Werkwijze en inrichting voor het aanbrengen van een bekleding op voorwerpen.
Deze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en inrichting voor het aanbrengen van een bekleding op voorwerpen.
Meer speciaal beoogt zij een werkwijze en inrichting voor het aanbrengen van metaalcoatings, in het bijzonder titaniumcoatings, op voorwerpen, door gebruik te maken van een plasma dat onder vacuüm op de voorwerpen neerslaat.
Deze voorwerpen kunnen van verschillende aard zijn en uit verschillende materialen bestaan. Hierbij wordt opgemerkt dat het in eerste instantie handelt om metalen voorwerpen, doch dat het ook voorwerpen uit kunststof of dergelijke kunnen zijn, waarbij dan door middel van dezelfde techniek eerst een bekleding op het voorwerp wordt aangebracht, uit een materiaal dat ervoor zorgt dat de metaalcoating zich vasthecht. Dit materiaal kan bijvoorbeeld bestaan uit zogenaamd Novium.
In de huidige toepassingen wordt de voornoemde techniek slechts op kleine schaal aangewend. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een relatief kleine behandelingsruimte. De productiecyclus hierbij bedraagt ongeveer vier uur. De tot op heden bekende manier van werken, is weinig geschikt voor grote producties, alsmede voor grotere voorwerpen, daar de productiecyclussen dan enorm lang zouden duren.
De huidige uitvinding beoogt een werkwijze en inrichting voor het bekleden van voorwerpen, die bijzonder geschikt zijn voor het verwezenlijken van grote producties, zowel van producten met een kleine als grote omvang.
Hiertoe betreft de uitvinding een werkwijze voor het aanbrengen van een. bekleding op voorwerpen, waarbij één of meer materialen onder vacuüm op de voorwerpen worden opgedampt, met als kenmerk dat met verschillende ruimtes wordt gewerkt en dat, door het onderling in verbinding stellen van bepaalde van deze ruimtes, vacuüm wordt gerecupereerd. Door het feit dat vacuüm wordt gerecupereerd is het mogelijk om de duur van een productiecyclus te verminderen, waardoor de werkwijze economisch voordelig wordt, zowel voor grotere producties, als voor de behandeling van grotere voorwerpen. Het is inderdaad zo dat het vacuümzuigen steeds relatief veel tijd vraagt en dat volgens de uitvinding, omwille van de recuperatie van het vacuüm, veel tijd wordt bespaard.
Bij voorkeur wordt voor de voornoemde ruimtes minstens gebruik gemaakt van twee of meer behandelingsruimtes, zodanig dat het vacuüm dat heerst in één behandelingsruimte, nadat de behandeling in deze ruimte is doorgevoerd, kan worden aangewend om in een andere behandelingsruimte een vacuüm te creëren.
Beter nog wordt voor de voornoemde ruimtes gebruik gemaakt van, enerzijds, minstens één behandelingsruimte, en anderzijds, minstens één vacuümkamer, waarbij onder een vacuümkamer een ruimte dient te worden verstaan waarin uitsluitend een vacuüm wordt gecreëerd, doch geen behandeling wordt doorgevoerd. Het gebruik van één of meer van dergelijke vacuümkamers biedt het voordeel dat een buffer wordt gevormd die toelaat dat steeds minstens een bepaalde onderdruk, met andere woorden een bepaald vacuüm, kan worden gewaarborgd.
In de meest voorkeurdragende uitvoeringsvorm worden meerdere behandelingsruimtes aangewend en worden de behandelingen in de respectievelijke behandelingsruimtes met een bepaalde sequentie uitgevoerd, waarbij het vacuüm van een bepaalde behandelingsruimte na het uitvoeren van de behandeling in deze behandelingsruimte wordt aangewend om een bepaald vacuüm te helpen creëren in een vorige behandelingsruimte, dit door na de voornoemde behandeling een verbinding te maken tussen de voornoemde twee behandelingsruimtes.
Ten einde de werkwijze te optimaliseren wordt bij voorkeur initieel een groter vacuüm gecreëerd in de vacuümkamers, en eventueel in de behandelingsruimtes, dan noodzakelijk is voor het aanbrengen van de bekleding.
Verder kan tijdens het doorlopen van de voornoemde sequentie het vacuüm in de vacuümkamers hernieuwd worden verhoogd.
Volgens een bijzonder kenmerk van de uitvinding worden meerdere behandelingsruimtes aangewend die tezamen een kolom vormen, waarbij deze behandelingsruimtes in een kring gelegen zijn en cyclisch in gebruik worden genomen.
De uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichting, meer speciaal een inrichting voor het verwezenlijken van de voornoemde werkwijze, met als kenmerk dat zij bestaat uit twee of meer ruimtes, middelen om in deze ruimtes een vacuüm te creëren, middelen om materialen onder vacuüm op de voorwerpen op te dampen en middelen om twee of meer van deze ruimtes onderling te verbinden zodanig dat hierdoor vacuüm kan worden gerecupereerd.
Met het inzicht de kenmerken volgens de uitvinding beter aan te tonen, is hierna als voorbeeld zonder enig beperkend karakter een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschreven, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin :
figuur 1 schematisch een inrichting volgens de uitvinding weergeeft; figuur 2 een geschematiseerde doorsnede weergeeft volgens lijn II-II in figuur 1; figuren 3 en 4 meer in detail en op een grotere schaal de gedeelten weergegeven die in figuur 1 met F3 en F4 zijn aangeduid; figuren 5 tot 11 schematisch de inrichting van figuur 1 weergeven voor verschillende stappen uit de werkwijze van de uitvinding.
Zoals schematisch is weergegeven in figuur 1 heeft de uitvinding betrekking op een inrichting 1 voor het aanbrengen van een bekleding op voorwerpen 2-3-4-5.
De inrichting 1 vertoont verschillende ruimtes, in dit geval, enerzijds, vier behandelingsruimtes 6-7-8-9 en, anderzijds, drie vacuümkamers 10-11-12, waarbij de vacuümkamers 11 en 12 in dit geval samengesteld zijn uit deelkamers, respectievelijk 11A-11B en 12A-12B.
De inrichting 1 omvat verder middelen om in de voornoemde ruimtes 6 tot 12 een vacuüm te creëren, zoals de schematisch weergegeven vacuümzuiginstallatie 13.
Verder is de inrichting 1 voorzien van middelen om materialen onder vacuüm op de voorwerpen op te dampen. Deze middelen, zoals middelen voor de toevoer van plasma, zijn op zich zelf bekend en worden dan ook niet nader beschreven.
Tenslotte is de richting 1 nog voorzien van middelen om twee of meer van de ruimtes 6 tot 12 onderling te verbinden zodanig dat hierdoor vacuüm kan worden gerecupereerd. In het weergegeven voorbeeld bestaan deze middelen uit schematisch weergegeven ventielen 14 tot 21, die hetzij automatisch, hetzij manueel kunnen worden bediend.
Zoals weergegeven staan de behandelingsruimtes 6-7-8-9 bij voorkeur kringvormig opgesteld, zodanig dat, zoals hierna beschreven, een systematische cyclus kan worden doorlopen.
De behandelingsruimtes 6-7-8-9 vertonen zoals weergegeven bij voorkeur een achthoekige doorsnede.
Eén vacuümkamer, in dit geval de vacuümkamer 10, bevindt zich centraal tussen de behandelingsruimtes 6-7-8-9. De overige vacuümkamers 11-12, en meer speciaal de deelkamers
11A-11B en 12A-12B, bevinden zich tussen de naast elkaar gelegen behandelingsruimtes 6-7-8-9.
Bij voorkeur vertonen de ruimtes een configuratie zoals weergegeven in figuur 1, waarmee bedoeld wordt dat de vacuümkamer 10 een achthoekige doorsnede vertoont die overeenstemt met de doorsnede van de behandelingsruimtes 6-7-8-9 en de deelkamers 11A-11B-12A-12B vierkante doorsneden vertonen waarvan iedere zijde in grootte overeenstemt met een zijde van de achthoekige doorsnede.
De behandelingsruimtes 6-7-8-9 zijn toegankelijk via deuren
22-23-24-25.
Zoals weergegeven in figuur 2 vormen de verschillende ruimtes een kolom. Deze kolom is draaibaar langs een vertikale as 26, zodanig dat door het verdraaien van deze kolom de te openen, respectievelijk te sluiten behandelingsruimte steeds naar één zijde kan worden gedraaid, waardoor bij grotere producties verschillende inrichtingen 1 dicht naast elkaar kunnen worden opgesteld, zonder dat evenwel de toegankelijkheid wordt bemoeilijkt.
Zoals bekend wordt de behandeling doorgevoerd onder een verhoogde temperatuur. Zoals weergegeven in figuren 3 en 4 zijn de wanden 27, ten einde warmteverliezen te beperken, voorzien van isolatie 28. De verwarming gebeurt bijvoorbeeld door middel van elektrische verwarmingselementen 29.
In het geval van de uitvoering van de figuren geniet het de voorkeur dat de hierna beschreven werkwijze wordt toegepast.
Eerst worden de te behandelen voorwerpen 2-3-4-5 in de behandelingsruimtes 6-7-8-9 geplaatst en wordt in alle ruimtes 6 tot 12 een vacuüm gecreëerd. Het creëren van het vacuüm gebeurt bij voorkeur tijdens de nachtelijke uren.
De eerste activiteit bestaat in het behandelen van het voorwerp 2. Wanneer deze behandeling is afgelopen, wordt, zoals weergegeven in figuur 5, het voorwerp 2 uit de behandelingsruimte 6 genomen en een ander te behandelen voorwerp 2A in de behandelingsruimte 6 gebracht, waarna de deur 22 terug wordt gesloten. Ondertussen wordt de behandeling in de behandelingsruimte 7 doorgevoerd.
Aan het einde van de behandeling in de tweede behandelingsruimte 7 worden de eerste behandelingsruimte 6, de tweede behandelingsruimte 7 en minstens één vacuümkamer, in dit geval de vacuümkamer 10, hierna eerste vacuümkamer genoemd, tijdelijk in verbinding gesteld, waardoor de verse lucht uit de eerste behandelingsruimte 6 zich, zoals aangeduid met de pijlen in figuur 6, verdeelt over deze laatste, alsmede over de vacuümkamer 10 en de tweede behandelingsruimte 7. Hierdoor wordt vacuüm uit de tweede behandelingsruimte 7 gerecupereerd en wordt een voldoende groot vacuüm in de eerste behandelingsruimte 6 gecreëerd om een behandeling te kunnen doorvoeren.
Nadat de voornoemde verbindingen, via de ventielen 14 en
16, terug verbroken zijn, wordt, zoals weergegeven in figuur 7, de tweede behandelingsruimte 7 geopend, wordt het voorwerp 3 hieruit weggenomen en wordt deze behandelingsruimte 7 terug in orde gebracht voor een volgende behandeling van een volgend voorwerp 3A. Ondertussen wordt het voorwerp 4 in de derde behandelingsruimte 8 behandeld, met andere woorden wordt dit voorwerp voorzien van een bekleding.
Aan het einde van de behandeling in de derde behandelingsru�mte 8 wordt, zoals weergegeven in figuur 8, door middel van de ventielen 16-17-18-19 een tijdelijke verbinding gerealiseerd tussen de tweede behandelingsruimte 7, de derde behandelingsruimte 8, de eerste vacuümkamer 10, alsmede nog een andere vacuümkamer 11, hierna tweede vacuümkamer genoemd. Op deze wijze wordt door recuperatie van vacuüm een voldoende groot vacuüm in de tweede behandelingsruimte 7 opgebouwd om in een later stadium opnieuw een behandeling in de behandelingsruimte 7 te realiseren.
Nadat de voornoemde verbindingen opnieuw verbroken zijn, wordt, zoals weergegeven in figuur 9, de derde behandelingsruimte 8 geopend, wordt het behandelde voorwerp 4 hieruit weggenomen en wordt deze behandelingsruimte 8 in orde gemaakt voor een volgende behandeling, van bijvoorbeeld een voorwerp 4A. Ondertussen wordt in de vierde behandelingsruimte 9 het voorwerp 5 behandeld. Tevens wordt ondertussen het vacuüm in de tweede vacuümkamer 11.opnieuw verhoogd.
Aan het einde van de behandeling in de vierde behandelingsruimte 9 wordt, zoals weergegeven in figuur 10, een tijdelijke verbinding gerealiseerd tussen de derde behandelingsruimte 8, de vierde behandelingsruimte 9, de eerste vacuümkamer 10 en minstens één andere vacuümkamer, in dit geval de vacuümkamer 12 die hierna de derde vacuümkamer wordt genoemd en die bestaat uit deelkamers
12A-12B.
Nadat de voornoemde verbinding is verbroken, wordt de vierde behandelingsruimte 9, zoals weergegeven in figuur
11, opnieuw geopend, wordt het behandelde voorwerp 5 hieruit weggenomen en wordt de behandelingsruimte 9 in orde gemaakt voor de behandeling van een volgend voorwerp 5A dat dan in deze, behandelingsruimte 9 wordt aangebracht. Ondertussen wordt de behandeling van het voorwerp 2A in de eerste behande- lingsruimte 6 doorgevoerd.
Inmiddels wordt het vacuüm in de derde vacuümkamer 12 opnieuw verhoogd.
Vervolgens herhaalt de cyclus zich dan steeds op dezelfde wijze.
In figuren 5 tot 11 is de inrichting 1 steeds onverdraaid weergegeven, ter verduidelijking van de verschillende stappen. In werkelijkheid echter kan de inrichting 1 worden verdraaid rond de as 26 zodanig dat de te openen deur 22 of
23 of 24 of 25 zich steeds vooraan bevindt.
In de praktijk geniet het de voorkeur dat de behandelingsruimtes 6-7-8-9 een diameter hebben van ongeveer 190 cm en
<EMI ID=1.1>
Opgemerkt wordt dat in de hiervoor beschreven uitvoering slechts 1/3 van het vacuüm verloren gaat bij het in orde maken van een behandelingsruimte voor een volgende cyclus, dit in tegenstelling tot 100% verlies bij de bekende enkelvoudige uitvoeringen. Gezien slechts 1/3 van het vacuüm dient te worden heropgebouwd, is het mogelijk om het vacuüm te herstellen tussen de verschillende behandelingen in.
Het is eveneens duidelijk dat de gewenste temperatuur vlug kan worden bereikt daar de hitte van de voorgaande cyclus in de wanden opgeslagen blijft.
Door de octogonale vorm en de opstelling die is weergegeven in de figuren, wordt 25% bespaard in materiaal voor de wanden.
De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch dergelijke werkwijze en inrichting voor het aanbrengen van een bekleding op voorwerpen kan in verschillende vormen en afmetingen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.
Method and device for applying a coating to objects.
This invention relates to a method and apparatus for applying a coating to objects.
More specifically, it contemplates a method and apparatus for applying metal coatings, in particular titanium coatings, to objects by using a plasma that deposits on the objects under vacuum.
These objects can be of different nature and consist of different materials. It is noted here that in the first instance it concerns metal objects, but that they can also be objects of plastic or the like, whereby a coating is first applied to the object by means of the same technique, of a material that ensures that the metal coating attaches itself. This material can for instance consist of so-called Novium.
In the current applications, the aforementioned technique is only used on a small scale. Use is made of a relatively small treatment space. The production cycle is approximately four hours. The way of working known until now is not very suitable for large productions, as well as for larger objects, since the production cycles would then take an extremely long time.
The present invention contemplates a method and apparatus for coating articles which are particularly suitable for the realization of large productions, both of small and large products.
To this end, the invention relates to a method for applying a. coating on objects, in which one or more materials are evaporated on the objects under vacuum, characterized in that work is carried out with different spaces and that, by interconnecting certain of these spaces, vacuum is recovered. The fact that vacuum is recovered makes it possible to reduce the duration of a production cycle, making the process economically advantageous, both for larger productions and for the treatment of larger objects. It is indeed the case that the vacuum suction always requires a relatively long time and that, according to the invention, a lot of time is saved because of the recovery of the vacuum.
Preferably, for the aforementioned spaces at least two or more treatment spaces are used, such that the vacuum that prevails in one treatment space, after the treatment has been carried through in this space, can be used to create a vacuum in another treatment space.
Better yet, for the aforementioned spaces use is made, on the one hand, of at least one treatment space, and on the other hand, of at least one vacuum chamber, whereby a vacuum chamber is to be understood as a space in which only a vacuum is created, but no treatment is carried out. The use of one or more such vacuum chambers offers the advantage that a buffer is formed which allows at least a certain underpressure, in other words a certain vacuum, to be ensured.
In the most preferred embodiment, multiple treatment rooms are employed and the treatments in the respective treatment rooms are performed with a given sequence, the vacuum of a given treatment room being used after performing the treatment in this treatment room to help create a given vacuum in a previous treatment room, this by making a connection between the aforementioned two treatment rooms after the aforementioned treatment.
In order to optimize the method, a larger vacuum is preferably initially created in the vacuum chambers, and possibly in the treatment spaces, than is necessary for applying the coating.
Furthermore, the vacuum in the vacuum chambers can be increased again while running through the aforementioned sequence.
According to a special feature of the invention, several treatment rooms are used which together form a column, these treatment rooms being located in a circle and being used cyclically.
The invention also relates to a device, more particularly a device for carrying out the aforementioned method, characterized in that it consists of two or more spaces, means for creating a vacuum in these spaces, means for vacuuming materials on the vaporizing objects and means for interconnecting two or more of these spaces such that vacuum can be recovered.
With the insight to better demonstrate the features according to the invention, a preferred embodiment is described below without any limiting character, with reference to the accompanying drawings, in which:
figure 1 schematically represents a device according to the invention; figure 2 shows a schematic section according to line II-II in figure 1; Figures 3 and 4 show in more detail and on a larger scale the parts indicated by F3 and F4 in Figure 1; figures 5 to 11 schematically represent the device of figure 1 for different steps of the method of the invention.
As shown schematically in figure 1, the invention relates to a device 1 for applying a coating to objects 2-3-4-5.
The device 1 has different rooms, in this case, on the one hand, four treatment rooms 6-7-8-9 and, on the other hand, three vacuum chambers 10-11-12, the vacuum chambers 11 and 12 in this case being composed of partial chambers, 11A respectively -11B and 12A-12B.
The device 1 further comprises means for creating a vacuum in the aforementioned spaces 6 to 12, such as the schematically shown vacuum suction installation 13.
The device 1 is further provided with means for evaporating materials on the objects under vacuum. These means, such as means for the supply of plasma, are known per se and are therefore not further described.
Finally, direction 1 is further provided with means for interconnecting two or more of spaces 6 to 12 such that vacuum can be recovered thereby. In the example shown, these means consist of diagrammatically shown valves 14 to 21, which can be operated either automatically or manually.
As shown, the treatment spaces 6-7-8-9 are preferably arranged in a circular manner such that, as described below, a systematic cycle can be completed.
The treatment spaces 6-7-8-9 preferably have an octagonal cross section as shown.
One vacuum chamber, in this case the vacuum chamber 10, is centrally located between the treatment spaces 6-7-8-9. The other vacuum chambers 11-12, and especially the partial chambers
11A-11B and 12A-12B, are located between adjacent treatment rooms 6-7-8-9.
Preferably, the spaces have a configuration as shown in Figure 1, which means that the vacuum chamber 10 has an octagonal cross section corresponding to the cross section of the treatment spaces 6-7-8-9 and the partial chambers 11A-11B-12A-12B square cross sections, each side of which corresponds in size to one side of the octagonal cross section.
The treatment rooms 6-7-8-9 are accessible through doors
22-23-24-25.
As shown in figure 2, the different spaces form a column. This column is rotatable along a vertical axis 26, such that by turning this column the treatment space to be opened or closed can always be turned to one side, so that for larger productions different devices 1 can be arranged close to each other, without however accessibility is made more difficult.
As is known, the treatment is carried out under an elevated temperature. As shown in figures 3 and 4, in order to limit heat losses, the walls 27 are provided with insulation 28. The heating is done, for example, by means of electric heating elements 29.
In the case of the embodiment of the figures, it is preferred that the method described below be used.
First, the objects 2-3-4-5 to be treated are placed in the treatment rooms 6-7-8-9 and a vacuum is created in all rooms 6 to 12. The vacuum is preferably created during the night hours.
The first activity consists of treating the object 2. When this treatment is finished, as shown in figure 5, the object 2 is taken from the treatment space 6 and another object 2A to be treated is brought into the treatment space 6, after which the door 22 is closed back. In the meantime, the treatment is carried out in the treatment room 7.
At the end of the treatment in the second treatment room 7, the first treatment room 6, the second treatment room 7 and at least one vacuum chamber, in this case the vacuum chamber 10, hereinafter referred to as the first vacuum chamber, are temporarily connected, whereby the fresh air from the first treatment space 6, as indicated by the arrows in figure 6, is distributed over the latter, as well as over the vacuum chamber 10 and the second treatment space 7. As a result, vacuum is recovered from the second treatment space 7 and a sufficiently large vacuum is created in the first treatment space 6 to be able to carry out a treatment.
After the aforementioned connections, via valves 14 and
16, as shown in Figure 7, the second treatment space 7 is opened, the object 3 is removed therefrom and this treatment space 7 is re-arranged for a subsequent treatment of a next object 3A. Meanwhile, the article 4 is treated in the third treatment space 8, in other words this article is provided with a coating.
At the end of the treatment in the third treatment room 8, as shown in figure 8, a temporary connection is realized by means of the valves 16-17-18-19 between the second treatment room 7, the third treatment room 8, the first vacuum chamber 10, as well as yet another vacuum chamber 11, hereinafter referred to as the second vacuum chamber. In this manner, by vacuum recovery, a sufficiently large vacuum is built up in the second treatment space 7 to realize a treatment in the treatment space 7 at a later stage.
After the aforementioned connections have been broken again, as shown in Figure 9, the third treatment space 8 is opened, the treated object 4 is removed therefrom and this treatment space 8 is prepared for a subsequent treatment, for example of an object 4A. In the meantime, the object 5 is treated in the fourth treatment space 9. In the meantime, the vacuum in the second vacuum chamber 11 is also increased again.
At the end of the treatment in the fourth treatment space 9, as shown in figure 10, a temporary connection is realized between the third treatment space 8, the fourth treatment space 9, the first vacuum chamber 10 and at least one other vacuum chamber, in this case the vacuum chamber 12 hereinafter referred to as the third vacuum chamber and which consists of subchambers
12A-12B.
After the aforementioned connection is broken, the fourth treatment space 9 becomes as shown in figure
11, opened again, the treated article 5 is withdrawn therefrom and the treatment space 9 is prepared for the treatment of a subsequent object 5A which is then placed in this treatment space 9. Meanwhile, the treatment of the object 2A is carried out in the first treatment space 6.
Meanwhile, the vacuum in the third vacuum chamber 12 is increased again.
The cycle then repeats itself in the same way.
In Figs. 5 to 11, the device 1 is always shown unrotated, in order to clarify the different steps. In reality, however, the device 1 can be rotated about the axis 26 such that the door 22 to be opened or
23 or 24 or 25 is always at the front.
In practice, it is preferred that the treatment spaces 6-7-8-9 have a diameter of about 190 cm and
<EMI ID = 1.1>
It is noted that in the above-described embodiment only 1/3 of the vacuum is lost when preparing a treatment space for a subsequent cycle, in contrast to 100% loss in the known single embodiments. Since only 1/3 of the vacuum needs to be rebuilt, it is possible to restore the vacuum between the different treatments.
It is also clear that the desired temperature can be reached quickly since the heat from the previous cycle remains stored in the walls.
Due to the octagonal shape and the arrangement shown in the figures, 25% is saved in material for the walls.
The present invention is by no means limited to the exemplary embodiments described and shown in the figures, but such method and apparatus for coating articles on objects can be realized in various shapes and sizes without departing from the scope of the invention.