DE10048210B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Einschleusen eines Werkstücks über eine Vorvakuumkammer in eine Hochvakuumkammer und deren Verwendung - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Einschleusen eines Werkstücks über eine Vorvakuumkammer in eine Hochvakuumkammer und deren Verwendung Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Einschleusen eines Werkstücks über eine bis zu einem Vorvakuum evakuierbare erste Kammer (1) in eine bis zu einem Hochvakuum evakuierbare zweite Kammer (2), mit:
a) einer Hochvakuumpumpe (3) zum Evakuieren der zweiten Kammer (2), und
b) einer einstufigen Vorvakuumpumpe (4) zum Evakuieren der ersten Kammer (1) und zum Erzeugen eines Vorvakuums für die Hochvakuumpumpe (3),
wobei die Vorvakuumpumpe (4) eine erste und eine zweite parallel geschaltete Saugeinrichtung (4a bzw. 4b) zum Evakuieren der ersten Kammer (1) bzw. zum Erzeugen des Vorvakuums für die Hochvakuumpumpe (3) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einschleusen eines Werkstücks über eine Vorvakuumkammer in eine Hochvakuumkammer, vorzugsweise einer Bearbeitungskammer und kann insbesondere in einer Metallisierungsanlage, z.B. einer Kathodenzerstäubungsanlage für die Metallisierung von CDs (Compact Disks) und DVDs (Digital Versatile Disks) zum Einsatz kommen.
  • Zur Aufrechterhaltung des Hochvakuums in z.B. einer Bearbeitungskammer ist es erforderlich, die zu bearbeitenden Werkstücke (z.B. CDs, DVDs oder Hälften davon) durch z.B. eine Schleuse in die Bearbeitungskammer einzubringen. Dabei wird die Schleuse, in die das Werkstück von außen eingebracht worden ist, zunächst evakuiert bevor der Weitertransport des Werkstücks in die Bearbeitungskammer erfolgt, in der mittels einer Hochvakuumpumpe ein Hochvakuum aufrecht erhalten wird.
  • Aus der DE 42 13 763 A1 ist eine Vorrichtung zum Evakuieren einer Vorvakuumkammer und einer Hochvakuumkammer mittels einer Hochvakuumpumpe und einer Vorvakuumpumpe bekannt.
  • Ferner ist bekannt, zwei Vorvakuumpumpen vorzusehen, wobei eine die Schleuse evakuiert und die andere das Vorvakuum für die Hochvakuumpumpe erzeugt. In 3 ist ein Prinzipschaltbild dargestellt, das die bekannte Evakuierung einer Schleuse 1 als erste Kammer mittels einer Vorvakuumpumpe 4' über eine Leitung 5 mit einem Absperrventil 6 zeigt. Weiterhin ist die bekannte Evakuierung einer Bearbeitungskammer 2 als zweite Kammer mittels einer Hochvakuumpumpe 3 dargestellt, die über eine Leitung 7 mit einem Absperrventil 8 mit einer Vorvakuumpumpe 4'' verbunden ist. Es ist zu erkennen, daß zwei Vorvakuumpumpen 4' und 4'' für die Schleuse und die Bearbeitungskammer erforderlich sind. Die Verwendung zweier Vorvakuumpumpen hat neben den hohen Kosten den Nachteil, daß viel Platz benötigt wird und die elektrische Leistungsaufnahme hoch ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Evakuieren einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer zur Verfügung zu stellen, die eine Vereinfachung beim Einschleusen eines Werkstücks bei geringem Platzbedarf und geringer elektrischer Leistungsaufnahme ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.
  • Bei der Lösung geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, eine einzelne einstufige Vorvakuumpumpe vorzusehen, die gleichzeitig ein Vorvakuum für die erste Kammer und ein Vorvakuum für die Hochvakuumpumpe zum Evakuieren der zweiten Kammer erzeugt. Dabei weist die Vorvakuumpumpe zwei parallel geschaltete Saugeinrichtungen auf, die jeweils für eine Schleuse und die Hochvakuumpumpe zum Evakuieren einer Bearbeitungskammer vorgesehen sind.
  • Vorteilhafterweise wird als Hochvakuumpumpe eine zweistufige Turbomolekularpumpe (mit Compound-Stufe) verwendet, bei der der Vorvakuumdruck höher als bei herkömmlichen Turbomolekularpumpen sein kann. Dadurch ist eine übliche einstufige Vorpumpe (Drehschieberpumpe) zum Erreichen des Vorvakuums für die Hochvakuumpumpe ausreichend.
  • Erfindungsgemäß kann auch eine zweistufige Vorpumpe (z.B. eine handelsübliche Drehschieberpumpe) nach einfachem Umbau zu einer Pumpe mit zwei (einstufigen) Saugeinlässen als Vorpumpe mit zwei parallel geschalteten Saugeinrichtungen eingesetzt werden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Prinzipschaltbild einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
  • 2 ein Prinzipschaltbild einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform, und
  • 3 ein Prinzipschaltbild der Evakuierung einer Schleuse und einer Bearbeitungskammer im Stand der Technik.
  • 1 zeigt eine Vorvakuumpumpe 4 mit zwei Saugeinrichtungen 4a und 4b, die von demselben Motor M angetrieben werden. Die erste Saugeinrichtung 4a evakuiert über eine erste Vorvakuumleitung 5 mit einem ersten Ventil 6 eine Schleuse 1. Die zweite Saugeinrichtung 4b liefert über die zweite Vorvakuumleitung 7 mit einem zweiten Ventil 8 das Vorvakuum für die Hochvakuumpumpe 3, die in der Bearbeitungskammer 2 ein Hochvakuum erzeugt. Das erste und das zweite Ventil 6 bzw. 8 verbinden oder trennen die Schleuse 1 bzw. die Bearbeitungskammer 2 mit oder von den entsprechenden Saugeinrichtungen der Vorvakuumpumpe 4. Vorteilhafterweise weist die erste Saugeinrichtung 4a ein größeres Saugvolumen als die zweite Saugeinrichtung 4b auf, um die Schleuse 1 in kurzer Zeit evakuieren zu können. Es ist zu erkennen, daß die einzelne, nur von einem Motor M angetriebene Vorvakuumpumpe 4 weniger Platz als zwei Vorvakuumpumpen benötigt und eine geringere elektrische Leistungsaufnahme als zwei Vorvakuumpumpen hat.
  • 2 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform. Diese Ausführungsform weist zusätzlich zu der von 1 eine dritte Vorvakuumleitung 9 mit einem dritten Ventil 10 auf, über die wahlweise die erste Saugeinrichtung 4a und die zweite Saugeinrichtung 4b gemeinsam die Schleuse 1 evakuieren oder gemeinsam das Vorvakuum für die Hochvakuumpumpe 3 liefern. Weiterhin kann ein Ausdehnungsbehälter 11 vorgesehen sein, in den die Hochvakuumpumpe 3 pumpt, wenn das zweite Ventil 8 geschlossen ist, z.B. wenn das dritte Ventil 10 geöffnet ist und die zweite Saugeinrichtung 4b an der Evakuierung der Schleuse 1 beteiligt ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, daß die einstufige Vorvakuumpumpe 4 gleichzeitig das Vorvakuum für die erste Kammer 1 und das Vorvakuum für die Hochvakuumpumpe 3 zum Evakuieren der zweiten Kammer 2 zur Verfügung stellt.
  • Eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform wird mittels der Vorrichtung gemäß 1 verwirklicht. Dabei evakuiert die erste Saugeinrichtung 4a die Schleuse 1 bei geöffnetem ersten Ventil 6, und die zweite Saugeinrichtung 4b liefert bei geöffnetem zweiten Ventil 8 das Vorvakuum für die Hochvakuumpumpe 3, die das Vakuum in der Bearbeitungskammer 2 aufrechterhält.
  • Eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform des Verfahrens mittels der Vorrichtung von 2 weist folgende Schritte auf:
    • 1. Anpumpen der Schleuse, wobei die Ventile 6 und 10 geöffnet sind; das Ventil 8 ist dabei geschlossen und die Hochvakuumpumpe 3 pumpt in den Ausdehnungsbehälter 11.
    • 2. Umschleusen (Öffnen der Schleuse 1 zur Bearbeitungskammer 2, um z.B. ein über die Schleuse 1 eingeschleustes (nicht dargestelltes) Werkstück (z.B. CD-Rohling) in die Bearbeitungskammer zu transportieren), nachdem ein vorbestimmter Vakuumwert in der Schleuse 1 erreicht wurde. Die Ventile 8 und 10 sind geöffnet und das Ventil 6 ist geschlossen.
  • Sowohl beim Evakuieren der Schleuse als auch beim Umschleusen, bei dem das Hochvakuum in der Bearbeitungskammer 2 etwas verschlechtert wird, arbeiten die beiden Saugeinrichtungen 4a und 4b in Parallelschaltung zusammen, um den Vorgang der Evakuierung zu beschleunigen.
  • Für den Sonderfall, daß in der Schleuse 1 ein Leck auftritt, wird das dritte Ventil 10 geschlossen und das zweite Ventil 8 geöffnet, um zu verhindern, daß die Hochvakuumpumpe 3 zu lange in den Ausdehnungsbehälter pumpt und der Druck im Ausdehnungsbehälter einen Maximalwert überschreitet. In diesem Fall wird das Verfahren wie mit der Vorrichtung gemäß 1, bei der jeweils nur eine Saugeinrichtung 4a bzw. 4b auf die Schleuse 1 bzw. die Hochvakuumpumpe 3 wirkt, weitergeführt.
  • Vorteilhafterweise wird für die Hochvakuumpumpe 3 eine zweistufige Turbomolekularpumpe mit Compound-Stufe, die mit einem höheren Vorvakuumdruck auskommt, verwendet. Dadurch kann eine herkömmliche einstufige Vorvakuumpumpe, wie z. B. eine Drehschieberpumpe bei der Vorrichtung zum Einsatz kommen. Das Prinzip der Erfindung, nämlich daß eine Vorvakuumpumpe sowohl auf die Schleuse als auch auf die Hochvakuumpumpe wirkt, kann aber auch durch geeignete Wahl der Vorvakuumpumpe bei anderen Hochvakuumpumpen zum Einsatz kommen.

Claims (14)

  1. Vorrichtung zum Einschleusen eines Werkstücks über eine bis zu einem Vorvakuum evakuierbare erste Kammer (1) in eine bis zu einem Hochvakuum evakuierbare zweite Kammer (2), mit: a) einer Hochvakuumpumpe (3) zum Evakuieren der zweiten Kammer (2), und b) einer einstufigen Vorvakuumpumpe (4) zum Evakuieren der ersten Kammer (1) und zum Erzeugen eines Vorvakuums für die Hochvakuumpumpe (3), wobei die Vorvakuumpumpe (4) eine erste und eine zweite parallel geschaltete Saugeinrichtung (4a bzw. 4b) zum Evakuieren der ersten Kammer (1) bzw. zum Erzeugen des Vorvakuums für die Hochvakuumpumpe (3) aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Hochvakuumpumpe (3) eine zweistufige Turbomolekularpumpe ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit: a) einer ersten Vorvakuumleitung (5) zwischen der ersten Saugeinrichtung (4a) und der ersten Kammer (1) mit einem ersten Ventil (6), b) einer zweiten Vorvakuumleitung (7) zwischen der zweiten Saugeinrichtung (4b) und der Hochvakuumpumpe (3) mit einem zweiten Ventil (8).
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3 mit einer dritten Vorvakuumleitung (9) mit einem dritten Ventil (10), die die erste und die zweite Vorvakuumleitung (5 bzw. 7) zwischen den ersten und zweiten Ventilen (6 bzw. 8) und der ersten und zweiten Saugeinrichtung (4a bzw. 4b) verbindet.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4 mit einem mit der Hochvakuumpumpe (3) verbundenen Ausdehnungsbehälter (11).
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Saugeinrichtung (4a) eine größere Saugleistung als die zweite Saugeinrichtung (4b) aufweist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Kammer (1) eine Schleuse und die zweite Kammer (2) eine Bearbeitungskammer ist.
  8. Verfahren zum Einschleusen eines Werkstücks über eine erste Kammer (1) in eine zweite Kammer (2), wobei eine einstufige Vorvakuumpumpe (4) gleichzeitig ein Vorvakuum für die erste Kammer (1) und ein Vorvakuum für eine Hochvakuumpumpe (3) zum Evakuieren der zweiten Kammer (2) erzeugt und wobei zum Evakuieren der ersten Kammer (1) das Vorvakuum für die Hochvakuumpumpe (3) parallel zum Vorvakuum für die erste Kammer (1) zugeschaltet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei nach dem Evakuieren der ersten Kammer (1) das Vorvakuum für die erste Kammer (1) dem Vorvakuum für die Hochvakuumpumpe (3) zugeschaltet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9 und mittels der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, zum Evakuieren der ersten Kammer (1) durch: a) Öffnen des ersten Ventils (6) und des dritten Ventils (10) und Schließen des zweiten Ventils (8), und b) nach dem Erreichen eines vorbestimmten Vakuums in der ersten Kammer (1), Schließen des ersten Ventils (6) und Öffnen des zweiten Ventils (8).
  11. Verfahren nach Anspruch 8 und mittels der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei zum getrennten Evakuieren der ersten Kammer (1) und der zweiten Kammer (2) über die Hochvakuumpumpe (3) das erste und das zweite Ventil (6 bzw. 8) geöffnet sind und das dritte Ventil (10) geschlossen ist.
  12. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und des Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 11 in einer Metallisierungsanlage.
  13. Verwendung nach Anspruch 12 in einer Kathodenzerstäubungsanlage.
  14. Verwendung nach Anspruch 12 oder 13 bei der Herstellung von optischen Datenträgem, vorzugsweise CDs oder DVDs.
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