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Die
Erfindung betrifft eine Schleusenvorrichtung zum kontinuierlichen
Ein- und Ausbringen von Behältern in und aus einer Vakuumbehandlungskammer.
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Derartige
Schleusenvorrichtungen werden z. B. für vakuumgestützte
Beschichtungsprozesse benötigt, um z. B. die Gasdichtigkeit
von PET-Flaschen zu erhöhen, die dazu üblicherweise
bei einem Unterdruck von etwa 10 bis 40 mbar behandelt werden. Ein kontinuierliches
Ein- bzw. Ausschleusen ist dabei für einen wirtschaftlichen
Herstellungsprozess unabdingbar.
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Eine
gattungsgemäße Schleuseneinrichtungen ist z. B.
aus der
EP 0943699
B1 bekannt. Diese Schleuse umfasst ein Karussellgehäuse
mit einem in diesem drehbar gelagerten Schleusenkammerrad, in dem
umfangsseitig Schleusenkammern mit Öffnungen zum Be- und
Entladen von zu schleusenden Behältern vorgesehen sind.
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Das
Karussellgehäuse umfasst Saugstutzen zum Evakuieren der
Schleusenkammern, die durch umfangsseitige Dichtungen auf dem Schleusenrad voneinander
atmosphärisch abgedichtet sind. Die Schleusenkammern zwischen
der Beschickungsstation bzw. der Entladestation im Außenraum
und dem evakuierten Behandlungsraum bilden eine differentielle Druckstufe,
wobei der Schleusenkammerdruck umlaufend in Richtung des Behandlungsraums
von dem im Außenraum üblicherweise herrschenden
atmosphärischen Druck auf den in den Behandlungsraum herrschenden
Unterdruck abnimmt.
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Diese
Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass für die differentielle
Druckstufe mehrere Absaugvorrichtungen benötigt werden
und dass die Evakuierung einzelner Kammern auf den Zeitraum begrenzt
ist, zu dem sich die Öffnung der jeweiligen Kammer über
einer Absaugöffnung befindet. Somit ist die Evakuierungsdauer
durch die Größe der Kammer und die Drehgeschwindigkeit
vorgegeben. Es ist jedoch wünschenswert, die Anzahl der
Druckstufen zu reduzieren und die Evakuierungsdauer flexibel anpassen
zu können.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße
Schleusenvorrichtung so zu verbessern, dass ein kontinuierliches
Ein- und Ausbringen von Behältern in und aus dem Vakuumbeschichtungsraum
in einen Raum mit Atmosphärendruck ohne die vorgenannten
Einschränkungen ermöglicht wird.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Schleusenvorrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch
10 gelöst. Demnach umfasst die Schleuse ein drehbares Schleusenrad mit
mehreren, jeweils von einem in dem Schleusenrad vorgesehenen Durchgang,
einem Deckel und einem Bodenelement gebildeten Kammern zur Aufnahme
der Behälter, wobei die Kammern einzeln durch Anheben des
jeweiligen Deckels bzw. durch Absenken des jeweiligen Bodenelements
geöffnet werden können. Die Schleuse umfasst ferner
mindestens einen in dem Schleusenrad vorgesehenen und mit den Kammern
verbundenen Drehverteiler, über den die Kammern evakuiert
werden können.
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Mit
dieser Anordnung können die Kammern über den Drehverteiler
während einer flexibel vorwählbare Zeitdauer und
mit nur einer Absaugvorrichtung evakuiert werden.
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Vorteilhafterweise
sind die Kammern jeweils über einen Kanal mit dem Drehverteiler
verbunden, und es sind Absperrvorrichtungen vorgesehen, mit denen
die Kanäle unabhängig voneinander verschlossen
werden können. Damit lassen sich die Kammern nacheinander
kontrolliert evakuieren.
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In
einer günstigen Ausführungsform werden die Absperrvorrichtungen
mit einer Hubkurve gesteuert. Die ermöglicht eine kostengünstige
und zuverlässige Ansteuerung.
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Vorzugsweise
können die Deckel und die Bodenelemente jeweils getrennt
voneinander gehoben und gesenkt werden. Dies ermöglicht
das Beschicken/Entladen der Kammern unter Normaldruck bzw. Unterdruck,
während der Vakuumbereich gegen den Normaldruckbereich
abgedichtet ist.
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Vorzugsweise
werden die Deckel und die Bodenelemente mit mindestens einer Hubkurve
gesteuert. Die ermöglicht eine kostengünstige
und zuverlässige Ansteuerung.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn das Bodenelement als ein nach oben hin
offenes Gefäß zur Aufnahme einer handelsüblichen
Flasche ausgebildet ist. Dadurch erübrigt sich ein Absenken
des Behälters bei dessen Übergabe auf der Unterseite
des Schleusenrads.
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Vorzugsweise
ist an den Deckeln jeweils eine Halterung für mindestens
einen Behälter vorgesehen. Dadurch werden die Behälter
beim Anheben des Deckels aus den Kammern gehoben.
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In
einer besonders günstigen Ausführungsform ragt
die Halterung bei geschlossenem Deckel unter dem Schleusenrad hervor.
Dies ermöglicht einen einfachen Zugang bei der Übergabe
des Behälters auf der Unterseite des Schleusenrads.
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In
einer günstigen Ausführungsform sind zwischen
den Deckeln und dem Schleusenrad sowie zwischen den Bodenelementen
und dem Schleusenrad Dichtelemente vorgesehen. Dadurch kann der Normaldruckbereich
während der Behälterübergabe gasdicht
gegen den Vakuumbereich abgedichtet werden.
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Das
zugrunde liegende technische Problem wird erfindungsgemäß ferner
durch ein Verfahren zum kontinuierlichen Ein- und Ausbringen von
Behältern mit der erfindungsgemäßen Schleusenvorrichtung
gelöst, bei dem die Kammern während der Evakuierung
jeweils mit den Deckeln und den Bodenelementen verschlossen sind;
bei dem das jeweilige Bodenelement zur Übergabe der Behälter
in dem Vakuumbehandlungsraum abgesenkt wird und der Deckel geschlossen
ist; und bei dem der jeweilige Deckel zur Übergabe der
Behälter in einem Außenraum angehoben wird und
das Bodenelement mit dem Schleusenrad dicht abschließt.
Dies ermöglicht eine einfache Behälterübergabe
bei einer kontinuierlichen Abdichtung des Unterdruckbereichs gegen
den Außenbereich.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten und in Figuren
dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 einen
schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße
Schleusenvorrichtung mit angrenzenden Übergabesternen in
der Draufsicht,
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2 einen
schematischen Längsschnitt durch einen Teilbereich der
erfindungsgemäßen Schleusenvorrichtung aus 1 mit
geschlossener Kammer;
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3 einen
schematischen Längsschnitt durch einen Teilbereich der
erfindungsgemäßen Schleusenvorrichtung aus 1 mit
einer zum Außenbereich geöffneten Kammer;
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4 einen
schematischen Längsschnitt durch einen Teilbereich der
erfindungsgemäßen Schleusenvorrichtung aus 1 mit
einer zum Vakuumbereich geöffneten Kammer.
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1 zeigt
schematisch eine erfindungsgemäße Schleusenvorrichtung 1 für
Flaschen 3, bei der ein Schleusenrad 5 mit Kammern 7 in
Richtung der Pfeile A–D in einem Gehäuse 9 durch
einen nicht dargestellten Motor kontinuierlich gedreht wird. In
dem durch den Pfeil A symbolisierten Abschnitt der Drehbewegung
werden die Flaschen aus einem unter Normaldruck stehenden Beschickungs-
und Entladebereich 11 mit Hilfe der angrenzenden Übergabesterne 13, 15 in
die Kammern 7 eingespeist und nach erfolgter Behandlung
aus diesen wieder entnommen. Im Abschnitt B werden die mit den Flaschen 3 bestückten
Kammern 7 evakuiert. Die Flaschenübergabe vor/nach
der Behandlung erfolgt im Abschnitt C mit Hilfe der im Vakuumbereich 17 angeordneten Übergabesterne 19, 21.
Im Abschnitt D werden die behandelten Flaschen 3 wieder
belüftet.
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2 zeigt
einen Schnitt entlang der Linie E durch die Schleusenkammer 7 in
einem Zustand während der Evakuierung. Die Kammer 7 wird
von einem in dem Schleusenrad 5 vorgesehen Durchgang 22,
einem vertikal verschiebbaren Deckel 23 und einem ebenfalls
vertikal verschiebbaren Bodenelement 25 gebildet. Zwischen
dem Schleusenrad 5 und dem Deckel 23 bzw. dem
Bodenelement 25 sind um den Durchgang 22 herum
Dichtungen 27 bzw. 29 vorgesehen. Der äußere
Bereich des Schleusenrads 5 ist zum Gehäuse 9 hin
durch eine nicht dargestellte Dichtung, wie z. B. einen Wellendichtring,
abgedichtet.
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Eine
an dem Deckel 23 vorgesehene Klammer 31 hält
die Flasche 3. In dem Bodenelement 25 ist ein
Hohlraum 32 zur Aufnahme einer handelsüblichen
Flasche 3 ausgebildet.
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Ein
Kanal 33 verbindet die Kammer 7 mit einem zentralen
Drehverteiler 35, wobei F die Drehachse des Schleusenrads 5 bezeichnet.
Am Übergang zwischen dem Kanal 33 und dem Drehverteiler 35 ist
eine Absperrvorrichtung 37 vorgesehen, die mit einer geeigneten
Ansteuerung, wie z. B. einer (nicht dargestellten) Hubkurve, geöffnet
wird.
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3 zeigt
die Anordnung aus 2 während der Flaschenübergabe
im oben gelegenen Beschickungs- und Entladebereich 11.
Zu diesem Zweck wird der Deckel 23, und mit ihm die Flasche 3, mit
Hilfe einer geeigneten Ansteuerung, wie z. B. einer (nicht dargestellten)
Hubkurve angehoben. Das Ventil 37 ist dabei geschlossen,
und das Bodenelement 25 dichtet die Kammer 7 nach
unten hin ab.
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In
analoger Weise zeigt 4 die Kammer 7 während
der Flaschenübergabe im unten gelegenen Vakuumbereich 17.
In diesem Fall wird das Bodenelement 25, nicht jedoch die
Flasche 3, mit Hilfe einer geeigneten Ansteuerung, wie
z. B. einer (nicht dargestellten) Hubkurve abgesenkt. Das Ventil 37 ist
dabei ebenfalls geschlossen, und der Deckel 23 dichtet
den Vakuumbereich 17 nach oben hin ab.
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Schleusenrad 5 und
Gehäuse 9 bestehen bevorzugt aus gefrästem
Stahl. Jedoch sind auch andere Materialien und Herstellungsverfahren
denkbar. Der Deckel 23 und das Bodenelement 25 können
z. B. aus Metall oder Kunststoff gefertigt werden. In Abweichung
zum gezeigten Ausführungsbeispiel müssen die Kammern 7 jedoch
keinen runden Querschnitt aufweisen und können jeweils
auch mehrere Flaschen 3 aufnehmen. In diesem Fall ist am
Deckel 23 eine entsprechende Anzahl von Halterungen 31 vorzusehen.
Ebenso kann die Anzahl der im Schleusenrad 5 ausgebildeten
Kammern 7 von der 1 abweichen.
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Wie
den 2 und 4 zu entnehmen ist, umschließt
das Bodenelement 25 die Flasche 3 über deren
gesamte Höhe, und die Klammer 31 ragt bei geschlossenem
Deckel 23 unter dem Schleusenrad 5 hervor. Somit
ist der Hals der Flasche 3 bzw. die Halterung 31 nach
Absenken des Bodenelements 25 von der Seite her zugänglich,
wodurch eine einfache Flaschenübergabe zu/von einem Übergabestern
ermöglicht wird.
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Die
Absperrvorrichtung 37 ist z. B. ein Kugelventil, Schieber
oder Stößel und kann sowohl in dem Kanal 33 als
auch an dessen Übergang zu dem Drehverteiler 35 angeordnet
sein. Die Steuerung des Ventils 37 erfolgt vorzugsweise
mit einer (nicht dargestellten) Hubkurve, die es jeweils bei der
gewünschten Kammerposition öffnet bzw. wieder
schließt. Alternativ sind jedoch auch servogesteuerte Schieber oder
Kugelventile denkbar bzw. eine Kombination unterschiedlicher Steuerungen.
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Die
Absaugung über den Drehverteiler 35 erfolgt mit
geeigneten Pumpen (nicht gezeigt), wobei in dem Drehverteiler 35 vorzugsweise
ein solcher Druck herrscht, dass in der Kammer 7 unmittelbar
vor dem Absenken des Bodenelements 25 näherungsweise der
gleiche Druck herrscht wie im Vakuumbereich 17. Dadurch
wird der Druck im Vakuumbereich 17 durch die Flaschenübergabe
nicht oder nur unwesentlich beeinflusst.
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Es
ist jedoch auch möglich, den Vakuumbereich 17 durch
kontinuierliche Absaugung auf einem im Wesentlichen konstanten Druckniveau
zu halten und die Kammer 7 nur bis zu einem darüber
liegenden Druckniveau zu evakuieren. Beim Absenken des Bodenelements 25 im
Vakuumbereich 17 erfolgt dann ein Druckausgleich.
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In
diesem Fall kann das höhere Druckniveau im Drehverteiler 35 für
eine teilweise Belüftung der Kammern 7 während
des Ausschleusens der Flaschen 3 verwendet werden, indem
die Ventile 37 im Abschnitt D, also vor Anheben des Deckels 23,
geöffnet und wieder verschlossen werden. Vorzugsweise werden
die Kammern 7 jedoch passiv belüftet, indem während
des Ausschleusens ein Verbindung zu dem unter Normaldruck stehenden
Außenraum hergestellt wird, z. B. durch eine (nicht dargestellte)
verschließbare Öffnung in dem Deckel 23 oder
einen (nicht dargestellten) verschließbaren Kanal im Schleusenrad 5.
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Das
Anheben des Deckels 23 bzw. das Absenken des Bodenelements 27 erfolgt über
einen nicht dargestellten Mechanismus, z. B. kurvengesteuert oder
mit Hilfe eines pneumatischen Hubantriebs.
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Die
Dichtungen 25 und 29 können z. B. als O-Ringe
ausgebildet sein und an dem Deckel 23, dem Bodenelement 29 und/oder
dem Schleusenrad 5 angebracht sein.
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Nachfolgend
wir die Funktionsweise der im Ausführungsbeispiel gezeigten
Schleusenvorrichtung 1 erläutert.
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Das
Schleusenrad 5 dreht sich kontinuierlich. Eine zu behandelnde
Flasche 3 wird zunächst mit dem Übergabestern 13 an
die Halteklammer 31 eines geöffneten Deckels 23 übergeben
und der Deckel 23 anschließend abgesenkt. Das
Bodenelement 25 schließt dabei dicht mit dem Schleusenrad 5 ab. Nach Öffnen
des Ventils 37 wird die geschlossene Kammer 7 mit
der Flasche 3 bis zum Zieldruck evakuiert und das Ventil 37 wieder
geschlossen. Nach Erreichen des Vakuumbereichs 17 wird
das Bodenelement 25 abgesenkt und die Flasche an den Übergabestern 19 zur
Behandlung übergeben. Der Deckel 23 bleibt dabei
geschlossen. Nach erfolgter Behandlung wird die Flasche mit dem Übergabestern 21 an
eine Halteklammer 31 des geschlossenen Deckels übergeben
und das Bodenelement wieder angehoben. Die geschlossene Kammer 7 wird
daraufhin belüftet, der Deckel 23 wieder angehoben
und die behandelte Flasche mit dem Übergabestern 15 ausgeschleust.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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