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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Transport bandförmigen Materials mit einer Behandlungswalze mindestens einer Transport- oder Bandführungsrolle.
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Bandförmiges Material ist in vielen Bereichen der Technik zu transportieren. Dabei wird das bandförmige Material üblicherweise von einer Abwickelrolle über mehrere Transport- und Behandlungswalzen auf eine Aufwickelrolle gewickelt. Es ist auch möglich, dass nach dem Passieren von Transport- und Behandlungswalzen das bandförmige Material sogleich einer Weiterbehandlung unterzogen wird, z. B. geschnitten und blattförmig weiterbehandelt wird.
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Es ist dabei bekannt, dass das bandförmige Material auf einer Seite einer Behandlung unterzogen, beispielsweise mit einer Schicht versehen wird. Die behandelte oder für eine Behandlung vorgesehene Seite soll nachfolgend als Gutseite bezeichnet werden.
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Es ist bekannt, bandförmiges Material in Vakuumbeschichtungsanlagen auf der Gutseite mit einer Schicht zu versehen. Dabei wird das bandförmige Material als Beschichtungssubstrat über die Oberfläche der Behandlungswalze geführt, die auch gleichzeitig als Heiz- oder Kühlwalze ausgebildet sein kann. Der Behandlungswalze zugewandt ist eine Beschichtungsquelle angeordnet, die unter definierten Prozessbedingungen aus einem Beschichtungsmaterial Dampf erzeugt, der sich sodann als Schicht auf die Gutseite des Beschichtungssubstrates ablagert.
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Eine Bandführung dieser Art ist in 1 dargestellt. Eine erste Behandlungswalze 1 ist gleichlaufend, d. h. mit gleicher Drehrichtung zu einer zweiten Behandlungswalze 2 angeordnet. Beide Behandlungswalzen 1 und 2 werden von einem bandförmigen Material 3 teilweise umschlungen. In einer Beschichtungsanlage stellt das bandförmige Material ein Substrat dar, auf dem eine Schicht abgeschieden wird. Hierzu sind Beschichtungsquellen 4 gegenüber den Behandlungswalzen 1 und 2 angeordnet, die das Substrat 3 auf seiner Gutseite 5 mit einer Schicht versehen.
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Um eine größtmögliche Umschlingung der Behandlungswalzen 1 und 2 zu erreichen, sind Transport- oder Bandführungsrollen 6 vorgesehen. Über diese Transport- oder Bandführungsrollen 6 wird dann das bandförmige Material 3 mit seiner Gutseite 5 geführt.
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Ein derartiges Beschichtungsverfahren wird beispielsweise angewandt, um organische Substanzen auf dem bandförmigen Substrat abzuscheiden. Insbesondere bei der Massenproduktion von organischen Halbleitern aus sogenannten „Small Molecules” für die Anwendung in Leuchtmitteln oder in der Photovoltaik können Durchlaufanlagen für die Abscheidung der organischen Substanzen auf bandförmigen Substraten einen großen Kostenvorteil aufweisen. Dabei ist es notwendig, eine Gutseitenberührung – also eine Berührung der Substratseite, auf der die organischen Schichten abgeschieden werden, bis hin zur Verkapselung des fertigen Bauteils zu vermeiden.
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Um mehrere organische Schichten in einer Vakuumkammer übereinander aufdampfen zu können, und dies eventuell bei unterschiedlichen Substrattemperaturen, kann eine Vielzahl von Kühl- oder Heizwalzen mit einem Durchmesser von z. B. 2 m erforderlich sein.
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Soll dabei die Bedingung der Vermeidung einer Gutseitenberührung eingehalten werden, kann eine Anordnung gemäß 1 nicht eingesetzt werden. Wenn die Größe und Anzahl der erforderlichen Beschichtungsquellen oder die erforderliche Temperaturführung des Substrates die Führung des Bandes über mehr als eine Behandlungswalze erfordert, sind nach dem Stand der Technik Anordnungen der Behandlungswalzen zu wählen, bei denen das bandförmige Material bei jeder Walzenberührung im gleichen Drehsinn umgelenkt wird, wodurch die konstruktiven Freiheitsgrade für die Platzierung der Walzen deutlich eingeschränkt werden und eine kompakte und modulare Gestaltung der Bandführung erschwert wird. Damit steigt das Volumen derartiger Bandführungen, womit hohe Kosten für derartige Vakuumbeschichtungsanlagen verbunden sind.
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Aus der
WO 2009/094622 A2 ist eine Beschichtungsanordnung bekannt, mit der eine Berührung der Gutseite vermieden werden kann. Allerdings ist hier keine Behandlungswalze vorgesehen. Vielmehr erfolgt die Beschichtung des Substrates auf seinem freiliegenden planen Teil innerhalb einer Beschichtungsanlage. Die Behandlungswalze hat jedoch u. a. eine bedeutende Kühlfunktion für das Substrat, die insbesondere bei der Beschichtung von organischem Material wichtig ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung zum Transport bandförmigen Materiales anzugeben, bei der eine Berührung der Gutseite vermieden wird und die in Beschichtungsanlagen kostengünstig einsetzbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine vor oder nach einer Behandlungswalze angeordnete Transport- oder Bandführungsrolle als Verdrallrolle so ausgebildet ist, dass sie eine Drehachse aufweist, die zu der Drehachse jeweiligen Behandlungswalze einen von 0° verschiedenen Winkel einschließt. Die Funktion der Verdrallrolle besteht darin, den Bandlauf des bandförmigen Materials zu dem von der Oberfläche der Behandlungswalze bestimmten Bandlauf zu verdrehen. Durch eine solche Verdrehung, aus der der Begriff ”Verdrallrolle” entsteht, kann bewerkstelligt werden, dass das bandförmige Material mit seiner der Gutseite gegenüberliegenden Rückseite an der Verdrallrolle durch eine Verdrehung anliegt. Insbesondere verlässt das bandförmige Material mit seiner Mittelfaser die bisher von dieser Faser definierte Ebene. Sie kann erfindungsgemäß in Raumrichtungen transportiert werden kann, die bei einer Bandführung über achsparallele Walzen nach dem Stand der Technik nicht zugänglich waren.
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Die Verdrehung kann durch mehrere vor- oder hintereinander liegende Verdrallrollen, die ebenfalls alle zu der Drehachse der vorherigen und/oder nachfolgenden Verdrallrolle einen von 0° verschiedenen Winkel einschließen fortgesetzt werden. Dabei können zwischen diesen Verdrallrollen auch Führungsrollen, die zu der vorherigen oder nachfolgenden Verdrallrolle parallel liegen, angeordnet sein.
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Die Durchmesser und damit die Umdrehungsgeschwindigkeit der Verdrallrollen und/oder der Behandlungswalzen können dabei gleich oder unterschiedlich sein.
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Durch die Bandführung über die Verdrallrollen können verschiedene Anlagenlayouts mit mehreren Behandlungswalzen ohne Walzenberührung der Gutseite realisiert werden, z. B. eine Anordnung der Behandlungswalzen entlang einer gemeinsamen Rotationsachse (ein Paar von zwei Verdrallungsrollen erzeugt dann einen seitlichen Versatz des Bandes um den Abstand der Prozesswalzen auf der gemeinsamen Rotationsachse). Es sind aber ebenso andere vorteilhafte Walzenanordnungen realisierbar, wie sie nachfolgend dargestellt werden. Die auf Basis der Verdrallung möglichen Bandlauflayouts ermöglichen einen wesentlich kompakteren und damit kostengünstigeren Aufbau im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in
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1 eine Darstellung einer bekannten Bandführung nach dem Stand Technik,
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2 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Bandführungsvorrichtung mit zwei koaxialen gegenläufigen Behandlungswalzen,
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3 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Bandführungsvorrichtung mit zwei koaxialen gleichlaufenden Behandlungswalzen,
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4 eine schematische Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Bandführungsvorrichtung mit zwei nebeneinander liegenden Behandlungswalzen,
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5 eine Draufsicht auf eine Bandführungsvorrichtung nach 4,
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6 eine erfindungsgemäße Bandführungsvorrichtung mit zwei zueinander winklig angeordneten Behandlungswalzen,
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7 eine Tabelle zur Abschätzung der Lauflängendifferenz beim Verdrehen und
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8 verschienen Formen von Verdrallrollen.
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Elemente, die in den nachfolgend beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen die gleichen Funktionen wie im Stand der Technik aufweisen, werden mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet.
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Werden die vorgestellten Anordnungen in einer Beschichtungsanlage eingesetzt, stellt das bandförmige Material 3 ein Substrat dar, auf dem eine Schicht abgeschieden wird. Hierzu werden analog zu 1 Beschichtungsquellen 4 gegenüber den Behandlungswalzen 1 und 2 angeordnet, die das Substrat 3 auf seiner Gutseite 5 mit einer Schicht versehen.
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In einer derartigen Beschichtungsanlage können die Behandlungswalzen 1 oder 2 insbesondere als Beschichtungswalzen, Kühl- bzw. Heizwalzen ausgebildet werden. Sie können auch als Prozesswalzen bezeichnet werden. Sie können gleich wie auch unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten und/oder Durchmesser aufweisen.
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Dabei ist es zweckmäßig, dass das bandförmige Material 3 große Teile der Oberfläche der Behandlungswalzen 1 oder 2 berührt. Aus diesem Grunde werden in Bandlaufrichtung 7 gesehen vor, zwischen und/oder hinter den Behandlungswalzen 1 oder 2 Transport- oder Bandführungsrollen 6 eingesetzt. Diese können auf die Funktion einer Umlenkrolle aufweisen. Wie in 1 dargestellt, liegen die Bandführungswallen achsparallel zu den Behandlungswalzen 1 und 2. Dabei berühren die Transport- oder Bandführungsrollen 6 das bandförmige Material 3 auf seiner Gutseite 5. Dies wird durch die Erfindung vermieden, in dem die Transport- oder Bandführungsrollen 6 als Verdrallrollen ausgebildet werden, wie nachfolgend dargestellt wird.
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In 2 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Die erste Behandlungswalze 1 ist zu der zweiten Behandlungswalze 2, das heißt auf einer gemeinsamen Mittelachse angeordnet. Beide Behandlungswalzen 1 und 2 sind gegenläufig, weisen also einen entgegengesetzten Drehsinn auf und werden von dem bandförmigen Material 3 teilweise umschlungen.
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In Bandlaufrichtung 7 nach der ersten Behandlungswalze 1 ist eine Verdrallrolle 8 so angeordnet, dass sie eine Drehachse 9 aufweist, die zu der Drehachse 10 der ersten Behandlungswalze 1 einen Winkel von 90° einschließt, oder anders ausgedrückt, schließen die senkrechten Projektionen der Drehachsen 9, 10 einen Winkel von 90° ein.
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In Bandlaufrichtung hinter der Verdrallrolle 8 aber vor der zweiten Behandlungswalze 2 ist eine Verdrallrolle 11 angeordnet, deren Drehachse 12 parallel zu der Drehachse 9 liegt, die aber zu der Drehachse 13 der zweiten Behandlungswalze 2 ebenfalls eine Winkel von 90° einschließt. Wie aus 2 entnehmbar ist, kann somit eine Anordnung der Behandlungswalzen 1 und 2 entlang einer gemeinsamen Mittelachse realisiert werden, wobei ein Paar von Verdrallungsrollen 8 und 11 dann einen seitlichen Versatz des Bandes um den Abstand der Prozesswalzen auf der gemeinsamen Rotationsachse erzeugt.
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In 3 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Die erste Behandlungswalze 1 ist zu der zweiten Behandlungswalze 2, das heißt auf einer gemeinsamen Mittelachse angeordnet. Beide Behandlungswalzen 1 und 2 sind gleichläufig, weisen also einen gleichen Drehsinn auf und werden von dem bandförmigen Material 3 teilweise umschlungen. Sie können aber wie bereits erwähnt unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten und/oder Durchmesser aufweisen.
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In Bandlaufrichtung 7 nach der ersten Behandlungswalze 1 ist eine Verdrallrolle 14 so angeordnet, dass sie eine Drehachse 15 aufweist, die zu der Drehachse 10 der ersten Behandlungswalze 1 einen spitzen Winkel α, d. h. je nach Entfernung der Behandlungswalzen 1 und 2 von ca. 30° bis 60° einschließt, oder anders ausgedrückt, schließen die senkrechten Projektionen der Drehachsen 15 und 10 einen solchen spitzen Winkel α ein.
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In Bandlaufrichtung hinter der Verdrallrolle 14 aber vor der zweiten Behandlungswalze 2 ist eine Verdrallrolle 16 angeordnet, deren Drehachse 17 parallel zu der Drehachse 15 liegt, die aber zu der Drehachse 13 der zweiten Behandlungswalze 2 ebenfalls einen spitzen Winkel β von ca. 30° bis 60° einschließt. Wie aus 3 entnehmbar ist, kann somit eine Anordnung der Behandlungswalzen 1 und 2 entlang einer gemeinsamen Mittelachse realisiert werden, wobei ein Paar von Verdrallungsrollen 14 und 16 dann einen seitlichen Versatz des Bandes um den Abstand der Prozesswalzen auf der gemeinsamen Rotationsachse erzeugt.
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In 4 und 5 ist eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Die erste Behandlungswalze 1 und die zweite Behandlungswalze 2, liegen auf parallelen Mittelachsen und gleichen in diesem Punkt der Darstellung von 1. Beide Behandlungswalzen 1 und 2 sind gleichläufig, weisen also einen gleichen Drehsinn auf und werden von dem bandförmigen Material 3 teilweise umschlungen.
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In Bandlaufrichtung 7 nach der ersten Behandlungswalze 1 ist eine Verdrallrolle 18 so angeordnet, dass sie eine Drehachse 19 aufweist, die zu der Drehachse 10 der ersten Behandlungswalze 1 einen rechten Winkel einschließt, oder anders ausgedrückt, schließen die Drehachsen 19 und 10 in der in 5 dargestellten Projektion einen solchen ein.
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In Bandlaufrichtung hinter der Verdrallrolle 18 ist eine Verdrallrolle 20 angeordnet, deren Drehachse 21 in der in 4 dargestellten Projektion einen rechten Winkel zu der Drehachse 19 einschließt. In Bandlaufrichtung 7 hinter der Verdrallrolle 20 ist eine Verdrallrolle 22 angeordnet, deren Drehachse 23 parallel zu der Drehachse 21 liegt aber einen rechten Winkel in der in 4 dargestellten Projektion zu einer Drehachse 25 einer nachfolgenden weiteren Verdrallrolle 24 einschließt, wobei die Verdrallrolle 24 vor der zweiten Behandlungswalze 2 angeordnet und deren Drehachse 25 parallel zu der Drehachse 15 liegt, die aber zu der Drehachse 13 der zweiten Behandlungswalze 2 in der in 5 dargestellten Projektion ebenfalls einen rechten Winkel einschließt.
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6 zeigt, dass mit mehreren Verdrallrollen 26 deren Drehachsen 27 zueinander und zu den Behandlungswalzen 1 und 2 jeweils von 0° verschiedene Winkel, insbesondere Winkel über 10°, einschließen, auch unterschiedliche Winkelzuordnungen der Behandlungswalzen 1 und 2 ermöglicht werden. Je mehr Verdrallrollen 26 eingesetzt werden, desto geringer ist die mechanische Belastung des bandförmigen Materiales 3 infolge der Verdrehung.
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In der in 7 dargestellten Tabelle sind Berechnungen durchgeführt, die die Lauflängendifferenz zwischen Bandmitte und Bandkante des bandförmigen Materiales 3 infolge der Verdrallung aufzeigen. Die Lauflängendifferenz wird zusätzlich durch Temperaturgradienten im Band oder zwischen den Behandlungswalzen 1 und 2 bzw. den Verdrallungsrollen verändert. Es ist nun möglich, geometrische Fälle zu konstruieren, bei denen die Lauflängendifferenzen zu groß werden, so dass diese nicht durch eine unterschiedliche Längendehnung des bandförmigen Materials ausgeglichen werden können, ohne die Bandkanten durch die Dehnung zu schädigen. In einem solchen Fall könnte neben einer Schädigung durch Überdehnung auch eine unerwünschte Faltenbildung erfolgen. Um dies zu vermeiden, können die Verdrallungsrollen die Form von Breitstreckwalzen (Bananenwalzen = Gummiwalzen mit gebogenen Achsen) oder allgemein von flexiblen Walzen mit gekrümmten Achsen einnehmen.
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Je nach Verdrehungswinkel und Temperaturgradienten können aber auch andere Formen der Verdrallrollen interessant eingesetzt werden, die in 8 dargestellt sind.
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Damit können die auftretenden Lauflängendifferenzen zwischen Mittelfaser und Bandkante kompensiert bzw. der Bildung von Falten entgegengewirkt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Behandlungswalze
- 2
- zweite Behandlungswalze
- 3
- bandförmiges Material, Substrat
- 4
- Beschichtungsquelle
- 5
- Gutseite
- 6
- Transport- oder Bandführungsrolle
- 7
- Bandlaufrichtung
- 8
- Verdrallrolle
- 9
- Drehachse der Verdrallrolle 8
- 10
- Drehachse der erste Behandlungswalze 1
- 11
- Verdrallrolle
- 12
- Drehachse der Verdrallrolle 11
- 13
- Drehachse der zweiten Behandlungswalze 2
- 14
- Verdrallrolle
- 15
- Drehachse der Verdrallrolle 14
- 16
- Verdrallrolle
- α
- Winkel
- β
- Winkel
- 17
- Drehachse der Verdrallrolle 16
- 18
- Verdrallrolle
- 19
- Drehachse der Verdrallrolle 18
- 20
- Verdrallrolle
- 21
- Drehachse der Verdrallrolle 20
- 22
- Verdrallrolle
- 23
- Drehachse der Verdrallrolle 22
- 24
- Verdrallrolle
- 25
- Drehachse der Verdrallrolle 24
- 26
- Verdrallrolle
- 27
- Drehachse der Verdrallrolle 26
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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