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"Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten von Bändern in
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Vakuumanlagen mit Schleuseneinrichtungen" Die Erfindung'betrifft ein
Verfahren zum Beschìchten von Bändern in einer Vakuumkammer unter Verwendung eines
endlosen Trägerbandes, welches das zu beschichtende Band auf dem Wege von einer
Abwi ckelwal ze zu einer Aufwickelwalze mindestens auf dem Wege durch eine Schleusenvorrichtung
der Vakuumkammer begleitet, wobei das zu beschichtende Band sowohl am einlaufenden
als auch am auslaufenden Trumm des Trägerbandes schlupffrei anliegend gehalten wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung
des vorstehend beschriebenen Verfahrens, bestehend aus einer Vakuumkammer mit einer
Schleusenvorrichtung und je einer außerhalb der Vakuumkammer angeordneten Ab- und
Aufwickelwalze, aUS je einer innerhalb und außerhalb der Vakuumkammer angeordneten
Umlenkwalze, über die ein endloses Trägerband durch die Schleusenvorrichtung geführt
ist, wobei Einrichtungen für die schlupffreie Anpressung des zu beschichtenden Bandes
an das Trägerband vorgesehen sind, sowie aus einer Beschichtungsquelle für das Band.
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Zu der vorstehend beschriebenen Vorrichtung gehören auch die sogenannten
Luft-zu-Luft-Anlagen, bei denen die Ab- und Aufwickelwalze an Atmosphäre angeordnet
sind. Derartige Anlagen haben den Vorteil, daß die Vorratsrolle mit dem zu beschichtenden
Band
keinen Durchmesserbegrenzungen im Hinblick auf das Bauvolumen der Anlage unteliegt.
Auch die Probleme des Ausgasens bzw. der Entgasung eines in Vakuum eingebrachten
Band- oder Folienwickels entfallen. Es können Umwickeleinrichtungen herkömmlicher
Bauweise verwendet werden, die nicht für einen Vakuumbetrieb ausgelegt sein müssen,
und infolgedessen gleichfalls keinen Beschränkungen im Hinblick auf ihre Abmessungen
unterliegen. Auch die Wartung der Lagerstellen für bewegliche Vorrichtungsteile
ist wesentlich einfacher. Der Hauptvorteil liegt jedoch in der kontinuierlichen
Betriebsweise einer Luft-zu-Luft-Anlage, bei der es möglich ist, nach dem Beschichten
des Bandes einer Rolle än das Ende dieses Bandes den Anfang der nachfolgenden Rolle
anzufugen, so daß keine Betriebsunterbrechung, insbesondere aber keine Belüftung
der Vakuumkammer erforderlich ist. Eine Luft-zu-Luft-Anlage kann auch in eine kontinuierlich
arbeitende Produktionsanlage fUr die Herstellung des zu beschichtenden Bandes eingesetzt
werden, wobei im Grenzfall sogar auf Umwickeleinrichtungen verzichtet werden kann.
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Derartige Anlagen bedingen jedoch sogenannte Bandschleusen, welche
die Druckdifferenz gegenüber dem Druck in der eigentlichen Beschichtungskammer überbrücken.
und zwar entweder durch kontinuierliche oder durch stufenweise Druckabsenkung, wobei
zu berücksichtigen ist, daß der Druck in einer Vakuumaufdampfkammer größenordnungsmäßig
bei 10 4 mbar und in einer Katodenzerstäubungsanlage größenordnungsmäßig bei 10'2
mbar liegt. Wesentliche Elemente einer solchen Schleuse sind enge Schlitze oder
Spalte, welche der Luftströmung einen merklichen Widerstand entgegensetzen, so daß
unter
Einsatz von Vakuumpumpen die Erzeugung der gewünschten Druckdifferenz
möglich ist. Hierbei stehen sich folgende Forderungen entgegen: Einmal sollen Größe
und Zahl der Vakuumpumpen im Hinblick auf den dauernden Leistungsbedarf möglichst
gering gehalten werden. Da auch die Investitionskosten mit der Zahl der einzelnen
Schleusenkammern steigen, soll auch hier der konstruktive Aufwand in Grenzen gehalten
werden. Diese Forderung führt notwendigerweise zur Ausbildung, möglichst enger Spalte
oder Blenden für die Durchführung des Bandes.
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Zum andern jedoch sollen die Abmessungen der Spalte und Blenden ein
Mindestmaß nicht unterschreiten, da die Bänder auf ihrem Transport unvermeidbar
Bewegungen ausführen, die ein Anlaufen an den Kanten der Schlitze begünstigen. Sofern
sich die im Vakuum aufgebrachte Beschichtung auf einer Seite des Bandes befindet,
die einer Kante des Schlitzes zugeordnet ist, besteht die Gefahr einer Beschädigung
der Beschichtung, wodurch das Produkt unbrauchbar, zumindest aber im Wert gemindert
wird. Aus Sicherheitsgründen konnte daher bisher eine Mindestbreite der Schlitze
oder Blenden nicht unterschritten werden.
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Die Schwierigkeiten wachsen mit abnehmender Stärke des Bandes.
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So werden heute vom Markt Kondensatorfolien verlangt, deren Träger
ein thermoplastisches Folienmaterial von 1 Mikrometer Dicke ist. Das faltenfreie
Umwickeln und die Führung derartiger Bänder stellen im Hinblick auf die vorstehend
genannten Forderungen Probleme dar, die nur sehr schwer zu lösen sind.
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Durch die DT-AS 12 79 426 ist es bekannt, Bänder auf einem endlosen
Trägerband durch eine Druckstufenstrecke und durch
eine Bedampfungskammer
zu führen. Hierbei wird das zu bedampfende Band nicht vom Trägerband abgehoben,
so daß es nur auf der dem Trägerband abgekehrten Seite beschichtet werden kann.
Die Schichtseite läuft somit Gefahr, an den Schlitzblenden der Druckstufenstrecke
anzulaufen. Hinzu kommt, daß die Schlitzblenden für beide Trumms des Trägerbandes
voneinander getrennt sind, wodurch der Gesamtquerschnitt der Schlitzblenden, der
für den Gasdurchtritt maßgeben ist, unnötig groß ist.
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Ein endliches Trägerband aus Metall, welches gleichzeitig als Kühlunterlage
dient und durch die Vakuumanlage geführt wird, wobei es entweder zusammen mit dem
Produkt oder unabhängig davon aufgewickelt werden kann, ist Gegenstand der DT-AS
1 059 739. Die Dicht- und Transportprobleme sind jedoch hierbei die gleichen wie
bei dem Gegenstand der DT-AS 12 79 426.
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Durch die DT-PS 961 771 ist es bekannt, mindestens ein endloses, umlaufendes
Band lediglich zu Abdichtzwecken im Zusammenhang mit einer Schleusenvorrichtung
zu verwenden. Das zu beschichtende Band kann mit einer solchen Vorrichtung nicht
durch die Schlitzblende, schon gar nicht durch mehrere, hintereinander liegende
Schlitzblenden hindurchgeführt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
anzugeben, die es gestatten, auch extrem dünne Bänder beschädigungsfrei durch ein
Schleusensystem hindurchzuführen, wobei gleichzeitig eine sehr wirksame Schleuseneinrichtung
mit engen Schlitzblenden eingesetzt werden kann.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen
Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß das zu beschichtende Band innerhalb der Vakuumkammer
über eine begrenzte Weglänge vom Trägerband abgehoben und auf der dem Trägerband
zugekehrten Seite beschichtet wird.
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Durch die angegebene Weise wird erreicht, daß die Schichtseite des
Bandes nach der Herstellung der Beschichtung schlupffrei mit -dem Trägerband in
Berührung kommt, wodurch das Trägerband die empfindliche Beschichtung auf der einen
Seite und das Band selbst die Beschichtung auf der anderen Seite gegen eine Beschädigung
wie Verkratzen etc. wirksam schützt. Auf diese Weise wird selbst bei niedrigen Investitions-und
Betriebskosten der Vorrichtung ein hoch-wertiges Endprodukt erreicht.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der weiter oben angegebenen
Vorrichtung erfindungsgemäß durch Führungs-und Umlenkwalzen, welche innerhalb der
Vakuumkammer an den Ecken eines Polygons in der Weise angeordnet sind, daß das Uber
sie fUhrbare und zu beschichtende Band nach dem Abheben vom Trägerband in einer
Schlaufe geführt ist sowie durch die Anordnung der Beschichtungsquelle innerhalb
des Polygons. Eine solchermaßen ausgestaltete Vorrichtung schafft die Voraussetzungen
für die erfindungsgemäße Verfahrensführung, durch die der angestrebte Erfolg eintritt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in der Weise vorteilhaft weiter
ausgestaltet werden, daß eine der Führungs- und
Umlenkwalzen oberhalb
der Beschichtungsquelle angeordnet und als Kühlwalze ausgeführt ist, über deren
unteren Teilumfang das Band während der Beschichtung führbar ist. Die betreffende
Walze hat dabei zweckmäßig einen gegenüber den Ubrigen Walzen wesentlich vergrößerten
Durchmesser. Hierdurch wird - vornehmlich beim Vakuumaufdampfen - ein günstiger
Auftreffwinkel der Dampfpartikel auch im Randbereich des Dampfstromes erreicht und
gleichzeitig die Verweilzeit des Bandes auf der Kühlwalze zum Zwecke einer verbesserten
Wärmeabfuhr vergrößert.
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Die vorgenannte Vorrichtung kann noch dadurch weiter ausgestaltet
werden, daß die Beschichtungsquelle von einer weiteren Vakuumkammer umgeben ist,
durch die das Band mittels einer weiteren Schleusenvorrichtung hindurchführbar ist.
Auf die angegebene Weise kann mit einem verringerten Konstruktionsaufwand erreicht
werden, daß das Vakuum im Bereich der Beschichtungszone bzw. Beschichtungsquelle
noch weiter verbessert werden kann, was zu einer weiteren Qualitätsverbesserung
des Endproduktes führt.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Schleusenvorrichtung als Druckstufenstrecke
mit schlitzförmigen Blenden ausgeführt ist, und daß beide Trumms des Trägerbandes
jeweils innerhalb einer Blende geführt sind.
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Durch diese Maßnahme wird die Summe aller freien Querschnitte in den
schlitzförmigen Blenden auf ein Minimum reduziert, wodurch die Wirksamteit der Schleusenvorrichtung
gesteigert wird.
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Weiterhin kann der Erfindungsgegenstand in der Weise weiter ausgestaltet
werden, daß das Trägerband aus einem Isolierstoff besteht, daß zwischen den beiden
Trumms des Trägerbandes eine Elektrode angeordnet ist, und daß die Beschichtung
des Bandes als Gegenelektrode polbar ist. Durch die Anlegung einer entsprechenden
Spannung zwischen der Elektrode und der Beschichtung des Bandes wird eine elektrostatische
Anpressung erreicht, welche eine falten- und schlupffreie Führung des zu beschichtenden
Bandes auf dem Trägerband fördert.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend
anhand der Figur näher erläutert.
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Die Vorrichtung zur Beschichtung von Bändern besteht aus einer Vakuumkammer
1, der eine Schleusenvorrichtung 2 vorgeschaltet ist. Diese besteht aus einzelnen
Schleusenkammern 3, 4 und 5, zwischen denen schlitzförmige Blenden 6 und 7 angeordnet
sind. Eine analoge Blende 8 befindet sich am Eingang der Schleusenvorrichtung 2,
eine weitere analoge Blende 9 ist in der zwischen der Schleusenkammer 5 und der
Vakuumkammer 1 befindlichen Trennwand angeordnet. Die Schleusenkammern 3, 4 und
5 sind über Saugstutzen 10, 11 und 12 an nicht dargestellte Vakuumpumpen angeschlossen;
die Vakuumkammer 1 ist über einen Saugstutzen 13 an einen weiteren, nicht dargestellten
Pumpsatz angeschlossen, wobei die Auslegung der einzelnen Pumpsätze so getroffen
ist, daß die Drücke P1, P2, P3 und P4 in der Reihenfolge ihrer Aufzählung abnehmen.
Die Schleusenkammern 3, 4 und 5 bilden auf diese Weise eine soge-
nannte
Druckstufenstrecke, die das Eindringen von Luft in die Vakuumkammer 1 wirksam unterdrückt.
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Außerhalb des Vakuums bzw. vor der Schleusenvorrichtung 2 befindet
sich eine Umlenkwalze 14, innerhalb der Vakuumkammer 1 eine Umlenkwalze 15, wobei
die Rotationsachsen der Umlenkwalzen 14 und 15 in etwa in einer Ebene liegen, die
zwischen den schlitzförmigen Blenden 6, 7, 8 und 9 verläuft. Ober die Umlenkwalzen
14 und 15 ist durch die Schleusenvorrichtung 2 hindurch ein endloses Trägerband
geführt.
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Im Inneren der Vakuumkammer 1 befinden sich außer der Umlenkwalze
14 noch weitere Führungs- und Umlenkwalzen 17, 18, 19, 20 und 21, welche in der
dargestellten Ansicht an den Ecken eines Polygons angeordnet sind. In der Nähe des
Trägerbandes 16 sind zusätzliche Führungswalzen 22, 23 und 24 angeordnet, auf deren
Funktion nachfolgend noch näher eingegangen wird.
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Vor der Schleusenvorrichtung 2 ist eine Abwickelwalze 25 mit einer
Rolle 26 des zu beschichtenuen Bandes 27 angeordnet, welches über eine Umlenkwalze
28 dem Trägerband 16 zugeführt wird, an welches es in der Nähe der Umlenkwalze 14
durch eine Führungswalze 24 angepreßt wird. Das Band 27 wird nun unter inniger,
schlupffreier Berührung des Trägerbandes 16 durch die Schleusenvorrichtung 2 bzw.
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durch die schlitzförmigen Blenden 6 bis 9 hindurch und in die Vakuumkammer
1 geführt. Unmittelbar hinter der Umlenkwalze 17 wird das Band 27 durch die Umlenkwalze
18 vom Trägerband 16 abgehoben und in Richtung des Pfeils 29 über die weiteren
Umlenkwalzen
19, 20 und 21 geführt. Die Umlenkwalze 21 hat gegenüber den übrigen Umlenkwalzen
17 bis 20 einen mehrfach größeren Durchmesser und ist aufgrund von nicht gezeigten
Kühlmittel anschlüssen als Kühlwalze ausgeführt. Von der Umlenkwalze 21 wird das
Band 27 der Umlenkwalze 15 zugeführt, auf der es wieder auf das Trägerband 16 aufläuft.
Die erforderliche Anpressung wird durch eine unter Federkraft stehende Anpreßwalze
30 erreicht. Die relative Lage der Umlenkwalzen 15, 20 und 21 ist dabei so getroffen,
daß das Band 27 auf der Umlenkwalze 21 über einen Umschlingungswinkel von etwa 180
Grad geführt ist. Die vom Trägerband 16 abgehobene Weglänge des Bandes 27 bestimmt
sich aus der jeweiligen Lage bzw. den Abständen der einzelnen Umlenkwalzen.
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Unterhalb der als Kühlwalze ausgeführten Umlenkwalze 21 befindet sich
eine Beschichtungsquelle 31, die im vorliegenden Falle als thermisch oder durch
Elektronenstrahl beheizter Verdampfer ausgeführt ist. Die Beschichtungsquelle 31
erzeugt bei entsprechender Beheizung einen zur Umlenkwalze 21 gerichteten Dampfstrom,
der durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Durch die Kondensation dieses Dampfstromes
wird auf der der Umlenkwalze 21 abgekehrten, nach unten gerichteten Oberfläche des
Bandes 27 eine Schicht aus den verdampften Material erzeugt, die an dem Trägerband
16 zur Anlage kommt, sobald das Band 27 im Bereich der Umlenkwalze 15 auf das Trägerband
16 aufläuft. Zwischen den Umlenkwalzen 15 und 14 wird das Band 27 unter inniger
Berührung des Trägerbandes 16 von diesem schlupffrei mitgenommen und nach dem Austritt
aus der Schleusenvorrichtung 2 auf der
Aufwickelwalze 32 zu einer
Rolle 33 aufgewickelt. Der Aufwickelwalze 32 ist noch eine Führungswalze 34 vorgeschaltet,
um eine Flatterneigung des Bandes 27 und/oder eine Faltenbildung zu unterdrücken.
Zu dem gleichen Zweck sind auch die Führungswalzen 22 und 23 vorgesehen.
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Von besonderer Bedeutung bei der Führung des Bandes 27 ist noch die
Tatsache, daß die beschichtete Seite des Bandes 27 eine möglichst geringe Zahl von
Führungs- oder Umlenkwalzen berührt. Dieser Forderung wird durch die angegebene
Bewegungsrichtung Rechnung getragen. Nach Verlassen der gekühlten Führungswalze
21 läuft das Band 27 mit seiner beschichteten Seite unmittelbar auf das Trägerband
16 auf, mit dem es aus der Vakuumkammer 1 heraus und durch die Schleusenvorrichtung
2 hindurchgeführt wird. Eine umgekehrte Bewegungsrichtung wäre weit weniger vorteilhaft,
weil die beschichtete Seite des Bandes 27 dann um sämtliche Ecken des Polygons geführt
werden müßte.
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Das Trägerband 16 besitzt ein oberes und ein unteres Trumm, die beide
durch die gleichen schlitzförmigen Blenden 6 bis 9 hindurchgeführt sind, wodurch
der freie Querschnitt dieser Blenden auf ein Minimum reduziert werden kann. Zwischen
den beiden Trumms des Trägerbandes 16 befindet sich eine an Masse gelegte.Elektrode
35, die als perforiertes Blech ausgebildet ist. Um eine elektrostatische Anpressung
des Bandes 27 an das Trägerband 16 zu erreichen, wird durch eine nicht dargestellte
Kontaktvorrichtung die (leitfähige) Beschichtung des Bandes 27 als Gegenelektrode
zur Elektrode 35 gepolt, wobei eine für eine Anpressung ausreichende Gleichspannung
verwendet wird.
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Mindestens ein Teil der gekühlten Umlenkwalze 21 sowie die Beschichtungsquelle
31 sind von einer weiteren Vakuumkammer 36 umgeben, in der über einen nicht dargestellten
Saugstutzen ein Druck P5 erzeugt werden kann, der wiederum niedriger ist als der
Druck P4 in der Vakuumkammer 1. Im vorliegenden Fall ist die Umlenkwalze 21 unter
Freilassung sehr enger Spalte so in die Vakuumkammer 36 eingesetzt, daß zwischen
der Umlenkwalze 21 und den benachbarten Kanten der Vakuumkammer 36 eine weitere
Schleusenvorrichtung 37 gebildet wird.
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