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Verfahren und Bedampfungsanlage zum Vakuumbedampfen sehr dünner Bänder
Die nachstehende Erfindung betrifft die Vakuumbedampfung sehr dünner Bänder vorzugsweise
mit Metallen.
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Für viele moderne Zwecke, z. B. für die Raumfahrt, ist es erforderlich,
Bauteile sehr geringen Gewichts und geringer Raumbeanspruchung zu verwenden, die
mindestens die gleiche Leistung und Zuverlässigkeit wie die größeren Bauteile besitzen.
Ein Beispiel dafür sind Kondensatoren für elektrische Zwecke. Bei ihnen hängt die
Baugröße entscheidend von der Dicke des Dielektrikums ab, weshalb man zur Verwendung
immer dünnerer Kunststoffolien übergegangen ist. Zur Zeit werden vielfach Folien
von nur 4 #tm Dicke verwendet, die nach der Bedampfung mit metallischen Schichten
zu Kondensatoren sehr geringer Ausmaße verarbeitet werden. Es werden auch schon
Folien mit einer Dicke bis herab zu 1 fm hergestellt, doch haben sie noch gewisse
Nachteile, die es nicht ratsam erscheinen lassen, sie für Bauteile zu verwenden,
an die bezüglich der Zuverlässigkeit besonders große Ansprüche gestellt werden.
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Die Behandlung und insbesondere die Vakuumbedampfung so dünner Folien
erfordert besondere Maßnahmen. Die Folien haben praktisch keine Steifigkeit mehr
und neigen daher zu Faltenbildung. Wenn sich beim Umrollen, das bei jeder Bedampfung
von Bändern oder Folien nötig ist, einmal eine Falte gebildet hat, so pflanzt sie
sich über das ganze Band fort, das dadurch unbrauchbar wird. Für eine rationelle
Weiterverarbeitung ist es aber erforderlich, daß solche Fehler nicht auftreten.
Die Faltenbildung kann bekanntlich dadurch vermieden werden, daß die Folie in der
Bedampfungsapparatur von der Abwickel- zur Aufwickelrolle über Rollen- oder Wälzpaarungen
ohne freie Zugstrecken laufen. So gut sich dies Verfahren bewährt hat, so haftet
jedoch noch ein wesentlicher Nachteil an.
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Die dünnen Folien haben leider keine völlig konstante Dicke. Eine
Folie von 4 Etm schwankt z. B. um ±0,10 gm, die obere und untere Grenze unterscheidet
sich also um rund 0,2 #tm. Diese an sich geringen Dickenvariationen treten oft in
Streifen über die ganze Länge der Folie auf.
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Nun werden - gerade von sehr dünnen Folien -sehr große Längen, z.
B. 10 000 m, in einer Charge bedampft, da der Wickelraum solchen Längen Platz bietet
und die Bedampfung einer großen Charge als Ganzes und bei nur einmaligem Evakuieren
sehr rationell ist. Die angegebenen Längen entsprechen an der Abwickel- und der
Aufwickelrolle etwa 16 000 Windungen; die erwähnten Variationen könneu also zu Durchmesserschwankungen
von der Größenordnung bis zu (16 000 - 0,2 [m) - 3 mm Anlaß geben. Um diese oder
auch etwas geringeren Werte schwankt also die Dicke der Aufwickelrolle, die sich
zu Anfang der Bedampfung 10- bis 15mal, gegen Ende etwa 4mal pro Sekunde dreht.
Wenn diese meist an einem Schwenkarm angebrachte Rolle nun als Wälzpaarung in stetem
Kontakt mit einer festen Umlenkrolle läuft, würde ihr Gewicht nur auf den schmalen,
verdickten Teilen der Folie liegen; außerdem müßte ihr Schwerpunkt Bewegungen ausführen,
die durch die Durchmesserschwankungen erzwungen werden. Da diese Durchmesserschwankungen
zudem unregelmäßig sind, würde die Aufwickelrolle also »hoppeln« müssen. Diesen
Beanspruchungen ist die Folie selten, die gerade aufgedampfte dünne Schicht aber
nicht gewachsen. Sie wird beschädigt, und zwar nicht nur die oberste Windung, sondern
oft auch viele weitere, was die ganze Charge unbrauchbar macht.
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Diesen Nachteil zu vermeiden ist das Ziel der nachstehenden Erfindung.
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Sie schlägt vor, in einer Bandbedampfungsanlage mit im Vakuumbehälter
angeordneten Abwickel-und Aufwickelrollen, zwischen denen das zu bedampfende Band
auf seinem ganzen Wege praktisch ohne freie Zugstrecken durch Rollen und Wälzpaarungen
geführt wird, die Aufwickelrolle von der letzten feststehenden Umlenkrolle während
der ganzen Dauer des Aufwickelns in immer gleichem, geringem Abstand, z. B. von
3 mm, zu halten. Bei feststehender Achse der Aufwickelrolle wird die unmittelbar
vor der Aufwickelrolle gelegene Umlenkrolle so gesteuert, daß der Abstand zwischen
dieser und den beiden benachbarten Rollen während der
ganzen Dauer
des Umwickelns in immer gleichem, gerichtetem Abstand von etwa 3 mm gehalten wird.
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Die Steuerung dieses Abstandes kann an sich mechanisch, optisch oder
elektrisch erfolgen. Besonders zweckmäßig ist die Steuerung durch einen Lichtstrahl,
der zwischen beiden Rollen hindurchgeht und dessen Einengung bei Verkleinerung des
Abstandes über bekannte Einrichtungen wie Photozellen, Verstärker usw. wieder eine
Abstandsvergrößerung um den nötigen Betrag bewirkt.
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Die Vorteile dieser Vorschläge werden nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen
erläutert.
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F i g. 1 zeigt einen halbschematischen Schnitt durch ein erstes Beispiel
und F i g. 2 die hier wichtigsten Details in einer Ansicht, F i g. 3 ein anderes
Ausführungsbeispiel.
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Der Vakuumbehälter mit der Außenwand 1 wird durch den Rohrstutzen
2 evakuiert, an dessen Flansch 3 der nicht gezeichnete Pumpsatz zum Auspumpen bis
auf beispielsweise 10-4 Torr angeschlossen ist.
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Innerhalb des Vakuumbehälters 1 ist mittels einer nicht gezeichneten
Tragekonstruktion die (Bedampfungs-)Rolle 4 drehbar gehaltert. Auf ihr laufen die
beiden Umlenkrollen 5 und 6 als Wälzpaarungen. Das zu bedampfende Band 7 in Form
einer dünnen Folie läuft von der Abwickelrolle 8 auf die Aufwickelrolle 9. Die Aufwickelrolle
ist mittels des Hebels 11 so gehaltert, daß bei zunehmendem Durchmesser der Aufwickelrolle
9 die Außenseite der Rolle 9 sich stets nahe bei der Oberfläche der Umlenkrolle
5 befindet.
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Das Drehgelenk 12 des Hebels 11 ist an einer Konsole 13 befestigt.
Auf ihr befindet sich auch der Drehpunkt 14 eines Gelenkhebels 15, dessen Drehachse
in ein Untersetzergetriebe 16 hineinreicht. Dieses Getriebe wird von einem Motor
17 angetrieben, sobald er mit Strom versorgt wird.
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Vor dem Spalt 18 zwischen den Rollen 5 und 9 ist eine Strahlenquelle
19 angebracht, die einen Lichtstrahl mit gleichbleibendem, beispielsweise kreisförmigem
Querschnitt 20 liefert. Hinter dem Spalt 18 ist ein Lichtempfänger 21, beispielsweise
eine Photozelle, angeordnet, die über einen Verstärker 22 den Motor 17 in Gang setzen
oder Stillegen kann. Die Schaltung des Verstärkers 22 wird so getroffen, daß immer
dann, wenn eine gewisse verringerte Lichtmenge auf den Lichtempfänger 21 auftrifft,
der Motor 17 eingeschaltet und bei einer gewissen größeren Lichtmenge ausgeschaltet
wird. Während der Zeit, in der der Motor 17 eingeschaltet ist, bewegt er über das
Getriebe 16, den Gelenkhebel 15 und den Tragehebel 11 die Aufwickelrolle 9 von der
Umlenkrolle so weit fort, bis er durch die eintretende Vergrößerung der hindurchfallenden
Lichtmenge wieder ausgeschaltet wird. Durch Einstellen der beiden Ansprechwerte
für das Ein- und Ausschalten kann die Größe des Abstandes zwischen den Rollen 5
und 9 geregelt werden. Er wird dann in den Grenzen konstant gehalten, die durch
die Differenz der Ansprechpunkte gegeben ist.
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In F i g. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es unterscheidet
sich von dem in F i g.1 gezeigten dadurch, daß die Aufwickelrolle 9 fest
und die Umlenkrolle 5 beweglich angeordnet ist. Diese wird an einem Hebel 11 getragen,
dessen Drehpunkt 21 mit dem der großen Rolle zusammenfällt. Der Tragehebel 11 wird
in derselben Weise- und mittels derselben Einrichtung gesteuert, die in den F i
g.1 und 2 gezeigt sind, so daß sie mit denselben Bezugsziffern bezeichnet wurden.
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Im Falle, daß eine Abstandsvergrößerung notwendig wird, bewegt der
Gelenkhebel 15 den Tragehebel 11 so lange nach links, bis der eingestellte
Abstand wieder erreicht ist. Dabei wird die Rolle 5 auf dem Umfang der großen Rolle
ein gewisses Stück abgerollt, ohne daß die Wälzpaarung geändert wird.