled via the refill.
  • the coating device means for determining the level of the precursor in the reservoir and a controller are provided, via which the at least one refill valve for refilling of the reservoir is controlled. This allows automatic filling of the reservoir regardless of the ongoing production process.
  • the above object is additionally achieved by using a coating apparatus
  • Coating device in particular plasma coating device allows a continuous and economical coating process of piece goods, tapes, metal strips or steel strips.
  • the short set-up times and the elimination of production stops due to the refilling of Retschormedien lead to significant advantages in the coil coating. To be favoured
  • Metal strips with bonding agent layers for the production of composite sheets consisting of at least two metallic cover layers and at least one, preferably thermoplastic, disposed between the cover layers
  • Fig. L schematically shows a first embodiment of an inventive
  • FIG. 2 is a schematic view of another embodiment
  • Fig. 3 shows a third embodiment of a device in a schematic
  • FIG. 1 shows first schematically a first embodiment of a device 1 for continuous precursor delivery according to the present invention.
  • Device 1 as part of a feeding device, in particular a
  • Plasma coating device has a plurality of removal devices 2, 3, which are used for the supply of not shown here coating modules for coating, for example, metal bands or cargo, not shown here.
  • removal devices 2, 3 of not shown here are used for the supply of not shown here coating modules for coating, for example, metal bands or cargo, not shown here.
  • Coating modules is by inflowing a process gas 2b, 3b from the
  • Supply line 2c, 3c of each removal device of the precursor 6 taken, for example, nebulized and fed to a coating module, not shown.
  • the precursor level P is decisive for the amount of precursor that the
  • Removal device 2, 3 depending on the parameters of the process gas 2b, 3b extracts.
  • the precursor level P in the supply lines 2c, 3c should therefore be kept as constant as possible.
  • the plurality of sampling devices 2, 3 are connected via the supply lines 2 c, 3 c and the ring line 4 to the reservoir 5.
  • the precursor 6 is pumped by a pump 7 through the loop 4.
  • the excess precursor is introduced via the ring line 4 back into the reservoir 5.
  • the return of the precursor 6 via the ring line 4 it is guided in the region of the return by means 8 for generating a hydrostatic pressure in each supply line of each removal device before the precursor 6 flows back into the storage container 5.
  • the portion of the return of the precursor 6 begins as soon as the excess precursor the last supply line of a sampling device in
  • Fig. 1 is provided as means for providing a predetermined hydrostatic pressure in the ring line 4 in the region of the return connected to a riser 8a overflow 8.
  • the excess precursor increases until it can drain in the overflow 8 again in the direction of the reservoir 5.
  • the Increase of the precursor 6 in the riser 8a is a hydrostatic pressure in
  • Feed lines 2 c, 3 c, a constant precursor level P so that a plurality of sampling devices can be supplied with the same amount of precursor continuously.
  • the removal devices 2, 3 can work continuously with a constant removal amount due to the constant level P.
  • Refill 10 is provided, which is connected via a refill valve 11 and a refill 12 to the reservoir 5.
  • a refill valve 11 In the reservoir 5 means for detecting the maximum and the minimum level are indicated. Via a control (5a), the maximum and minimum level of the reservoir can be used to control the refill valve 11. Refilling the
  • Reservoir 5 is then carried out, for example, during operation, without interrupting the coating is necessary.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a device for continuous precursor delivery, which has two removal devices 2 ', 3'. in the
  • the level P of the precursor in the reservoir 2e ', 3e' each
  • Removal device 2 ', 3' is in the present embodiment in particular also the position of the designed as an overflow return line for the excess precursor 2d ', 3d' dependent.
  • Through the overflow 2d ', 3d' becomes one Maximum level P provided to precursor in the storage reservoir 2e ', 3e'. Due to the storage reservoir pressure fluctuations in the loop do not lead directly to changed coating results, since the precursor level P changes only slightly.
  • Coating preferably plasma coating device thus allows a very constant coating process.
  • a pump 25, 26, 27, 28 is provided in each ring line, which feeds the amount of precursor which flows through the ring line 17, 18, 19, 20 to the respective removal device.
  • the amount of supplied precursor is set higher for each sampling device than that in the respective not shown
  • Coating module consumed precursor amount The excess precursor is returned via a return 9 in the reservoir 5.
  • a fixed predetermined hydrostatic pressure is built up by the intended overflows 21, 22, 23, 24.
  • a refill container 10 is provided, which is connected via a refill valve 11 to the reservoir 5.
  • a common manifold 9, which leads from the removal device excess precursor in the reservoir 5, is also provided. It is conceivable that an unillustrated orifice or a throttle valve is provided instead of the overflow connected to a riser.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zuführung mindestens eines Präkursors zu einer Mehrzahl von Beschichtungsmodulen einer Beschichtungsvorrichtung und eine entsprechende Beschichtungsvorrichtung, insbesondere Plasmabeschichtungsvorrichtung. Die Aufgabe, ein Verfahren und eine einfache Vorrichtung zur Beschichtung vorzuschlagen, mit welchem bzw. mit welcher ein Präkursor einer Mehrzahl an Beschichtungsmodulen kontinuierlich mit einem gleichen Präkursorpegel bereitgestellt werden kann und ein kontinuierlicher Beschichtungsbetrieb gewährleistet wird, wird mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Präkursorzuführung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zuführung mindestens eines Präkursors zu einer Mehrzahl von Beschichtungsmodulen einer Beschichtungsvorrichtung, wobei die Beschichtungsmodule mindestens eine Entnahmevorrichtung und mindestens eine bereichsweise als Steigrohr ausgebildete Zuführleitung aufweisen, über welche der
Präkursor der Entnahmevorrichtung des Beschichtungsmoduls zugeführt wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Beschichtungsvorrichtung mit einer Mehrzahl an Beschichtungsmodulen, mindestens einem Vorratsbehälter für einen Präkursor, wobei die Beschichtungsmodule mindestens eine Entnahmevorrichtung und mindestens eine bereichsweise als Steigrohr ausgebildete Zuführleitung zur Entnahmevorrichtung aufweisen, über welche der Präkursor der Entnahmevorrichtung des
Beschichtungsmoduls zugeführt wird sowie eine vorteilhafte Verwendung der
Beschichtungsvorrichtung. Insbesondere bei der Beschichtung von Bändern, vor allem Metall- oder Stahlbänder, beispielsweise mit einem Haftvermittler, werden sehr dünne Beschichtungen benötigt, welche beispielsweise über ein Plasmabeschichtungsverfahren aufgetragen werden. Ein Plasmabeschichtungsverfahren ermöglicht eine sehr genaue Kontrolle der Schichtdicke und erlaubt das Auftragen dünnster Schichten im Nano- bis Mikrometerbereich. Eine Plasmabeschichtungsvorrichtung ist beispielsweise aus der europäischen
Patentanmeldung EP 2 636 446 AI bekannt. Beim Plasmabeschichten können aufgrund des plasma-geführten Beschichtungsprozesses nur begrenzte Breiten eines zu beschichtenden Werkstücks bearbeitet werden. Darüber hinaus ist die
Auftragsgeschwindigkeit begrenzt, so dass zum Erreichen einer bestimmten
Schichtdicke die Bandgeschwindigkeit beim Beschichten beschränkt ist, so dass
Maßnahmen zur Beschleunigung der Beschichtungsleistung getroffen werden müssen. Plasmabeschichtungsvorrichtungen verwenden deshalb häufig eine Mehrzahl an Beschichtungsmodulen, beispielsweise mehr als 5 Beschichtungsmodule, die
verschiedene Teilflächenbereiche der zu beschichtenden Werkstoffe paral
seriell beschichten. Bei der Beschichtung, insbesondere bei der Plasmabes wird dem Beschichtungsmodul ein Prozessgas zugeführt und über eine
Entnahmevorrichtung ein Präkursor in das Prozessgas injiziert. Dabei wird der in der Zuführleitung des Beschichtungsmoduls anstehende Präkursor vom Prozessgas mitgerissen, vernebelt und mit dem Prozessgas auf die zu beschichtende Oberfläche geführt. Der Präkursor ist der Ausgangsstoff zur Erzeugung der Beschichtung, beispielsweise zur Erzeugung einer Haftvermittlerschicht, auf der Bandoberfläche. Das Prozessgas und der Präkursor werden hierzu in das Plasma bzw. in das Nachglühen des Plasmas (after glow) eingebracht. Die Menge des in das Prozessgas eingebrachten Präkursors ist abhängig von der Menge an Präkursor, die in der Entnahmevorrichtung durch das Prozessgas mitgerissen wird und ist somit abhängig vom Präkursorpegel in der Entnahmevorrichtung bzw. der Zuführleitung zur Entnahmevorrichtung. Um eine kontinuierliche Beschichtung zu ermöglichen, muss deshalb in jeder
Entnahmevorrichtung der Präkursorpegel konstant gehalten werden und gleichzeitig Präkursor kontinuierlich zugeführt werden, um den Beschichtungsprozess möglichst gleichmäßig durchzuführen.
Bisher wurde dieses Problem dadurch gelöst, dass jeder Entnahmevorrichtung eines Beschichtungsmoduls ein eigener Vorratsbehälter für den Präkursor zugeordnet ist, dessen Füllung beispielsweise für eine vollständige Arbeitsschicht ausreicht. Die
Bevorratung des Präkursors in einem einzelnen Beschichtungsmodul zugeordneten Vorratsbehälter hat jedoch den Nachteil, dass dieser einzeln nachgefüllt werden muss, was die Rüstzeiten bei einer Vielzahl an Beschichtungsmodulen, beispielsweise mehr als 5, zu groß werden lässt. Sollen mehrere Beschichtungsmodule aus einem
Vorratsbehälter gespeist werden, führen unterschiedliche Leitungslängen zu dem
Beschichtungsmodul wegen unterschiedlicher Strömungswiderstände dazu, dass unterschiedliche Präkursormengen bereitgestellt werden, so dass Probleme in Bezug auf die pro Beschichtungsmodul aufgetragene Schichtdicke bestehen. Prinzipiell müssten daher identische Strömungswiderstände vom Vorratsbehälter zu den einzelnen
Beschichtungsmodulen verwendet werden. Insbesondere bei der Realisierung hoher Produktionskapazitäten und damit hoher Beschichtungs- bzw. Bandgeschwindigkeiten wird die Beschichtungsvorrichtung dann jedoch äußerst komplex. Von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik ausgehend, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine einfache Vorrichtung zur Beschichtung vorzuschlagen, mit welchem bzw. mit welcher ein Präkursor einer Mehrzahl an Beschichtungsmodulen kontinuierlich mit einem gleichen Präkursorpegel bereitgestellt werden kann und ein kontinuierlicher Beschichtungsbetrieb gewährleistet wird.
Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die aufgezeigte Aufgabe durch ein Verfahren dadurch gelöst, dass mindestens einer Entnahmevorrichtung aus einem Vorratsbehälter über eine Ringleitung ein Präkursor zugeführt wird, der mindestens einen Entnahmevorrichtung in der Ringleitung eine größere
Präkursormenge als benötigt zugeführt wird und die überschüssige Menge an Präkursor in den Vorratsbehälter zurückgeführt wird, wobei bei der Rückführung des Präkursors in der Ringleitung ein hydrostatischer Druck in jeder mit der Ringleitung verbundenen Zuführleitung einer einzelnen Entnahmevorrichtung erzeugt wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, über den hydrostatischen Druck des Präkursors in jeder mit dem Vorratsbehälter verbundenen Zuführleitung den Präkursorpegel auf einen bestimmten Wert festzulegen und konstant zu halten.
Insbesondere ist der Präkursorpegel in den Zuführleitungen einer oder einer Mehrzahl an Entnahmevorrichtungen dann nicht mehr abhängig von der Füllhöhe des
Vorratsbehälters, sondern nur davon, dass Präkursor zum Vorratsbehälter
zurückgeführt wird. Die Ringleitung wird dabei beispielsweise mit einer Pumpe aus dem Vorratsbehälter mit Präkursor gespeist. Der Pegel des Präkursors bleibt trotz Entnahme durch die Entnahmevorrichtung konstant, so lange Präkursor wieder in den
Vorratsbehälter zurückgeführt werden kann. Mehrere Entnahmevorrichtungen können so beispielsweise identische Präkursorpegel ausweisen und dadurch können mehrere Beschichtungsmodule mit der gleichen Menge an Beschichtungsstoff zur parallelen und/oder sequentiellen Beschichtung verschiedener Teilflächen eines Bandes beispielsweise eines Stahlbandes gespeist werden. Es muss lediglich gewährleistet sein, dass die den einzelnen Entnahmevorrichtungen zugeführte Präkursormenge größer ist als die Entnahmemenge, so dass der hydrostatische Druck in den Zuführleitungen aufgebaut werden kann. Gemäß einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens wird in der Ringleitung bei der Rückführung des Präkursors in den Vorratsbehälter durch ein Drosselventil, eine Drosselblende und/oder ein mit einem Steigrohr verbundener Überlauf der
hydrostatische Druck in den Zuführleitungen der Entnahmevorrichtungen eingestellt. Drosselventile und Drosselblenden ermöglichen es, durch Verminderung des
Durchflusses der rückgeführten Mengen an Präkursor einen definierten
hydrostatischen Druck in der Ringleitung des Präkursors aufzubauen. Durch das Aufsteigen des Präkursors im Steigrohr des Überlaufs wird der hydrostatische Druck erzeugt. Über die Höhe des Steigrohres im Vergleich mit der Höhe der Zuführleitungen kann der Druck genau eingestellt werden. Bei der Verwendung des Überlaufs wirken sich Druckschwankungen, beispielsweise aufgrund von Schwankungen in der zugeführten Präkursormenge nicht oder nur gering auf den Präkursorpegel aus.
Besonders einfach gelingt die Erzeugung eines konstanten Präkursorpegels in den Zuführleitungen einer Mehrzahl an Entnahmevorrichtungen gemäß einem
Ausführungsbeispiel dadurch, dass der mindestens eine Präkursor über die Ringleitung einer Mehrzahl an Zuführleitungen von Entnahmevorrichtungen zugeführt wird.
Aufgrund der Erzeugung des hydrostatischen oder hydraulischen Drucks bei der Rückführung des Präkursors steht in allen mit der Ringleitung verbundenen
Zuführleitungen ein identischer Präkursordruck und damit ein identischer
Präkursorpegel in den bereichsweise als Steigrohr ausgebildeten Zuführleitungen an.
Mit einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens speist mindestens eine Ringleitung ein Bevorratungsreservoir, welches mit der Entnahmevorrichtung eines
Beschichtungsmoduls verbunden ist, wobei der Präkursorpegel im
Bevorratungsreservoir über den hydrostatischen Druck in der Zuführleitung eingestellt wird. Durch das Bevorratungsreservoir wirken sich Druckschwankungen in den Zuführleitungen verringert auf den Präkursorpegel aus, so dass geringere Schwankungen im Beschichtungsprozess auftreten.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird überschüssiger Präkursor aus der Entnahmevorrichtung des Beschichtungsmoduls in einer von der Zuführung des Präkursors getrennten Sammelleitung oder in Einzelleitungen zum Vorratsbehälter zurückgeführt. Sammelleitungen für den überschüssigen Präkursor vereinfachen den Aufbau einer Beschichtungsvorrichtung. Allerdings ist es auch möglich, den
überschüssigen Präkursor einzeln von jeder Entnahmevorrichtung aus in den
Vorratsbehälter zurückzuführen.
Bevorzugt wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens der
Vorratsbehälter bei Erreichen einer Mindestfüllmenge automatisch nachgefüllt, so dass auf einfache Weise ein kontinuierlicher Beschichtungsbetrieb gewährleitstet werden kann. Selbstverständlich ist auch denkbar, den Vorratsbehälter manuell bei Erreichen eines minimalen Füllstandes zu befüllen.
Die oben aufgezeigte Aufgabe wird gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung bei einer Beschichtungsvorrichtung dadurch gelöst, dass eine Mehrzahl an Entnahmevorrichtungen an einen Vorratsbehälter eines Präkursors angeschlossen sind, jede Entnahmevorrichtung über eine einzelne Ringleitung oder eine Mehrzahl an Entnahmevorrichtungen über eine gemeinsame Ringleitung zur Rückführung des überschüssigen Präkursors mit dem Vorratsbehälter verbunden sind, in der Ringleitung oder den Ringleitungen Mittel zur Zuführung des Präkursors über die Ringleitung zu der mindestens einen Entnahmevorrichtung vorgesehen sind und in der Ringleitung im Bereich der Rückführung des Präkursors in den Vorratsbehälter Mittel zur Erzeugung eines hydrostatischen Drucks in der den Zuführleitungen der mindestens einen
Entnahmevorrichtung vorgesehen sind. Zunächst wird über die Mittel zur Zuführung des Präkursors über die Ringleitung zu der mindestens einen Entnahmevorrichtung, beispielsweise eine Pumpe, der Präkursor in der Ringleitung zu den Zuführleitungen transportiert. Die überschüssige, in den
Zuführleitungen der Entnahmevorrichtungen nicht entnommene Menge an Präkursor wird wieder zum Vorratsbehälter zurückgeführt. Der Bereich der Rückführung des Präkursors beginnt in Fließrichtung des Präkursors nach der letzten Zuführleitung einer Entnahmevorrichtung. Durch die im Bereich der Rückführung des Präkursors vorgesehenen Mittel zur Erzeugung eines hydrostatischen Drucks wird in der in entgegengesetzter Fließrichtung des Präkursors in der Ringleitung und damit auch in jeder Zuführleitung ein hydrostatischer Druck erzeugt, über welchen der
Präkursorpegel unabhängig von dem Füllstand des Präkursors im Vorratsbehälter eingestellt werden kann. Der Präkursorpegel in der oder den Zuführleitungen ist immer identisch, egal welchen Querschnitt oder welche Leitungslänge die Zuführleitungen aufweisen, da der Pegel nur vom hydrostatischen Druck in der Ringleitung abhängt. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können damit eine Mehrzahl an
Entnahmevorrichtungen einer Beschichtungsvorrichtung mit einem identischen
Präkursorpegel in den zumindest bereichsweise als Steigrohr ausgebildeten
Zuführleitungen versorgt werden. Durch Nachfüllen des Vorratsbehälters kann dann ein kontinuierlicher Betrieb der Beschichtungsanlage gewährleistet werden.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Beschichtungsvorrichtung sind als Mittel zur Bereitstellung des hydrostatischen Drucks in den Zuführleitungen der
Entnahmevorrichtungen Drosselventile, Drosselblenden und/oder ein mit einem
Steigrohr verbundener Überlauf im Bereich der Rückführung der Ringleitung
vorgesehen. Mit Drosselventilen oder Drosselblenden lässt sich der hydrostatische Druck in der Rückführung des Präkursors zum Vorratsbehälter auf einfache Weise definiert einstellen. Allerdings unterliegen Drosselventile und Drosselblenden einem gewissen Verschleiß. Zudem führen Schwankungen bei der Zuführung des Präkursors, beispielsweise bei Schwankungen der Pumpleistung der Zuführmittel zu
Pegelschwankungen. Der mit einem Steigrohr verbundene Überlauf dagegen, ermöglicht die Einstellung eines festgelegten hydrostatischen Drucks, ohne dass es Schwankungen im Pegel durch unterschiedliche Pumpenleistung kommt, solange die geförderte Präkursormenge größer ist als die entnommene Präkursormenge. Denkbar ist beispielsweise das Steigrohr variabel in der Höhe auszugestalten, so dass der hydrostatische Druck über die Höhe des Überlaufs eingestellt werden kann.
Sind separate Rückführleitungen für den überschüssigen Präkursor von jeder
Entnahmevorrichtung zum Vorratsbehälter gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel vorgesehen, welche optional in einer oder mehrerer Sammelleitungen zum
Vorratsbehälter münden, kann der beim Beschichtungsvorgang überschüssige
Präkursor ohne Einfluss auf den in der Zuführleitung anstehenden Präkursorpegel zum Vorratsbehälter zurückgeführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Beschichtungsvorrichtung weisen die
Zuführleitungen ein Bevorratungsreservoir für jede einzelne Entnahmevorrichtung auf. Durch das Bevorratungsreservoir einer jeden einzelnen Entnahmevorrichtung können kurzzeitig auftretende Versorgungsstörungen ausgeglichen werden und eine
gleichbleibende Schichtdicke gewährleistet werden.
Sind die Bevorratungsreservoire der Entnahmevorrichtungen mit Überlauf ausgebildet, kann beispielsweise auf einfache Weise der überschüssige Präkursor über den Überlauf des Bevorratungsreservoirs zurückgeführt werden. Andererseits kann auch ein
Bevorratungsreservoir ohne Überlauf bereitgestellt werden, so dass der überschüssige Präkursor, welcher aus der Entnahmevorrichtung in das Bevorratungsreservoir geleitet und erneut zur Beschichtung verwendet werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Beschichtungsvorrichtung ist mindestens ein Nachfüllbehälter vorgesehen, welcher mit dem Vorratsbehälter über eine
Nachfüllleitung und mindestens ein Nachfüllventil verbunden ist, so dass auf einfache Weise der Vorratsbehälter über den Nachfüllbehälter nachgefüllt werden kann.
Schließlich sind gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Beschichtungsvorrichtung Mittel zur Bestimmung des Füllstandes des Präkursors im Vorratsbehälter und eine Steuerung vorgesehen, über welche das mindestens eine Nachfüllventil zum Nachfüllen des Vorratsbehälters ansteuerbar ist. Hierdurch kann eine automatische Befüllung des Vorratsbehälters unabhängig vom laufenden Produktionsprozess erfolgen.
Gemäß einer dritten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe zusätzlich durch eine Verwendung einer Beschichtungsvorrichtung
insbesondere Plasmabeschichtungsvorrichtung zur Plasmabeschichtung von Stückgut, Bändern, Metallbändern oder Stahlbändern gelöst, da die erfindungsgemäße
Beschichtungsvorrichtung insbesondere Plasmabeschichtungsvorrichtung einen kontinuierlichen und wirtschaftlichen Beschichtungsprozess von Stückgut, Bändern, Metallbändern oder Stahlbändern ermöglicht. Insbesondere die geringen Rüstzeiten und das Wegfallen von Produktionsstopps aufgrund des Nachfüllens von Präkursormedien führen zu erheblichen Vorteilen bei der Bandbeschichtung. Bevorzugt werden
Metallbänder mit Haftvermittlerschichten für die Herstellung von Verbundblechen bestehend aus mindestens zwei metallischen Deckschichten und mindestens einer zwischen den Deckschichten angeordneten, vorzugsweise thermoplastischen
Kunststoffschicht beschichtet.
Im Weiteren soll anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung die Erfindung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in
Fig. l schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit einer Ringleitung für eine Mehrzahl an
Entnahmevorrichtungen, Fig. 2 in einer schematischen Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel
erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung in schematischer
Ansicht mit einzelnen Ringleitungen pro Entnahmevorrichtung. Fig. 1 zeigt zunächst schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur kontinuierlichen Präkursorzuführung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die
Vorrichtung 1 als Teil einer Beschickungsvorrichtung, insbesondere einer
Plasmabeschichtungsvorrichtung weist eine Mehrzahl an Entnahmevorrichtungen 2, 3 auf, welche zur Versorgung von hier nicht dargestellten Beschichtungsmodulen zur Beschichtung von beispielsweise Metallbändern oder Stückgut, hier nicht dargestellt, dienen. In den Entnahmevorrichtungen 2, 3 der hier nicht dargestellten
Beschichtungsmodule wird durch Einströmen eines Prozessgases 2b, 3b aus der
Zuführleitung 2c, 3c einer jeden Entnahmevorrichtung der Präkursor 6 entnommen, beispielsweise vernebelt und einem nicht dargestellten Beschichtungsmodul zugeführt. In denen zumindest bereichsweise als Steigrohr ausgebildeten Zuführleitungen 2c, 3c ist der Präkursorpegel P entscheidend für die Menge an Präkursor, die die
Entnahmevorrichtung 2, 3 abhängig von den Parametern des Prozessgases 2b, 3b entnimmt. Der Präkursorpegel P in den Zuführleitungen 2c, 3c sollte daher möglichst konstant gehalten werden.
Die Mehrzahl an Entnahmevorrichtungen 2, 3 sind über die Zuführleitungen 2c, 3c und die Ringleitung 4 mit dem Vorratsbehälter 5 verbunden. Der Präkursor 6 wird über eine Pumpe 7 durch die Ringleitung 4 gepumpt. Der überschüssige Präkursor wird über die Ringleitung 4 wieder in den Vorratsbehälter 5 eingeleitet. Bei der Rückführung des Präkursors 6 über die Ringleitung 4 wird dieser im Bereich der Rückführung durch Mittel 8 zur Erzeugung eines hydrostatischen Drucks in jeder Zuführleitung einer jeden Entnahmevorrichtung geführt, bevor der Präkursor 6 in den Vorratsbehälter 5 zurückfließt. Der Bereich der Rückführung des Präkursors 6 beginnt, sobald der überschüssige Präkursor die letzte Zuführleitung einer Entnahmevorrichtung in
Richtung Vorratsbehälter 5 passiert hat.
In Fig. 1 ist als Mittel zur Bereitstellung eines vorbestimmten hydrostatischen Drucks in der Ringleitung 4 im Bereich der Rückführung ein mit einem Steigrohr 8a verbundener Überlauf 8 vorgesehen. In dem Steigrohr 8a steigt der überschüssige Präkursor an, bis dieser im Überlauf 8 wieder in Richtung Vorratsbehälter 5 abfließen kann. Durch das Ansteigen des Präkursors 6 im Steigrohr 8a wird ein hydrostatischer Druck im
Präkursor 6 im davor vorgehenden Bereich der Ringleitung 4, insbesondere also auch in jeder Zuführleitung erzeugt. Die Steighöhe des Steigrohres 8a ergibt den
hydrostatischen Druck des Präkursors in der Ringleitung 4 zwischen der Pumpe 7 und dem Steigrohr 8a. Entsprechend der Höhe des Steigrohres 8a stellt sich in den
Zuführleitungen 2c, 3c ein konstanter Präkursorpegel P ein, so dass eine Mehrzahl an Entnahmevorrichtungen kontinuierlich mit der gleichen Menge an Präkursor versorgt werden kann. Die Entnahmevorrichtungen 2, 3 können aufgrund des konstanten Pegels P kontinuierlich mit konstanter Entnahmemenge arbeiten.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird über separate Rückführleitungen 2d, 3d jeder Entnahmevorrichtung 2, 3 der der nicht verwendete Präkursor in einer
Sammelleitung 9 zum Vorratsbehälter zurückgeführt. Zusätzlich ist in Fig. 1 ein
Nachfüllbehälter 10 vorgesehen, welcher über ein Nachfüllventil 11 und über eine Nachfüllleitung 12 mit dem Vorratsbehälter 5 verbunden ist. Im Vorratsbehälter 5 sind Mittel zum Detektieren des maximalen und des minimalen Füllstandes angedeutet. Über eine Steuerung (5a) kann der maximale und minimale Füllstand des Vorratsbehälters zur Steuerung des Nachfüllventils 11 verwendet werden. Das Nachfüllen des
Vorratsbehälters 5 erfolgt dann beispielsweise im laufenden Betrieb, ohne dass eine Unterbrechung der Beschichtung notwendig ist.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Präkursorzuführung, welche zwei Entnahmevorrichtungen 2', 3' aufweist. Im
Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen hier die
Zuführleitungen 2c', 3c', welche an die Ringleitung 4 angeschlossen sind,
Bevorratungsreservoire 2e', 3e' auf, in welchen der Präkursor 6 abhängig vom hydrostatischen Druck in der Ringleitung 4 einen spezifischen Pegel P einnimmt. Der Pegel P des Präkursors in dem Bevorratungsreservoir 2e', 3e' jeder
Entnahmevorrichtung 2', 3' ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel insbesondere auch von der Position der als Überlauf konzipierten Rückführungsleitung für den überschüssigen Präkursor 2d', 3d' abhängig. Durch den Überlauf 2d', 3d' wird ein Maximalpegel P an Präkursor im Bevorratungsreservoir 2e', 3e' bereitgestellt. Aufgrund des Bevorratungsreservoirs führen Druckschwankungen in der Ringleitung nicht unmittelbar zu veränderten Beschichtungsergebnissen, da der Präkursorpegel P sich nur geringfügig ändert. Die Vorrichtung als Teil einer nicht dargestellten
Beschichtungs- vorzugsweise Plasmabeschichtungsvorrichtung ermöglicht damit einen sehr konstanten Beschichtungsprozess.
In dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist jede einzelne
Entnahmevorrichtung 13, 14, 15, 16 seine eigene Ringleitung 17, 18, 19, 20 samt zugehörigen mit einem Steigrohr verbundenen Überlauf 21, 22, 23, 24 auf. In jeder Ringleitung ist darüber hinaus eine Pumpe 25, 26, 27, 28 vorgesehen, welche die Präkursormenge, welche durch die Ringleitung 17, 18, 19, 20 fließt, der jeweiligen Entnahmevorrichtung zuführt. Die Menge an zugeführtem Präkursor wird für jede Entnahmevorrichtung höher eingestellt als die im jeweiligen nicht dargestellten
Beschichtungsmodul verbrauchte Präkursormenge. Der überschüssige Präkursor wird über eine Rückführung 9 in den Vorratsbehälter 5 zurückgeführt. Dabei wird durch die vorgesehenen Überläufe 21, 22, 23, 24 ein fest vorgegebener hydrostatischer Druck aufgebaut. Auch in Fig. 3 ist ein Nachfüllbehälter 10 vorgesehen, welcher über ein Nachfüllventil 11 mit dem Vorratsbehälter 5 verbunden ist. Eine gemeinsame Sammelleitung 9, welche den aus der Entnahmevorrichtung überschüssiger Präkursor in den Vorratsbehälter 5 führt, ist ebenso vorgesehen. Denkbar ist, dass anstelle des mit einem Steigrohr verbundenen Überlaufs eine nicht dargestellte Drosselblende oder ein Drosselventil vorgesehen ist. Auch diese Mittel zur Erzeugung eines hydrostatischen Drucks in der Ringleitungen 17, 18, 19, 20 führen zu einem vorgegebenen Präkursorpegel in den Zuführleitungen.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Zuführung mindestens eines Präkursors zu einer Mehrzahl von Beschichtungsmodulen einer Beschickungsvorrichtung, wobei die
Beschichtungsmodule mindestens eine Entnahmevorrichtung und mindestens eine bereichsweise als Steigrohr ausgebildete Zuführleitung aufweisen, über welche der Präkursor der Entnahmevorrichtung des Beschichtungsmoduls zugeführt wird,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
mindestens einer Entnahmevorrichtung aus einem Vorratsbehälter über eine Ringleitung ein Präkursor zugeführt wird, der mindestens einen
Entnahmevorrichtung in der Ringleitung eine größere Präkursormenge als benötigt zugeführt wird und die überschüssige Menge an Präkursor in den Vorratsbehälter zurückgeführt wird, wobei bei der Rückführung des Präkursors in der Ringleitung ein hydrostatischer Druck in jeder mit der Ringleitung verbundenen Zuführleitung einer einzelnen Entnahmevorrichtung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
in der Ringleitung bei der Rückführung des Präkursors in den Vorratsbehälter über ein Drosselventil, eine Drosselblende und/oder durch ein mit einem
Steigrohr verbundener Überlauf der hydrostatische Druck in den
Zuführleitungen der Entnahmevorrichtung eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
der mindestens eine Präkursor über die Ringleitung einer Mehrzahl an
Zuführleitungen von einer Mehrzahl an Entnahmevorrichtungen zugeführt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine Ringleitung ein Bevorratungsreservoir speist, welches mit der Entnahmevorrichtung des Beschichtungsmoduls verbunden ist und der
Präkursorpegel im Bevorratungsreservoir über den hydrostatischen Druck in der Zuführleitung eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
überschüssiger Präkursor aus mindestens einer Entnahmevorrichtung des Beschichtungsmoduls in einer von der Zuführung des Präkursors getrennten Sammelleitung oder in Einzelleitungen zum Vorratsbehälter zurück geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
der Vorratsbehälter bei Erreichen einer Mindestfüllmenge automatisch oder manuell nachgefüllt wird.
Beschichtungsvorrichtung (1, 1') mit einer Mehrzahl an Beschichtungsmodulen, mindestens einem Vorratsbehälter (5) für einen Präkursor (6), wobei die
Beschichtungsmodule mindestens eine Entnahmevorrichtung (2, 3, 2', 3', 13, 14, 15, 16) und mindestens eine bereichsweise als Steigrohr ausgebildete
Zuführleitung (2c, 3c, 2c', 3c', 13c) zur Entnahmevorrichtung (2, 3, 2', 3', 13, 14, 15, 16) aufweisen, über welche der Präkursor (6) der Entnahmevorrichtung (2, 3, 2', 3', 13, 14, 15, 16) des Beschichtungsmoduls zugeführt wird, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Mehrzahl an Entnahmevorrichtungen (2, 3, 2', 3', 13, 14, 15, 16) an einen Vorratsbehälter (5) eines Präkursors (6) angeschlossen sind, jede
Entnahmevorrichtung (2, 3, 2', 3', 13, 14, 15, 16) über eine einzelne Ringleitung (4, 17, 18, 19, 20) oder eine Mehrzahl an Entnahmevorrichtungen (2, 3, 2', 3', 13, 14, 15, 16) über eine gemeinsame Ringleitung (4) zur Rückführung des überschüssigen Präkursors (6) mit dem Vorratsbehälter (5) verbunden sind, in der Ringleitung (4) oder den Ringleitungen Mittel (7) zur Zuführung des
Präkursors über die Ringleitung (4, 17, 18, 19, 20) zu der mindestens einen Entnahmevorrichtung (2, 3, 2', 3', 13, 14, 15, 16) vorgesehen sind und in der Ringleitung (4, 17, 18, 19, 20) im Bereich der Rückführung des Präkursors in den Vorratsbehälter Mittel (8a, 21, 22, 23, 24) zur Erzeugung eines hydrostatischen Drucks in der den Zuführleitungen (2c, 3c, 2c', 3c', 13c) der mindestens einen Entnahmevorrichtung vorgesehen sind.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Mittel zur Erzeugung eines hydrostatischen Drucks in den Zuführleitungen der mindestens einen Entnahmevorrichtung Drosselventile, Drosselblenden und/oder ein mit einem Steigrohr (8a) verbundener Überlauf (8) im Bereich der Rückführung der Ringleitung vorgesehen ist.
Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
separate Rückführleitungen (2d, 3d, 2d', 3d') für den überschüssigen Präkursor von jeder Entnahmevorrichtung (2, 3, 2', 3', 13, 14, 15, 16) zum Vorratsbehälter (5) vorgesehen sind, welche optional in einer oder mehreren Sammelleitungen (9) zum Vorratsbehälter münden.
Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zuführleitungen (2c', 3c') ein Bevorratungsreservoir (2e', 3e') für jede einzelne Entnahmevorrichtung (2', 3') aufweisen.
11. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bevorratungsreservoire (2e', 3e') der Entnahmevorrichtungen (2', 3') mit oder ohne Überlauf ausgebildet sind.
12. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Nachfüllbehälter (10) vorgesehen ist, welcher mit dem
Vorratsbehälter (5) über eine Nachfüllleitung (12) und mindestens ein
Nachfüllventil (11) verbunden ist.
13. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
Mittel (5a) zur Bestimmung des Füllstandes des Präkursors (6) im
Vorratsbehälter (5) und eine Steuerung vorgesehen sind, über welche das mindestens eine Nachfüllventil (11) zum Nachfüllen des Vorratsbehälters (5) ansteuerbar ist.
14. Verwendung einer Beschichtungsvorrichtung insbesondere
Plasmabeschichtungsvorrichtung nach einem der 7 bis 13 zur
Plasmabeschichtung von Stückgut, Bändern, Metallbändern oder Stahlbändern.
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