DE102016124011A1

DE102016124011A1 - Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage und Verfahren

Info

Publication number: DE102016124011A1
Application number: DE102016124011.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Hentschel; Manfred Kammer; Martin Kaufmann; Swen Weser
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2018-06-14

Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage (100) Folgendes aufweisen: eine Vakuumkammer (101); eine Anordnung von Führungswalzen (102, 103) in der Vakuumkammer (101) zur Führung eines Bandsubstrates (106) entlang eines Transportpfades (113); wobei die Anordnung von Führungswalzen (102, 103) zwei achsparallel zueinander ausgerichtete drehbar gelagerte Führungswalzen (102, 103) aufweist, die entlang des Transportpfades (113) unmittelbar hintereinander angeordnet sind; wobei eine erste Führungswalze (102) der zwei Führungswalzen (102, 103) mittels einer Temperiereinrichtung (107) aktiv temperierbar ist und wobei eine zweite Führungswalze (103) der zwei Führungswalzen (102, 103) mit einer Bremseinrichtung (114) wirkverbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage und ein Verfahren zum Betreiben einer Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage.
Im Allgemeinen kann ein Substrat, beispielsweise ein Glassubstrat, ein Metallsubstrat und/oder ein Polymersubstrat, behandelt (prozessiert), z.B. beschichtet werden, so dass die chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften des Substrats verändert werden können. Zum Beschichten eines Substrats können verschiedene Beschichtungsverfahren durchgeführt werden, wie beispielsweise eine Gasphasenabscheidung, z.B. eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder eine physikalische Gasphasenabscheidung (PVD).
Im Allgemeinen können flexible Substrate in Form eines Bands (allgemein bezeichnet als Bandsubstrat)(z.B. Metallband, Folienband oder Glasband) in einer Durchlaufanlage prozessiert, z.B. in einer Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage (allgemein Beschichtungsanlage) beschichtet (und/oder anderweitig behandelt), werden. Dabei kann beispielsweise ein Bandsubstrat mittels einer Transportanordnung entlang eines Transportpfades durch einen Beschichtungsbereich hindurch transportiert werden. Die Transportanordnung kann beispielsweise derart eingerichtet sein, dass das Bandsubstrat von Rolle-zu-Rolle (auch als R2R bezeichnet) prozessiert wird, wobei das Bandsubstrat von einem ersten Substrat-Wickel (Abwickel) abgewickelt wird, durch den Beschichtungsbereich hindurch transportiert wird, und nach dem Beschichten auf einen zweiten Substrat-Wickel (Aufwickel) wieder aufgewickelt wird (auch als Umwickeln bezeichnet). Dabei kann die Beschichtungsanlage eine Vakuumkammer aufweisen, so dass das Bandsubstrat im Vakuum beschichtet werden kann. Der Substrat-Wickel kann beispielsweise in die Vakuumkammer eingeschleust oder aus dieser ausgeschleust werden, so dass die Vakuumkammer zyklisch belüftet werden muss zum Austauschen des Bandsubstrats.
Beispielsweise kann eine Vakuumbeschichtungsanlage genutzt werden, um eine Schicht oder mehrere Schichten mittels einer chemischen und/oder physikalischen Gasphasenabscheidung auf einem Bandsubstrat abzuscheiden. Um ein großflächiges Abscheiden auf entsprechend großflächigen Bandsubstraten effizient zu realisieren, kann das Bandsubstrat mittels Führungswalzen (Führungsrollen) durch mehrere Beschichtungsbereiche hindurch umgewickelt werden, wobei während des Transports des Substrats durch die Anlage hindurch in jedem Beschichtungsbereich der Beschichtungsanlage ein Beschichtungsprozess durchgeführt werden kann, beispielsweise mit einer Substratbeschichtungseinrichtung, beispielsweise einer Sputtereinrichtung, beispielsweise einem Sputtermagnetron.
Es ist bekannt, dass insbesondere Folienband, beispielsweise Polyethylenterephthalat (PET) aufweisend oder daraus bestehend, beschränkt ist hinsichtlich der maximal ertragbaren Temperatur, welche zu einer irreversiblen Schädigung oder Zerstörung des Folienbandes führen kann. Bekannt ist ebenfalls, dass solche Temperaturen beim Prozessieren des Bandsubstrates auftreten können und vermieden werden müssen. Eine solche maximal ertragbare Temperatur kann beispielsweise die Schmelztemperatur (der Schmelzpunkt) sein, welche bei PET zwischen 250 °C und 260 °C liegen kann.
Ferner ist bekannt, dass der abgeführte Wärmestrom eine Funktion der Fläche (von der die Wärme abgeführt werden soll), der Temperaturdifferenz (zwischen dem Folienband und einer Wärmesenke) sowie dem Wärmeübergangskoeffizienten (zwischen dem Folienband und der Wärmesenke) ist.
Herkömmlicherweise wird ein flexibles Substrat in einer Beschichtungsanlagen über einen Rollengang auf eine Prozessierrolle (auch als Prozesswalze bezeichnet) geführt und durch unterschiedliche Prozesse in einem oder in mehreren Schritten auf der Prozessierrolle aufliegend beschichtet. Die vorab benannte wärmestromrelevante Fläche ist hierbei einerseits abhängig von der Breite der Folienbahn und andererseits von der Größe der Mantelfläche der Führungswalze, mit welcher die Folienbahn in Kontakt ist. Mithin ist die Fläche eine geometrisch vorgegebene anlagenspezifische Größe, welche während des Prozessierens nicht beeinflusst werden kann.
Herkömmlicherweise kann das Substrat während des Beschichtens über eine temperierbare Prozessierrolle geführt sein oder werden, welche die Temperatur des Substrats während des Beschichtens einstellt. Die temperierbare Prozessierrolle wird herkömmlicherweise mittels einer Flüssigkeit auf eine vorgegebene Temperatur gebracht und/oder gehalten, beispielsweise mittels einer Steuerung oder Regelung. Alternativ kann die temperierbare Prozessierrolle direkt oder indirekt elektrisch beheizt sein oder werden. Die hierbei minimal einstellbare Temperatur der Prozessierrolle ist nicht beliebig, sondern weist einen Minimalwert auf, welcher typischerweise vom Material der zu beschichtenden Folienbahn abhängig ist. Mithin ist die maximal zu erreichende Temperaturdifferenz zur Erhöhung des Wärmestroms begrenzt.
Bekannt ist ferner, dass der Wärmeübergangskoeffizient summarisch gebildet werden kann aus einem Kontaktanteil (Wärmeübergangskoeffizient zwischen Folienbahn und Prozessierrolle) und einem Anteil vermittelt durch das zwischen Prozessierrolle und Folienband eingeschlossenen Gases. Zur Erhöhung des Anteils des Wärmeübergangskoeffizienten, welcher durch das eingeschlossene Gas bestimmt wird, ist bekannt, die Folienrückseite Auszugasen (beispielsweise mittels Glimmen), um diese von Wassermolekülen zu befreien.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wurde erkannt, dass der Kontaktanteil des Wärmeübergangskoeffizienten und damit der von der Folienbahn abführbare Wärmestrom erhöht werden kann, indem das Folienband vor dem Inkontaktbringen mit der Prozessierrolle elastisch gedehnt wird und in diesem elastisch gedehnten Zustand in Kontakt mit einer Führungswalze gebracht wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wurde erkannt, dass das elastische Dehnen unmittelbar vor dem Inkontaktbringen des Folienbandes mit der Prozessierrolle erfolgen sollte. Auf diese Weise kann eine Schrumpfung zwischen Dehnung und Inkontaktbringen vermieden werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wurde erkannt, dass die Dehnung thermisch und/oder mechanisch erfolgen kann. Die thermische Dehnung kann beispielsweise mittels einer Heizeinrichtung erfolgen. Die mechanische Dehnung kann einerseits quer als auch parallel zum Transportpfad erfolgen.
Ferner wurde erkannt, dass thermische und/oder mechanische Dehnung so miteinander kombiniert werden können, dass eine Querkontraktion des Folienbandes durch eine Dehnung in eine erste Richtung, beispielsweise parallel zum Transportpfad, durch eine Dehnung in eine zweite Richtung, beispielsweise quer zum Transportpfad zumindest ausgeglichen (kompensiert) werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage Folgendes aufweisen: eine Vakuumkammer; eine Anordnung von Führungswalzen in der Vakuumkammer zur Führung eines Bandsubstrates entlang eines Transportpfades; wobei die Anordnung von Führungswalzen zwei achsparallel zueinander ausgerichtete drehbar gelagerte Führungswalzen aufweist, die entlang des Transportpfades unmittelbar hintereinander angeordnet sind; wobei eine erste Führungswalze der zwei Führungswalzen mittels einer Temperiereinrichtung aktiv temperierbar (beispielsweise kühlbar) ist und wobei eine zweite Führungswalze der zwei Führungswalzen mit einer Bremseinrichtung wirkverbunden ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Bremseinrichtung eine elastische Dehnung des Bandsubstrates parallel zum Transportpfad bewirken. Elastizität ist die Eigenschaft eines Körpers oder Werkstoffes, unter Krafteinwirkung seine Form zu verändern und bei Wegfall der einwirkenden Kraft in die Ursprungsform zurückzukehren. Bekannt sind das linear-elastische Verhalten, das durch das Hookesche Gesetz beschrieben wird, es tritt generell bei kleinen Deformationen auf, sowie das nicht-linear-elastische Verhalten, bei dem die Spannung nichtlinear von der Deformation abhängt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Mantelfläche zumindest einer der mehreren Führungswalzen, beispielsweise der zweiten Führungswalze, eine Beschichtung aufweisen, welche zum Bandsubstrat einen höheren Haftreibungskoeffizienten aufweist als die Mantelfläche zum Bandsubstrat.
Zumindest eine (beispielsweise 2 oder mehr oder jede) Führungswalze der mehreren Führungswalzen kann einen Durchmesser in einem Bereich von ungefähr 50 mm bis ungefähr 0,3 m aufweisen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 80 mm bis ungefähr 0,2 m. Die Länge einer Führungswalze kann sich an der Breite des Bandsubstrates quer zur Transportrichtung orientieren. Zumindest eine (beispielsweise 2 oder mehr oder jede) Führungswalze der mehreren Führungswalzen kann eine Länge in einem Bereich von ungefähr 0,3 m bis ungefähr 2,1 m, z.B. in einem Bereich von ungefähr 0,3 m bis ungefähr 0.65 m, z.B. in einem Bereich von ungefähr 1 m bis ungefähr 1.6 m.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Temperiereinrichtung eingerichtet sein, der ersten Führungswalze thermische Energie zu entziehen oder der ersten Führungswalze thermische Energie zuzuführen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die thermische Energie mittels eines Stoffstroms übertragen werden. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Temperiereinrichtung eine Kühleinrichtung und/oder eine Heizeinrichtung aufweist. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Kühleinrichtung und/oder die Heizeinrichtung außerhalb der Vakuumkammer (bei Umgebungsdruck) angeordnet sind. Mittels des Stoffstroms kann die erste Führungswalze mit der Kühleinrichtung und/oder der Heizeinrichtung thermisch gekoppelt sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Temperiereinrichtung mit einer Regelung oder Steuerung gekoppelt ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann als unmittelbar hintereinander angeordnet verstanden werden, dass die zweite Führungswalze in Transportrichtung gesehen die letzte Führungswalze vor der ersten Führungswalze ist. Anschaulich kann das Bandsubstrat als letztes die zweite Führungswalze berühren (kontaktieren) bevor es die temperierte erste Führungswalze berührt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die achsparallel Anordnung der drehbar gelagerten Führungswalzen anschaulich bedeuten, dass die Drehachsen der Führungswalzen im Wesentlichen parallel sind, d.h. das beispielsweise Winkelabweichungen von kleiner 1°, weiter beispielsweise kleiner 0,5°, weiter beispielsweise kleiner 0,1° zwischen den Drehachsen möglich sind.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vakuumkammer ein Kammergehäuse aufweisen, welches mittels eines Kammerdeckels vakuumdicht verschlossen sein oder werden kann. Ferner kann die Vakuumkammer mit einem Pumpensystem gekoppelt sein. Das Pumpensystem kann zumindest eine Grobvakuumpumpe und optional eine Hochvakuumpumpe aufweisen. Das Pumpensystem kann eingerichtet sein, der Vakuumkammer ein Gas (z.B. ein Prozessgas) zu entziehen, so dass innerhalb der Vakuumkammer ein Vakuum (d.h. ein Druck kleiner als 0,3 bar) und/oder ein Druck in einem Bereich von ungefähr 1 mbar bis ungefähr 10^-3 mbar (mit anderen Worten Feinvakuum) und/oder ein Druck in einem Bereich von ungefähr 10^-3 mbar bis ungefähr 10^-7 mbar (mit anderen Worten Hochvakuum) oder ein Druck von kleiner als Hochvakuum, z.B. kleiner als ungefähr 10^-7 mbar (mit anderen Worten Ultrahochvakuum) bereitgestellt sein oder werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann entlang des Transportpfades zwischen der zweiten Führungswalze und der ersten Führungswalze eine Heizeinrichtung zum Heizen des Bandsubstrates angeordnet sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Heizeinrichtung als Strahlungsheizer ausgebildet sein. Der Strahlungsheizer kann beispielsweise eine Heizwendel oder einen Mantelrohrheizer oder einen Infrarot-Quarzglas-Strahler aufweisen. Diese können mittels einer Gleichstromquelle mit elektrischer Energie versorgt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann der Strahlungsheizer einen Fluidheizer aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Fluidheizer kann eine Heizfluidleitung aufweisen. Die Heizfluidleitung kann einen Hohlraum aufweisen, durch welchen ein geheizter Flüssigkeitsstrom hindurch geführt, beispielsweise in einem geschlossenen System in den Fluidheizer hinein und aus dem Fluidheizer heraus, werden kann, z.B. ein Öl, z.B. ein Thermoöl, z.B. Terminöl, z.B. ein Wasser-Glycol-Gemisch.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Heizeinrichtung alternativ oder zusätzlich in der zweiten Führungswalze angeordnet sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Anordnung von Führungswalzen eine Breitstreckwalze aufweisen, wobei die Breitstreckwalze, die zweite Führungswalze und die erste Führungswalze entlang des Transportpfades unmittelbar hintereinander angeordnet sind.
Die Breitstreckwalze kann beispielsweise als konkave Führungswalze (mit linearer Drehachse) ausgebildet sein, so dass das Bandsubstrat quer zum Transportpfad elastisch gedehnt werden kann. Alternativ kann die Breitstreckwalze eine einfach gekrümmte Drehachse aufweisen, so dass die Breitstreckwalze die Form eines verbogenen Zylinders (anschaulich eine bananenähnlich Form) aufweist. Anschaulich kann hierdurch einem Wellen oder Verziehen des Bandsubstrates entgegengewirkt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zweite Führungswalze als Breitstreckwalze ausgebildet sein. Anschaulich kann das Bandsubstrat gleichzeitig quer und längs zum Transportpfad elastisch gedehnt werden, wodurch eine zusätzliche Breitstreckwalze entfallen kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage Folgendes aufweisen: eine Vakuumkammer; eine Anordnung von Führungswalzen in der Vakuumkammer zur Führung eines Bandsubstrates entlang eines Transportpfades; wobei die Anordnung von Führungswalzen drei achsparallel zueinander ausgerichtete Führungswalzen aufweist, die entlang des Transportpfades hintereinander angeordnet gelagert sind; wobei eine erste Führungswalze der drei Führungswalzen mittels einer Temperiereinrichtung aktiv temperierbar ist; eine zweite Führungswalze der drei Führungswalzen mit einer Bremseinrichtung wirkverbunden ist; und eine dritte Führungswalze der drei Führungswalzen mit einer Antriebseinrichtung wirkverbunden ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Antriebseinrichtung einen elektrischen Antrieb aufweisen. Beispielsweise kann der elektrische Antrieb außerhalb der Vakuumkammer angeordnet und mechanisch mit der dritten Führungswalze gekoppelt sein. Ferner kann die Antriebseinrichtung mit einer Regelung oder Steuerung gekoppelt sein.
Anschaulich kann das Bandsubstrat zwischen der zweiten Führungswalze und der dritten Führungswalze elastisch parallel zum Transportpfad gedehnt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann entlang des Transportpfades zwischen der zweiten Führungswalze und der dritten Führungswalze eine Heizeinrichtung zum Heizen des Bandsubstrates angeordnet ist.
Alternativ oder zusätzlich kann die Heizeinrichtung in der dritten Führungswalze angeordnet sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die dritte Führungswalze in Transportrichtung die letzte Walze ist mit der das Bandsubstrat in Kontakt gebracht ist oder wird, bevor das Bandsubstrat in Kontakt mit der ersten Führungswalze gebracht wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Anordnung von Führungswalzen eine antriebslose vierte Führungswalze und eine antriebslose fünfte Führungswalze aufweisen, wobei die vierte Führungswalze, die zweite Führungswalze, die dritte Führungswalze, die fünfte Führungswalze und die erste Führungswalze entlang des Transportpfades unmittelbar hintereinander angeordnet sind.
Beispielsweise kann die vierte Führungswalze und die fünfte Führungswalze eingerichtet sein, den Verlauf des Transportpfads derart anzupassen, dass die Umschlingungswinkel des Bandsubstrates über die Mantelfläche der zweiten Führungswalze und/oder der dritten Führungswalze groß genug ist, damit ein Schlupf zwischen Bandsubstrat und Mantelfläche vermieden werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, die fünfte Führungswalze mit einem kleinen lichten Abstand zur ersten Führungswalze anzuordnen. Der lichte Abstand kann beispielsweise kleiner als 5 cm, z.B. kleiner als 4 cm sein, z.B. kleiner als 2 cm sein. Anschaulich kann die fünfte Führungswalze nah an der ersten Führungswalze angeordnet werden, so dass die elastische Dehnung des Bandsubstrates erhalten bleibt, bis das Bandsubstrat in Kontakt mit der ersten Führungswalze gebracht wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Anordnung von Führungswalzen eine Breitstreckwalze aufweisen, wobei die Breitstreckwalze, die zweite Führungswalze, die dritte Führungswalze und die erste Führungswalze entlang des Transportpfades hintereinander angeordnet sind.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Breitstreckwalze im Transportpfad in der Transportrichtung vor der zweiten Führungswalze angeordnet sein oder werden. Alternativ kann die Breitstreckwalze in Transportrichtung hinter der dritten Führungswalze angeordnet sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Bremseinrichtung als Magnetbremse ausgebildet ist, beispielsweise als Magnetpulverbremse. Alternativ kann die Bremseinrichtung als Wirbelstrombremse ausgebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetbremse mit einer Stromversorgung elektrisch gekoppelt sein. Zusätzlich kann die Stromversorgung mit einer Regelung oder Steuerung gekoppelt sein oder werden. Anschaulich kann mittels der Magnetbremse der Betrag der elastischen Dehnung eingestellt werden. Hierzu kann die Magnetbremse ein Bremsmoment auf die zweite Führungswalze übertragen, welches dem Moment, welches aus der Reibung zwischen Bandsubstrat und Mantelfläche der zweiten Führungswalze entsteht, entgegengerichtet ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Führungswalze eine Prozesswalze sein und mindestens eine Substratbeschichtungseinrichtung so entlang der Peripherie der Prozesswalze angeordnet sein oder werden, dass die Substratbeschichtungseinrichtung in Richtung der Prozesswalze wirkt.
Die Substratbeschichtungseinrichtung kann in einen Beschichtungsbereich hineinwirken, durch welchen der Transportpfad verläuft, so dass das Bandsubstrat im Beschichtungsbereich beschichtet (prozessiert) werden kann. Entlang der Peripherie der Mantelfläche der Prozesswalze können mehrere Beschichtungsbereiche angeordnet sein oder werden. Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Bandsubstrat in verschiedenen Beschichtungsbereichen mit unterschiedlichen Materialien beschichtet wird. Ferner kann vorgesehen sein, dass Beschichtungsbereiche mittels Gastrennelementen voneinander gassepariert sind. Beispielsweise können Gastrennelemente so eingerichtet und angeordnet sein, dass sie zwischen zwei benachbarten Beschichtungsbereichen ein Strömungswiderstand gebildet ist oder wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Führungswalze mit einer Antriebseinrichtung wirkverbunden sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Antriebseinrichtung einen elektrischen Antrieb aufweisen. Beispielsweise kann der elektrische Antrieb außerhalb der Vakuumkammer angeordnet und mechanisch mit der ersten Führungswalze gekoppelt sein. Ferner kann die Antriebseinrichtung mit einer Regelung oder Steuerung gekoppelt sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Betreiben einer Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage, welche mindestens eine erste temperierbare, antreibbare Führungswalze aufweist, deren Mantelfläche einen gekrümmten Teil eines Transportpfades für ein Bandsubstrat definiert folgende Verfahrensschritte aufweisen: Umwickeln des Bandsubstrats entlang des Transportpfades; elastisches Dehnen des Bandsubstrates in Richtung des Transportpfades während des Umwickelns; und in Kontakt bringen des elastisch gedehnten Bandsubstrates mit der Mantelfläche der ersten Führungswalze während des Umwickelns.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elastische Dehnen in einem Bereich erfolgen, der parallel zum Transportpfad unmittelbar vor der ersten Führungswalze angeordnet ist. Anschaulich kann das Bandsubstrat elastisch gedehnt werden unmittelbar bevor es in Kontakt mit der ersten Führungswalze gebracht wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bandsubstrat vor dem in Kontakt bringen mit der Mantelfläche der ersten Führungswalze in eine Richtung quer zum Transportpfad mechanisch elastisch gedehnt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elastische Dehnen des Bandsubstrates in Richtung des Transportpfades mechanisch und/oder thermisch erfolgen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elastische Dehnen des Bandsubstrates in Richtung des Transportpfades mechanisch und thermisch erfolgen, wobei das thermisch elastische Dehnen eine von dem mechanisch elastischen Dehnen hervorgerufene Querkontraktion des Bandsubstrats mindestens kompensiert.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bandsubstrat während des Umwickelns prozessiert wird. Es kann vorgesehen sein, dass das Bandsubstrat während des Beschichtens (Prozessierens) durch Beschichtungsbereiche hindurch transportiert wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen

1 eine Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Schnittansicht;
2 eine Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Schnittansicht und
3 ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Begriff „gekoppelt“ oder „Kopplung“ im Sinne einer (z.B. mechanischen, hydrostatischen, thermischen und/oder elektrischen), z.B. direkten oder indirekten, Verbindung und/oder Wechselwirkung verstanden werden. Mehrere Elemente können beispielsweise entlang einer Wechselwirkungskette miteinander gekoppelt sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann „gekuppelt“ im Sinne einer mechanischen (z.B. körperlichen bzw. physikalischen) Kopplung verstanden werden, z.B. mittels eines direkten körperlichen Kontakts. Eine Kupplung kann eingerichtet sein, eine mechanische Wechselwirkung (z.B. Kraft, Drehmoment, etc.) zu übertragen.
Im Zusammenhang mit vakuumerzeugenden oder vakuumerhaltenden Vakuumkomponenten (z.B. einer Pumpe, einer Kammer, einer Leitung, einem Ventil, usw.) kann der Begriff „gekoppelt“ oder „Kopplung“ im Sinne einer Verbindung zu einem gemeinsamen Vakuumsystem verstanden werden. Die Komponenten des Vakuumsystems können eingerichtet sein, mittels der Kopplung untereinander ein Gas austauschen, wobei die Kopplung von einem Äußeren des Vakuumsystems gassepariert sein kann.
1 veranschaulicht Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Schnittansicht (z.B. mit Blickrichtung entlang einer Drehachsenrichtung 102d).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage 100 eine Vakuumkammer 101 aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vakuumkammer 101 ein Kammergehäuse aufweisen, welches mittels eines Kammerdeckels vakuumdicht verschlossen sein oder werden kann. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Kammerdeckel eine Öffnung des Kammergehäuses verschließen kann, welche normal zur Drehachsenrichtung 102d angeordnet ist. Ferner kann die Vakuumkammer 101 mit einem Pumpensystem 109 gekoppelt sein. Das Pumpensystem kann zumindest eine Grobvakuumpumpe und optional eine Hochvakuumpumpe aufweisen. Das Pumpensystem 109 kann eingerichtet sein, der Vakuumkammer 101 ein Gas (z.B. ein Prozessgas) zu entziehen, so dass innerhalb der Vakuumkammer 101 ein Vakuum (d.h. ein Druck kleiner als 0,3 bar) und/oder ein Druck in einem Bereich von ungefähr 1 mbar bis ungefähr 10^-3 mbar (mit anderen Worten Feinvakuum) und/oder ein Druck in einem Bereich von ungefähr 10^-3 mbar bis ungefähr 10^-7 mbar (mit anderen Worten Hochvakuum) oder ein Druck von kleiner als Hochvakuum, z.B. kleiner als ungefähr 10^-7 mbar (mit anderen Worten Ultrahochvakuum) bereitgestellt sein oder werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können in der Vakuumkammer 101 ein Abwickel 104 und ein Aufwickel 105 angeordnet sein oder werden. Der Abwickel 104 kann zum Vorhalten von zu prozessierenden (beispielsweise zu beschichtendem) Bandsubstrat 106 eingerichtet sein und kann bei geöffneter Vakuumkammer 101 in diese hinein als auch aus dieser heraus verbracht werden. Vom Abwickel 104 kann das Bandsubstrat 106 innerhalb der Vakuumkammer 101 entlang eines Transportpfades 113 zu einem Aufwickel 105 geführt sein oder werden. Auf dem Aufwickel 105 kann das prozessierte (beispielsweise beschichtete) Bandsubstrat 106 aufgewickelt sein oder werden. Der Aufwickel 105 kann eingerichtet sein bei geöffneter Vakuumkammer 101 in diese hinein als auch aus dieser heraus verbracht zu werden. Der Abwickel 104 und der Aufwickel 105 können jeweils eine nicht dargestellte Antriebeinrichtung aufweisen, mittels derer ein Drehmoment auf den Abwickel 104 und den Aufwickel 105 übertragen werden kann. Die nicht dargestellte Antriebseinrichtung kann mit einer Steuerung/Regelung 111 gekoppelt sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann in der Vakuumkammer 101 eine erste Führungswalze 102 angeordnet sein, welche um eine Drehachse 102d drehbar in der Vakuumkammer 101 gelagert sein kann. Die erste Führungswalze 102 kann mit einer Temperiereinrichtung 107 thermisch gekoppelt sein, wobei die Temperiereinrichtung 107 mit einer Steuerung/Regelung 111 gekoppelt sein kann. Mittels der Temperiereinrichtung 107 kann eine, beispielsweise zylindrische, Mantelfläche 102m der ersten Führungswalze 102 gekühlt und/oder geheizt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann hierzu thermische Energie mittels eines Stoffstroms übertragen werden. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Temperiereinrichtung 107 eine Kühleinrichtung und/oder eine Heizeinrichtung aufweist. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Kühleinrichtung und/oder die Heizeinrichtung außerhalb der Vakuumkammer 101 (bei Umgebungsdruck) angeordnet sind.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein die erste Führungswalze 102 mit einer Antriebseinrichtung 108 wirkverbunden ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Antriebseinrichtung 108 einen elektrischen Antrieb aufweisen. Beispielsweise kann der elektrische Antrieb außerhalb der Vakuumkammer 101 angeordnet und mechanisch mit der ersten Führungswalze gekoppelt sein. Ferner kann die Antriebseinrichtung 108 mit einer Regelung oder Steuerung gekoppelt sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass entlang der Mantelfläche 102m eine oder mehrere (beispielsweise 2 oder mehr, 3 oder mehr) Substratbeschichtungseinrichtungen 117 angeordnet sind. Es kann vorgesehen sein, dass Substratbeschichtungseinrichtungen 117 als Sputtereinrichtungen, beispielsweise Magnetronsputtereinrichtungen (auch als Magnetron bezeichnet), beispielsweise als Planarmagnetron oder als Rohrmagnetron (beispielsweise als Einzelrohrmagentron oder Doppelrohrmagnetron) ausgebildet sind. Ferner kann vorgesehen sein, dass Substratbeschichtungseinrichtungen 117 als CVD-Quellen, beispielsweise PECVD-Quellen (plasma enhanced PVD) ausgebildet sind. Die Substratbeschichtungseinrichtungen 117 können eine Beschichtungswirkung in einem Beschichtungsbereich aufweisen, wobei der Beschichtungsbereich in Richtung der (hin zu der) Mantelfläche 102m der ersten Führungswalze 102 zeigt (gerichtet ist).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Transportpfad 113 abschnittsweise entlang der Mantelfläche 102m geführt sein oder werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Transportpfad 113 durch die Beschichtungsbereiche hindurch verläuft, so dass das Bandsubstrat 106 in den Beschichtungsbereichen mittels der Substratbeschichtungseinrichtungen 117 beschichtet werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bandsubstrat 106 zum Prozessieren (beispielsweise zum Beschichten) entlang des Transportpfades 113 vom Abwickel 104 durch die Beschichtungsbereiche zum Aufwickel 105 umgewickelt 118 werden. Alternativ kann das Bandsubstrat 106, beispielsweise nach einem ersten Umwickeln 118 vom Abwickel 104 zum Aufwickel 105 in entgegengesetzter Richtung umgewickelt 118 werden, um beispielsweise weitere Schichten auf dem Bandsubstrat 106 abzuscheiden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Transportpfad 113 in der Vakuumkammer 101 über weitere Führungswalzen geführt sein oder werden. Beispielsweise kann das Bandsubstrat 106 an den weiteren Führungswalzen umgelenkt werden. Entlang des Transportpfades 113 können weitere nicht dargestellte Prozessiereinrichtungen angeordnet sein. Mittels der weiteren Prozessiereinrichtungen kann das Bandsubstrat 106 beispielsweise vorbehandelt (zeitlich und örtlich vor den Beschichtungsbereichen in Transportrichtung) oder nachbehandelt werden (zeitlich und örtlich nach den Beschichtungsbereichen in Transportrichtung). Eine Vorbehandlung kann beispielsweise ein Glimmen mittels einer Glimmeinrichtung sein. Eine Nachbehandlung kann beispielsweise eine Reinigung mittels einer Reinigungseinrichtung sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, in Transportrichtung unmittelbar vor der temperierten ersten Führungswalze 102 eine zweite Führungswalze 103 anzuordnen. Die zweite Führungswalze 103 kann in der Vakuumkammer 101 drehbar gelagert angeordnet sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann als unmittelbar hintereinander angeordnet verstanden werden, dass die zweite Führungswalze 103 in Transportrichtung gesehen die letzte Führungswalze vor der ersten Führungswalze 102 ist. Anschaulich kann das Bandsubstrat als letztes die zweite Führungswalze 103 berühren (kontaktieren) bevor es die temperierte erste Führungswalze 102 berührt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die zweite Führungswalze 103 mit einer Bremseinrichtung 114 wirkverbunden ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Bremseinrichtung 114 als Magnetbremse ausgebildet ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetbremse mit einer Stromversorgung elektrisch gekoppelt sein. Zusätzlich kann die Stromversorgung mit einer Regelung/Steuerung 111 gekoppelt sein oder werden. Anschaulich kann mittels der Magnetbremse der Betrag der elastischen Dehnung eingestellt werden. Hierzu kann die Magnetbremse ein Bremsmoment auf die zweite Führungswalze 103 übertragen, welches dem Moment, welches aus der Reibung zwischen Bandsubstrat 106 und Mantelfläche der zweiten Führungswalze 103 entsteht, entgegengerichtet ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Bremseinrichtung 114 eine elastische Dehnung des Bandsubstrates 106 parallel zum Transportpfad 113 in einem Dehnungsbereich 112 bewirken.
Elastizität ist die Eigenschaft eines Körpers oder Werkstoffes, unter Krafteinwirkung seine Form zu verändern und bei Wegfall der einwirkenden Kraft in die Ursprungsform zurückzukehren. Bekannt sind das linear-elastische Verhalten, das durch das Hookesche Gesetz beschrieben wird, es tritt generell bei kleinen Deformationen auf, sowie das nicht-linear-elastische Verhalten, bei dem die Spannung nichtlinear von der Deformation abhängt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elastisch gedehnte Bandsubstrat 106 mit der Mantelfläche 102m der ersten Führungswalze 102 während des Umwickelns 118 in Kontakt gebracht werden. Anschaulich kann hierdurch der Kontaktanteil des Wärmeübergangskoeffizienten (Wärmeübergangskoeffizient zwischen Bandsubstrat 106 und erster Führungswalze 102) erhöht werden. Anschaulich kann hierdurch eine Schrumpfung zwischen Dehnung und Inkontaktbringen vermieden werden.
Anschaulich wurde erkannt, dass der Dehnungsbereich 112 in Transportrichtung unmittelbar vor der ersten Führungswalze 102 angeordnet sein kann. Als unmittelbar kann verstanden werden, dass die Dehnung des Bandsubstrates 106 bis zum Inkontaktbringen des Bandsubstrates 106 mit der ersten temperierten Führungswalze 102 erhalten bleibt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Mantelfläche zumindest einer der mehreren Führungswalzen 102; 103, beispielsweise der zweiten Führungswalze 103, eine Beschichtung aufweisen, welche zum Bandsubstrat 106 einen höheren Haftreibungskoeffizienten aufweist als die Mantelfläche der zweiten Führungswalze 102 zum Bandsubstrat 106.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann entlang des Transportpfades 113 zwischen der zweiten Führungswalze 103 und der ersten Führungswalze 101 eine Heizeinrichtung 115 angeordnet sein oder werden. Beispielsweise kann die Heizeinrichtung 115 im Dehnungsbereich 112 angeordnet sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Heizeinrichtung 115 als Strahlungsheizer ausgebildet sein. Der Strahlungsheizer kann beispielsweise eine Heizwendel oder einen Mantelrohrheizer oder einen Infrarot-Quarzglas-Strahler aufweisen. Diese können mittels einer Gleichstromquelle mit elektrischer Energie versorgt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann der Strahlungsheizer 115 einen Fluidheizer aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Fluidheizer kann eine Heizfluidleitung aufweisen. Die Heizfluidleitung kann einen Hohlraum aufweisen, durch welchen ein geheizter Flüssigkeitsstrom hindurch geführt beispielsweise in einem geschlossenen System in den Fluidheizer hinein und aus dem Fluidheizer heraus werden kann, z.B. ein Öl, z.B. ein Thermoöl, z.B. Terminöl, z.B. ein Wasser-Glycol-Gemisch.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Heizeinrichtung 115 alternativ oder zusätzlich in der zweiten Führungswalze 103 angeordnet sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Anordnung von Führungswalzen zusätzlich eine Breitstreckwalze 116 aufweisen, wobei die Breitstreckwalze 116, die zweite Führungswalze 103 und die erste Führungswalze 102 entlang des Transportpfades 113 unmittelbar hintereinander angeordnet sind. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bandsubstrat 106 vor dem in Kontakt bringen mit der Mantelfläche 102m der ersten Führungswalze 102 in eine Richtung quer zum Transportpfad 113 mechanisch elastisch gedehnt werden.
Alternativ kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen vorgesehen sein, die Breitstreckwalze 116 im Dehnungsbereich 112 anzuordnen. Wobei der Dehnungsbereich 112 in Transportrichtung unmittelbar vor der ersten temperierten Führungswalze 102 angeordnet ist.
Die Breitstreckwalze 116 kann beispielsweise als konkave Führungswalze (mit linearer Drehachse) ausgebildet sein, so dass das Bandsubstrat 106 quer zum Transportpfad 113 elastisch gedehnt werden kann. Alternativ kann die Breitstreckwalze 116 eine einfach gekrümmte Drehachse aufweisen, so dass die Breitstreckwalze 116 die Form eines verbogenen Zylinders (anschaulich eine bananenähnlich Form) aufweist. Anschaulich kann hierdurch einem Wellen oder Verziehen des Bandsubstrates 106 entgegengewirkt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zweite Führungswalze 103 als Breitstreckwalze ausgebildet sein. Anschaulich kann das Bandsubstrat 106 gleichzeitig quer und längs zum Transportpfad 113 elastisch gedehnt werden, wodurch eine zusätzliche Breitstreckwalze 106 entfallen kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elastische Dehnen des Bandsubstrates 106 in Richtung des Transportpfades 113 oder in eine Richtung quer zum Transportpfad 113 mechanisch und/oder thermisch erfolgen.
2 veranschaulicht Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Schnittansicht (z.B. mit Blickrichtung entlang einer Drehachsenrichtung 102d).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage 200 eine Vakuumkammer 101 aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vakuumkammer 101 ein Kammergehäuse aufweisen, welches mittels eines Kammerdeckels vakuumdicht verschlossen sein oder werden kann. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Kammerdeckel eine Öffnung des Kammergehäuses verschließen kann, welche normal zur Drehachsenrichtung 102d angeordnet ist. Ferner kann die Vakuumkammer 101 mit einem Pumpensystem 109 gekoppelt sein. Das Pumpensystem kann zumindest eine Grobvakuumpumpe und optional eine Hochvakuumpumpe aufweisen. Das Pumpensystem 109 kann eingerichtet sein, der Vakuumkammer 101 ein Gas (z.B. ein Prozessgas) zu entziehen, so dass innerhalb der Vakuumkammer 101 ein Vakuum (d.h. ein Druck kleiner als 0,3 bar) und/oder ein Druck in einem Bereich von ungefähr 1 mbar bis ungefähr 10^-3 mbar (mit anderen Worten Feinvakuum) und/oder ein Druck in einem Bereich von ungefähr 10^-3 mbar bis ungefähr 10^-7 mbar (mit anderen Worten Hochvakuum) oder ein Druck von kleiner als Hochvakuum, z.B. kleiner als ungefähr 10^-7 mbar (mit anderen Worten Ultrahochvakuum) bereitgestellt sein oder werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können in der Vakuumkammer 101 ein Abwickel 104 und ein Aufwickel 105 angeordnet sein oder werden. Der Abwickel 104 kann zum Vorhalten von zu prozessierenden (beispielsweise zu beschichtendem) Bandsubstrat 106 eingerichtet sein und kann bei geöffneter Vakuumkammer 101 in diese hinein als auch aus dieser heraus verbracht werden. Vom Abwickel 104 kann das Bandsubstrat 106 innerhalb der Vakuumkammer 101 entlang eines Transportpfades 113 zu einem Aufwickel 105 geführt sein oder werden. Auf dem Aufwickel 105 kann das prozessierte (beispielsweise beschichtete) Bandsubstrat 106 aufgewickelt sein oder werden. Der Aufwickel 105 kann eingerichtet sein bei geöffneter Vakuumkammer 101 in diese hinein als auch aus dieser heraus verbracht zu werden. Der Abwickel 104 und der Aufwickel 105 können jeweils eine nicht dargestellte Antriebeinrichtung aufweisen, mittels derer ein Drehmoment auf den Abwickel 104 und den Aufwickel 105 übertragen werden kann. Die nicht dargestellte Antriebseinrichtung kann mit einer Steuerung/Regelung 111 gekoppelt sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann in der Vakuumkammer 101 eine erste Führungswalze 102 angeordnet sein, welche um eine Drehachse 102d drehbar in der Vakuumkammer 101 gelagert sein kann. Die erste Führungswalze 102 kann mit einer Temperiereinrichtung 107 thermisch gekoppelt sein, wobei die Temperiereinrichtung 107 mit einer Steuerung/Regelung 111 gekoppelt sein kann. Mittels der Temperiereinrichtung 107 kann eine, beispielsweise zylindrische, Mantelfläche 102m der ersten Führungswalze 102 gekühlt und/oder geheizt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann thermische Energie mittels eines Stoffstroms übertragen werden. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Temperiereinrichtung 107 eine Kühleinrichtung und/oder eine Heizeinrichtung aufweist. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Kühleinrichtung und/oder die Heizeinrichtung außerhalb der Vakuumkammer 101 (bei Umgebungsdruck) angeordnet sind.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein die erste Führungswalze 102 mit einer Antriebseinrichtung 108 wirkverbunden ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Antriebseinrichtung 108 einen elektrischen Antrieb aufweisen. Beispielsweise kann der elektrische Antrieb außerhalb der Vakuumkammer 101 angeordnet und mechanisch mit der ersten Führungswalze gekoppelt sein. Ferner kann die Antriebseinrichtung 108 mit einer Regelung oder Steuerung gekoppelt sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass entlang der Mantelfläche 102m eine oder mehrere (beispielsweise 2 oder mehr, 3 oder mehr) Substratbeschichtungseinrichtungen 117 angeordnet sind. Es kann vorgesehen sein, dass Substratbeschichtungseinrichtungen 117 als Sputtereinrichtungen, beispielsweise Magnetronsputtereinrichtungen (auch als Magnetron bezeichnet), beispielsweise als Planarmagnetron oder als Rohrmagnetron (beispielsweise als Einzelrohrmagentron oder Doppelrohrmagnetron) ausgebildet sind. Ferner kann vorgesehen sein, dass Substratbeschichtungseinrichtungen 117 als CVD-Quellen, beispielsweise PECVD-Quellen (plasma enhanced PVD) ausgebildet sind. Die Substratbeschichtungseinrichtungen 117 können eine Beschichtungswirkung in einem Beschichtungsbereich aufweisen, wobei der Beschichtungsbereich in Richtung der (hin zu der) Mantelfläche 102m der ersten Führungswalze 102 zeigt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Transportpfad 113 abschnittsweise entlang der Mantelfläche 102m geführt sein oder werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Transportpfad 113 durch die Beschichtungsbereiche hindurch verläuft, so dass das Bandsubstrat 106 in den Beschichtungsbereichen mittels der Substratbeschichtungseinrichtungen 117 beschichtet werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bandsubstrat 106 zum Prozessieren (beispielsweise zum Beschichten) entlang des Transportpfades 113 vom Abwickel 104 durch die Beschichtungsbereiche zum Aufwickel 105 umgewickelt 118 werden. Alternativ kann das Bandsubstrat 106, beispielsweise nach einem ersten Umwickeln 118 vom Abwickel 104 zum Aufwickel 105 in entgegengesetzter Richtung umgewickelt 118 werden, um beispielsweise weitere Schichten auf dem Bandsubstrat 106 abzuscheiden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Transportpfad 113 in der Vakuumkammer 101 über weitere Führungswalzen geführt sein oder werden. Beispielsweise kann das Bandsubstrat 106 an den weiteren Führungswalzen umgelenkt werden. Entlang des Transportpfades 113 können weitere nicht dargestellte Prozessiereinrichtungen angeordnet sein. Mittels der weiteren Prozessiereinrichtungen kann das Bandsubstrat 106 beispielsweise vorbehandelt (zeitlich und örtlich vor den Beschichtungsbereichen in Transportrichtung) oder nachbehandelt werden (zeitlich und örtlich nach den Beschichtungsbereichen in Transportrichtung). Eine Vorbehandlung kann beispielsweise ein Glimmen mittels einer Glimmeinrichtung sein. Eine Nachbehandlung kann beispielsweise eine Reinigung mittels einer Reinigungseinrichtung sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, in Transportrichtung vor der temperierten ersten Führungswalze 102 eine zweite Führungswalze 103 anzuordnen. Die zweite Führungswalze 103 kann in der Vakuumkammer 101 drehbar gelagert angeordnet sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die zweite Führungswalze 103 mit einer Bremseinrichtung 114 wirkverbunden ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Bremseinrichtung 114 als Magnetbremse, beispielsweise als Magnetpulverbremse ausgebildet ist. Alternativ kann die Bremseinrichtung als Wirbelstrombremse ausgebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetbremse mit einer Stromversorgung elektrisch gekoppelt sein. Zusätzlich kann die Stromversorgung mit einer Regelung/Steuerung 111 gekoppelt sein oder werden. Anschaulich kann mittels der Magnetbremse der Betrag der elastischen Dehnung eingestellt werden. Hierzu kann die Magnetbremse ein Bremsmoment auf die zweite Führungswalze 103 übertragen, welches dem Moment, welches aus der Reibung zwischen Bandsubstrat 106 und Mantelfläche der zweiten Führungswalze 103 entsteht, entgegengerichtet ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, in Transportrichtung vor der temperierten ersten Führungswalze 102 und nach der zweiten Führungswalze 103 eine dritte Führungswalze 119 anzuordnen. Die dritte Führungswalze 119 kann in der Vakuumkammer 101 drehbar gelagert angeordnet sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die dritte Führungswalze 119 mit einer Antriebseinrichtung 120 wirkverbunden ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Antriebseinrichtung 120 einen elektrischen Antrieb aufweisen. Beispielsweise kann der elektrische Antrieb außerhalb der Vakuumkammer 101 angeordnet und mechanisch mit der dritten Führungswalze 119 gekoppelt sein. Ferner kann die Antriebseinrichtung 120 mit einer Regelung/Steuerung 111 gekoppelt sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Bremseinrichtung 114 im Zusammenwirken mit der Antriebseinrichtung 120 eine elastische Dehnung des Bandsubstrates 106 parallel zum Transportpfad 113 in einem Dehnungsbereich 112 bewirken. Das Zusammenwirken kann dabei aufweisen, dass das Drehmoment und/oder die Drehzahl der zweiten Führungswalze 103 und/oder der dritten Führungswalze 119 mittels einer Regelung/Steuerung 111 so aufeinander abgestimmt werden, dass das Bandsubstrat 106 im Dehnungsbereich 112 elastisch gedehnt ist oder wird. Elastizität ist die Eigenschaft eines Körpers oder Werkstoffes, unter Krafteinwirkung seine Form zu verändern und bei Wegfall der einwirkenden Kraft in die Ursprungsform zurückzukehren. Bekannt sind das linear-elastische Verhalten, das durch das Hookesche Gesetz beschrieben wird, es tritt generell bei kleinen Deformationen auf, sowie das nicht-linear-elastische Verhalten, bei dem die Spannung nichtlinear von der Deformation abhängt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elastisch gedehnte Bandsubstrat 106 mit der Mantelfläche 102m der ersten Führungswalze 102 während des Umwickelns 118 in Kontakt gebracht werden. Anschaulich kann hierdurch der Kontaktanteil des Wärmeübergangskoeffizienten (Wärmeübergangskoeffizient zwischen Bandsubstrat 106 und erster Führungswalze 102) erhöht werden. Anschaulich kann hierdurch eine Schrumpfung zwischen Dehnung und Inkontaktbringen vermieden werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Mantelfläche zumindest einer der mehreren Führungswalzen 102; 103; 119, beispielsweise der zweiten Führungswalze 103 und/oder der dritten Führungswalze 119, eine Beschichtung aufweisen, welche zum Bandsubstrat 106 einen höheren Haftreibungskoeffizienten aufweist als die Mantelfläche der zweiten Führungswalze 102 und/oder dritten Führungswalze 119 zum Bandsubstrat 106.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann entlang des Transportpfades 113 zwischen der zweiten Führungswalze 103 und der dritten Führungswalze 119 eine Heizeinrichtung 115 angeordnet sein oder werden. Beispielsweise kann die Heizeinrichtung 115 im Dehnungsbereich 112 angeordnet sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Heizeinrichtung 115 als Strahlungsheizer ausgebildet sein. Der Strahlungsheizer kann beispielsweise eine Heizwendel oder einen Mantelrohrheizer aufweisen. Diese können mittels einer Gleichstromquelle mit elektrischer Energie versorgt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann der Strahlungsheizer 115 einen Fluidheizer aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Fluidheizer kann eine Heizfluidleitung aufweisen. Die Heizfluidleitung kann einen Hohlraum aufweisen, durch welchen ein geheizter Flüssigkeitsstrom hindurch geführt werden kann, z.B. ein Öl z.B. ein Thermoöl, z.B. Terminöl, z.B. ein Wasser-Glycol-Gemisch.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Heizeinrichtung 115 alternativ oder zusätzlich in der zweiten Führungswalze 103 und/oder dritten Führungswalze 119 angeordnet sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Anordnung von Führungswalzen zusätzlich eine Breitstreckwalze 116 aufweisen, wobei die Breitstreckwalze 116, die zweite Führungswalze 103, die dritte Führungswalze 119 und die erste Führungswalze 102 entlang des Transportpfades 113 hintereinander angeordnet sind. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bandsubstrat 106 vor dem in Kontakt bringen mit der Mantelfläche 102m der ersten Führungswalze 102 in eine Richtung quer zum Transportpfad 113 mechanisch elastisch gedehnt werden.
Alternativ kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen vorgesehen sein, die Breitstreckwalze 116 im Dehnungsbereich 112 anzuordnen. Wobei der Dehnungsbereich 112 in Transportrichtung vor der ersten temperierten Führungswalze 102 angeordnet ist.
Die Breitstreckwalze 116 kann beispielsweise als konkave Führungswalze (mit linearer Drehachse) ausgebildet sein, so dass das Bandsubstrat 106 quer zum Transportpfad 113 elastisch gedehnt werden kann. Alternativ kann die Breitstreckwalze 116 eine einfach gekrümmte Drehachse aufweisen, so dass die Breitstreckwalze 116 die Form eines verbogenen Zylinders (anschaulich eine bananenähnlich Form) aufweist. Anschaulich kann hierdurch einem Wellen oder Verziehen des Bandsubstrates 106 entgegengewirkt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die zweite Führungswalze 103 und/oder die dritte Führungswalze 119 als Breitstreckwalze ausgebildet sein. Anschaulich kann das Bandsubstrat 106 gleichzeitig quer und längs zum Transportpfad 113 elastisch gedehnt werden, wodurch eine zusätzliche Breitstreckwalze 106 entfallen kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elastische Dehnen des Bandsubstrates 106 in Richtung des Transportpfades 113 oder in eine Richtung quer zum Transportpfad 113 mechanisch und/oder thermisch erfolgen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können jeweils zusätzlich eine vierte Führungswalze 121 oder fünfte Führungswalze 122 drehbar gelagert in der Vakuumkammer 101 angeordnet sein oder werden.
Beispielsweise kann die vierte Führungswalze 121 in Transportrichtung vor der zweiten Führungswalze 103 angeordnet sein oder werden. Beispielsweise kann die fünfte Führungswalze 122 in Transportrichtung nach der dritten Führungswalze 119 angeordnet sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können mittels der vierten Führungswalze 121 und/oder der fünften Führungswalze durch entsprechende relative Positionierung relativ zur zweiten Führungswalze 103 bzw. zur dritten Führungswalze 119 Umschlingungswinkel um die zweite Führungswalze 103 bzw. dritte Führungswalze 119 eingerichtet (eingestellt) sein oder werden. Diese Einrichtung kann erforderlich sein, um den Transportpfad 113 in die Vakuumkammer einzupassen. Die Umschlingungswinkel können beispielsweise so eingerichtet sein, eine Haftreibung zwischen zweiter Führungswalze 103 bzw. dritter Führungswalze 119 und dem Bandsubstrat 106 bereitzustellen.
Alternativ oder zusätzlich können die vierte Führungswalze 121 und/oder die fünfte Führungswalze 122 als Breitstreckwalze ausgebildet sein oder werden.
3 veranschaulicht ein Verfahren 300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram.
Das Verfahren 300 kann in 301 aufweisen: Bereitstellen mindestens einer erste temperierbaren, antreibbaren Führungswalze, deren Mantelfläche einen gekrümmten Teil eines Transportpfades für ein Bandsubstrat definiert.
Das Verfahren 300 kann in 303 ferner aufweisen: Umwickeln des Bandsubstrats entlang des Transportpfades.
Das Verfahren 300 kann in 305 ferner aufweisen: elastisches Dehnen des Bandsubstrates in Richtung des Transportpfades während des Umwickelns.
Das Verfahren 300 kann in 307 ferner aufweisen: in Kontakt bringen des elastisch gedehnten Bandsubstrates mit der Mantelfläche der ersten Führungswalze während des Umwickelns.

Claims

Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage (100), aufweisend: • eine Vakuumkammer (101); • eine Anordnung von Führungswalzen (102, 103) in der Vakuumkammer (101) zur Führung eines Bandsubstrates (106) entlang eines Transportpfades (113); wobei • die Anordnung von Führungswalzen (102, 103) zwei achsparallel zueinander ausgerichtete drehbar gelagerte Führungswalzen (102, 103) aufweist, die entlang des Transportpfades (113) unmittelbar hintereinander angeordnet sind; wobei • eine erste Führungswalze (102) der zwei Führungswalzen (102, 103) mittels einer Temperiereinrichtung (107) aktiv temperierbar ist und wobei • eine zweite Führungswalze (103) der zwei Führungswalzen (102, 103) mit einer Bremseinrichtung (114) wirkverbunden ist.
Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage (100) gemäß Anspruch 1, wobei entlang des Transportpfades (113) zwischen der zweiten Führungswalze (103) und der ersten Führungswalze eine Heizeinrichtung (115) zum Heizen des Bandsubstrates (106) angeordnet ist.
Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage (100) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Anordnung von Führungswalzen (102, 103, 116) eine Breitstreckwalze (116) aufweist und wobei die Breitstreckwalze (116), die zweite Führungswalze (103) und die erste Führungswalze (102) entlang des Transportpfades (113) unmittelbar hintereinander angeordnet sind.
Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage (100) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die zweite Führungswalze (103) als Breitstreckwalze ausgebildet ist.
Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage (200), aufweisend: • eine Vakuumkammer (101); • eine Anordnung von Führungswalzen (102, 103, 119) in der Vakuumkammer (101) zur Führung eines Bandsubstrates (106) entlang eines Transportpfades (113); wobei • die Anordnung von Führungswalzen (102, 103, 119) drei achsparallel zueinander ausgerichtete Führungswalzen (102, 103, 119) aufweist, die entlang des Transportpfades (113) hintereinander angeordnet gelagert sind; wobei • eine erste Führungswalze (102) der drei Führungswalzen (102, 103, 119) mittels einer Temperiereinrichtung (107) aktiv temperierbar ist; • eine zweite Führungswalze (103) der drei Führungswalzen (102, 103, 119) mit einer Bremseinrichtung (114) wirkverbunden ist; und • eine dritte Führungswalze (119) der drei Führungswalzen mit einer Antriebseinrichtung (120) wirkverbunden ist.
Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage (200) gemäß Anspruch 5, wobei entlang des Transportpfades (113) zwischen der zweiten Führungswalze (103) und der dritten Führungswalze (119) eine Heizeinrichtung (115) zum Heizen des Bandsubstrates (106) angeordnet ist.
Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage (200) gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Anordnung von Führungswalzen (102, 103, 119) eine antriebslose vierte Führungswalze (121) und eine antriebslose fünfte Führungswalze (122) aufweist und wobei die vierte Führungswalze (121), die zweite Führungswalze (103), die dritte Führungswalze (119), die fünfte Führungswalze (122) und die erste Führungswalze (102) entlang des Transportpfades (113) unmittelbar hintereinander angeordnet sind.
Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage (200) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Anordnung von Führungswalzen (102, 103, 119) eine Breitstreckwalze (116) aufweist und wobei die Breitstreckwalze (116), die zweite Führungswalze (103), die dritte Führungswalze (119) und die erste Führungswalze (102) entlang des Transportpfades (113) hintereinander angeordnet sind.
Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage (100, 200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Bremseinrichtung (114) als Magnetbremse ausgebildet ist.
Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage (100, 200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste Führungswalze (102) eine Prozesswalze (102) ist und mindestens eine Substratbeschichtungseinrichtung (117) so entlang der Peripherie der Prozesswalze angeordnet ist, dass die Substratbeschichtungseinrichtung (117) in Richtung der Prozesswalze (102) wirkt.
Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage (100,200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die erste Führungswalze (102) mit einer Antriebseinrichtung (108) wirkverbunden ist.
Verfahren zum Betreiben einer Bandsubstrat-Vakuumbeschichtungsanlage (100, 200), welche mindestens eine erste temperierbare, antreibbare Führungswalze (102) aufweist, deren Mantelfläche (102m) einen gekrümmten Teil eines Transportpfades (113) für ein Bandsubstrat (106) definiert das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweisend: • Umwickeln (118) des Bandsubstrats (106) entlang des Transportpfades (113); • elastisches Dehnen (112) des Bandsubstrates in Richtung des Transportpfades (113) während des Umwickelns (118); und • in Kontakt bringen des elastisch gedehnten Bandsubstrates (106) mit der Mantelfläche (102m) der ersten Führungswalze (102) während des Umwickelns (118).
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Bandsubstrat (106) vor dem in Kontakt bringen mit der Mantelfläche (102m) der ersten Führungswalze (102) in eine Richtung quer zum Transportpfad (113) mechanisch elastisch gedehnt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei das elastische Dehnen des Bandsubstrates (106) in Richtung des Transportpfades (113) mechanisch und/oder thermisch erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei das elastische Dehnen des Bandsubstrates (106) in Richtung des Transportpfades (113) mechanisch und thermisch erfolgt und wobei das thermisch elastische Dehnen eine von dem mechanisch elastischen Dehnen hervorgerufene Querkontraktion des Bandsubstrats (106) mindestens kompensiert.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das Bandsubstrat (106) während des Umwickelns (118) prozessiert wird.