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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung und Kühlung von
Blenden in Prozessräumen
von Vakuumprozessanlagen mit einem Wärmetauscher, welcher integrierte
Hohlprofile zum Kühlmedientransport
und Kontaktflächen
zur Wärmeleitung
aufweist und in einem Zwischenraum zwischen einer Blende und einem
Träger
zur Befestigung an einer Vakuumkammerwand angeordnet ist, und mit
einer Halterung zur Fixierung der Blende, wobei eine dem Prozessraum
abgewandte Seite der Blende mit der Kontaktfläche des Wärmetauscher korrespondiert.
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Aus
der Druckschrift
DE
297 17 418 U1 ist eine solche Vorrichtung zur Befestigung
und Kühlung von
Blenden bekannt. Darin wird eine Vakuumkammer einer Durchlaufanlage
zur Beschichtung von platten- oder scheibenförmigen Substraten beschrieben.
Die beidseitig des Beschichtungsraumes angeordneten Blenden sind
beispielsweise zur Dunkelraumabschirmung vorgesehen und auch als
Anoden betreibbar. Sie sind in dieser Dokumentation aus Profilschienen
mit L-förmigen
Querschnitt ausgebildet, wobei der senkrechte Schenkel jeder Blende
auf der Oberfläche
der Hohlprofilzuschnitte anliegt und befestigt ist, die wiederum
an den Wänden
der Vakuumkammer im Bereich zwischen der Ebene des Targets und des
Substrats angeordnet sind. Diese Hohlprofilzuschnitte sind jeweils
mit übereinander
liegenden Kanälen
versehen, die von einem Kühlmittel,
zur Kühlung
der Blenden durchflossen sind und somit als Wärmetauscher fungieren. Zur
Vermeidung des elektrischen Kontaktes und des Wärmeeintrages von den Blenden
in die Vakuumkammerwände
sind zur Befestigung der Hohlprofilzuschnitte an den Vakuumkammerwänden elektrisch
und thermisch isolierende Zwischenstücke als Isolationskörper vorgesehen.
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In
der betreffenden Ausführung
erfolgt die flächige
Blendenbefestigung an den als Wärmetauscher
fungierenden Hohlprofilzuschnitten durch Einhängen mit je einem Ansatzes
an den senkrechten Schenkeln der Blenden, die jeweils von oben in
die kongruent geformten Holprofilzuschnitte eingreifen. Somit liegt
der senkrechte Schenkel der Blende durch die Gewichtskraft vor allen
Dingen des horizontalen Schenkel der Blende flächig an der Oberfläche des
Wärmetauschers
an, um den Wärmekontakt
herzustellen. Mittels dieser Blendenaufhängung wird ein Austausch der
Blenden erleichtert, der sich nach gewisser Nutzungszeit der Blenden
erforderlich macht, da sich das Blendenblech durch die Strahlungswirkung
während
des Vakuumprozesses unvermeidbar deformiert und bei Beschichtungsprozessen
gegebenenfalls Schichtmaterial auf den Blenden abgeschieden wird,
das langfristig zu Störungen
im Beschichtungsprozess führt.
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Nachteilig
an dieser Befestigungsmethode der Blenden ist, dass sich infolge
der prozessbedingten Deformierung der Blenden der flächige Kontakt zwischen
der Blende und der Oberfläche
des Wärmetauscher,
an der die Blende anliegt, vermindert und nur noch ein punktueller
Wärmeleitkontakt
besteht. Damit verschlechtert sich der Wärmeübergang und folglich die Kühlung der
Blenden, was deren Lebensdauer stark mindert.
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In
der Praxis sind alternativ Halterungen der Blenden am Wärmetauscher
durch Schraubverbindungen bekannt. Diese verbessern zwar den flächigen Kontakt
der Blenden zum Wärmetauscher
geringfügig,
erhöhen
jedoch den Aufwand beim Wechsel der Blenden und können bei
Beschichtungsprozessen unerwünscht
zusputtern. Punktuell entstehende Wärmekontaktstellen können auch
hierbei nicht vermieden werden.
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Die
EP 1628 322 A1 beschreibt
eine Haltevorrichtung für
eine Blende, die in einer Beschichtungskammer einer Vorrichtung
zum Beschichten insbesondere eines Glassubstrates einsetzbar ist. Zur
Kühlung
der Blende ist ein von Wasser durchflossenes Kühlelement vorgesehen, an das
die Blende mittels Halterungen angepresst wird. Um einen guten thermischen
Kontakt zwischen Blende und Kühlung zu
realisieren, sind Federelemente vorgesehen, die den Anpressdruck
regulieren. Um einen sicheren Wärmekontakt
herzustellen, zeigt sich die Herstellung und Montage für diese
Halterungen aufwändig.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, die Vorrichtung zur Befestigung und
Kühlung
von Blenden der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass mit geringem
Aufwand ein hoher Wärmeleitkontakt
zwischen Blende und Wärmetauscher
dauerhaft gewährleistet
wird.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass der Wärmetauscher
zumindest teilweise relativ zum Träger flexibel gelagert ist,
wobei ein mit einem Druckmittel befüllbarer elastischer Hohlkörper derart
an einer Pufferfläche
des Wärmetauschers
anlegbar ist, dass eine Kontaktfläche des Wärmetauschers mittels dem elastischen
Hohlkörper
an die dem Prozessraum abgewandten Seite der Blende anpressbar ist. Als
Druckmittel wird hierbei ein Medium verstanden, welches einen zu
dem Druck in der Vakuumkammer relativ höheren Druck aufweist.
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Hierbei
wird durch einen zwischen dem flexibel gelagerten Wärmetauscher
und einem festen Gegenlager, zum Beispiel dem Träger, befindlichen und mit dem
Druckmittel befüllten
Hohlkörper
eine Druckkraft rückseitig
auf die Pufferfläche
des Wärmetauscher
aufgebracht, sodass der Wärmetauscher
mit seiner Kontaktfläche
gegen die prozessabgewandte Seite der fest fixierten Blende angepresst
wird. Für die
Druckkrafterzeugung durch den elastischen Hohlkörper ist als Druckmittel beispielsweise
Luft verwendbar, welches mit einem höheren absoluten Druck im Hohlkörper gegenüber dem
Druck in der Vakuumkammer eine Druckdifferenz aufbaut und den elastischen
Hohlkörper
ausdehnt. Für
eine Fixierung der Blende gegenüber
dem flexibel gelagerten Wärmetauscher
ist es erforderlich, die Halterung der Blende mit Festpunkten jenseits
des Wärmetauschers,
zum Beispiel am Träger,
zu realisieren. Diese Maßnahmen
erhöhen
den Wärmeleitkontakt
zwischen der Blende und dem Wärmetauscher
weitgehend unabhängig
von eventuellen Flächentoleranzen in
der Anlage der Blende an der Kontaktfläche des Wärmetauschers. Die Wärme kann
so mit geringerem Wärmewiderstand
von der Blende an die kühlwasserführenden
Hohlprofile im Wärmetauscher
abgeführt
werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung bildet das geschlossene Hohlprofil
die Pufferfläche
und die Kontaktfläche.
Somit sind insbesondere die kühlwasserführenden
Kanäle
des Wärmetauschers
direkt an die Blende anpressbar, womit der Wärmeleitkontakt noch effizienter
gestaltet werden kann. Dies wird beispielsweise bei einem Wärmetauscher
realisiert, welcher mehrere parallel zueinander verlaufende Hohlprofile
aufweist, die untereinander mit geringfügig elastischen Verbindungsstegen,
wie Flachstahl oder Blechen, verbunden sind. Entlang dieser Hohlprofile ist
der druckbeaufschlagte, elastische Hohlkörper zugeordnet, so dass sich
die einzelnen Kontaktflachen der Hohlprofile nicht nur eben an die
Blende anpressen lassen, sondern mittels der differenzierbaren Ausdehnung
des elastischen Hohlkörpers
an die Neigung und Formgebung der Blende, insbesondere an eine durch
die Strahlungseinwirkung des Vakuumprozesses verformten Blende,
weitestgehend anpassen. Somit wird der günstige Wärmeleitkontakt zwischen der
Blende und den kühlwasserführenden
Kanälen
des Wärmetauschers
auch nach einer Verformung der Blende weitestgehend aufrechterhalten.
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Besonders
zweckmäßig ist
es, wenn der Wärmetauscher
eine Führung
aufweist und mit einem Führungsbolzen
am Träger
befestigt ist. Dieser Führungsbolzen
in der Führung
des Wärmetauschers
geführt
und beispielsweise im Träger
verschraubt, bildet eine Loslagerverbindung des Wärmetauschers
zum Träger,
die die Lage des Wärmetauschers
gegen eine vertikale Verschiebung sichert und zugleich die horizontale
flexible Beweglichkeit des Wärmetauschers
erlaubt. Die Führung
am Wärmetauscher
kann zum Beispiel eine Bohrung, sein, die sich an den Verbindungsstegen
zwischen den geschlossenen Hohlprofilen befindet.
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Ergänzend dazu
ist es von Vorteil, dass der Führungsbolzen
federbelastet ist. Dies erzeugt eine Vorspannung des Wärmetauschers
gegen den elastischen Hohlkörper,
so dass ein optimaler Sitz des elastischen Hohlkörpers an der Pufferfläche des Wärmetauschers
in jeder Betriebsphase des Hohlkörpers
gewährleistet
ist.
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Darüber hinaus
ist es dienlich, dass der Wärmetauscher
und/oder das geschlossene Hohlprofil Schlauchverbindungen für die Kühlwasserversorgung
aufweisen. Sind der Kühlwasser-Vor-
und Rücklaufanschluss
am flexibel gelagerten Wärmetauscher
oder auch die geschlossenen Hohlprofile untereinander nicht wie üblich biegesteif,
sondern mit flexiblen Schlauchverbindungen ausgestattet, ist einerseits
die Beweglichkeit der genannten Bauteile spannungsfrei gewährleistet
und sind andererseits mögliche
Undichtheiten, die an biegesteifen Verbindungsstellen infolge einer
Biegespannung entstehen können,
vermieden.
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Erfindungsgemäß ist des
Weiteren vorgesehen, dass der elastische Hohlkörper in einem offenen Hohlprofilrahmen
angeordnet ist, welcher am Träger befestigt
ist. Dieser Hohlprofilrahmen bewerkstelligt wirkungsvoll das statische
Gegenlager und zugleich eine Führung
des Hohlkörpers,
so dass dieser sich nicht vertikal verschieben kann und seine Druckkraft punktgenau
gegen die jeweiligen Pufferflächen
des Wärmetauschers
ausüben
kann.
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Eine
günstige
Ausgestaltung ergibt sich daraus, dass die Halterung die Blende
am Träger
fixiert. Neben der statischen Trägereigenschaft
für die
Anbauteile der erfinderischen Vorrichtung ist der Träger mittels
Isolatoren gegen über
der Vakuumkammerwand elektrisch isoliert ausgeführt. Die Befestigung der Blende
an dem Träger
realisiert somit die Fixierung der Blende unabhängig vom flexibel gelagerten Wärmetauscher,
wobei eine elektrische wie auch eine weitestgehend thermische Energieableitung
von der Blende an die Vakuumkammerwand vermieden wird.
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Besonders
zweckmäßig ist
es, wenn die Halterung der Blende als formschlüssige Steckverbindung gestaltet
ist. Wie bereits oben erläutert,
besteht auf Grund des prozessbedingten Verschleißes der Blende die Notwendigkeit
des häufigen
Austausches der Blenden. Mit dieser Befestigungsmethode kann die
Blende bei Bedarf ohne aufwändige
Montageleistungen schnell und leicht gewechselt werden.
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In
einer vorzugsweisen Fortbildung der formschlüssigen Steckverbindung ist
diese als Haltewinkel mit Haltestift ausgebildet. Die Blende weist
hierbei solche Öffnungen
und Formteile auf, dass diese in den beispielsweise unten angeordneten
Haltewinkel von oben eingehangen und mit dem folglich oben angeordneten
Haltestift punktuell arretiert werden kann, so dass die Blende mit
der prozessabgewandten Seite an der Kontaktfläche des Wärmetauschers bündig anliegt
oder in einem geringen Abstand der Kontaktfläche vorgelagert ist, ohne horizontal
oder vertikal verschoben werden zu können. Die Druckbelastung auf
den Wärmetauscher
in Richtung der Blende sorgt dann für einen optimalen Kontakt zwischen
der vorgehängten
oder vorgesteckten Blende und dem Wärmetauscher. Der Haltewinkel
kann alternativ als eine längserstreckte
Profilschiene oder aus einem Winkelpaar ausgeführt sein.
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Erfindungsgemäß ist es
außerdem
vorgesehen, dass der elastische Hohlkörper mit der freien Atmosphäre verbunden
ist. Ein Druckluftanschluss am elastischen Hohlkörper zur Erzeugung der des
Differenzdruckes zwischen dem Inneren des Hohlkörpers und der Umgebung ist
entbehrlich, sobald in der Vakuumkammer ein ausreichender Vakuumdruck herrscht.
Somit kann bereits der Differenzdruck, der sich zwischen dem Druck
in der den elastischen Hohlkörper
umgebenden Vakuumkammer und dem atmosphärischen Druck im elastischen
Hohlkörper aufbaut,
dazu dienen, die Druckkraft auszuüben.
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In
einem Ausführungsbeispiel
soll die Erfindung näher
erläutert
werden. Die zugehörige
Zeichnung (1) zeigt die erfinderische Vorrichtung
zur Befestigung und Kühlung
einer Blende 1 in einer Schnittdarstellung, angeordnet
an einer Vakuumkammerwand 2. Diese Darstellung zeigt vereinfachend
nur eine Seite der in einer Vakuumkammer spiegelseitig und beidseitig
des Prozessraumes 3 angeordneten, erfinderischen Vorrichtung.
An der Vakuumkammerwand 2 (nur gestrichelt dargestellter
Ausschnitt) ist zunächst
der Träger 4 befestigt,
wobei die Befestigung mittels Isolatoren 5 elektrisch von
der Vakuumkammer abgeschirmt ist. Die U-profilförmige Ausführung des Trägers 4 dient
gleichzeitig zum Schutz der Isolatoren 5 vor der unerwünschten
Beschichtung. Auf diesem Träger 4 ist
der offene Hohlprofilrahmen 6 angeordnet, der einen elastischen Hohlkörper, beispielsweise
einen Gummischlauch 7 umfasst. Zwischen diesem Hohlprofilrahmen 6 und der
Blende 1 befindet sich der Wärmetauscher 8 mit dem
als geschlossenem Hohlprofil ausgebildeten Kühlkanal 9, durch welchen
das Kühlmedium,
z.B. Wasser gefördert
wird. Der Wärmetauscher 8 ist
mit einem federbelasteten Führungsbolzen 10 flexibel gelagert
am Träger 4 befestigt,
so dass der Wärmetauscher 8 mit
der Federkraft vorgespannt am Hohlprofilrahmen 6 anliegt.
Die Halterung 11 der Blende 1 befestigt die Blende 1 mittels
eines entsprechend geformten Haltewinkels 12 und eines
Haltestiftes 13 so am Träger 4, dass diese
dem flexibel gelagerten Wärmetauscher 8 feststehend
vorgelagert ist. Zur Überbrückung des
Abstandes der Blende 1 zum Träger 4 können alternativ
Bauteile für
weitere, nicht erfindungsrelevante Funktionen an der erfinderischen Vorrichtung
einbezogen werden, die diesbezüglich als
Distanzstücke 14 dienen.
Während
des Vakuumprozesses wird im Prozessraum 3 ein Vakuumdruck von
beispielsweise 10–2 bis 10–5 mbar
erzeugt, der erheblich unter dem atmosphärischen Druck von ca. 1 bar
liegt. Hierbei baut sich eine Druckdifferenz zwischen dem Prozessraum 3 und
dem mit der Atmosphäre
verbundenen Innenraum des Gummischlauches 7 auf, so dass
dieser sich ausdehnt und eine ausreichende Druckkraft auf die Pufferfläche 15 des Kühlkanals
ausübt.
Infolge dessen, wird der Wärmetauscher 8,
geführt
durch den Führungsbolzen 10 und
gegen dessen Federkraft wirkend, horizontal verschoben, bis die
Kontaktflächen 16 des
Kühlkanals 9 an
die dem Prozessraum 3 abgewandte Seite 17 der
Blende 1 angepresst werden. In dieser Ausführung werden
die vorbeschriebenen Vorteile bei der erfindungsgemäßen Befestigung
und Kühlung der
Blende 1 effizient bewirkt.
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- 1
- Blende
- 2
- Vakuumkammerwand
- 3
- Prozessraum
- 4
- Träger
- 5
- Isolatoren
- 6
- offener
Hohlprofilrahmen
- 7
- elastischer
Hohlkörper,
Gummischlauch
- 8
- Wärmetauscher
- 9
- geschlossenes
Hohlprofil, Kühlkanal
- 10
- federbelasteter
Führungsbolzen
- 11
- Halterung
- 12
- Haltewinkel
- 13
- Haltestift
- 14
- Distanzstück
- 15
- Pufferfläche
- 16
- Kontaktflächen
- 17
- abgewandte
Seite der Blende