DE10229529A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Werkstücken - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Werkstücken

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DE10229529A1
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Michael Litzenberg
Frank Lewin
Hartwig Mueller
Klaus Vogel
Gregor Arnold
Stephan Behle
Andreas Luettringhaus-Henkel
Matthias Bicker
Juergen Klein
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SIG Technology AG
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Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Behandlung von Werkstücken. Es wird mindestens ein Werkstück in eine Behandlungsstation eingesetzt und innerhalb der Behandlungsstation von einem Halteelement positioniert. Die Behandlungsstation wird entlang eines umlaufenden Transportweges positioniert. Entlang des Transportweges wird die Behandlungsstation an mindestens einer Versorgungspositionierung relativ zur Transportrichtung stillstehend von einer stationären Versorgungseinrichtung mit mindestens einem Betriebsmittel versorgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Werkstücken, bei dem mindestens ein Werkstück in eine Behandlungsstation eingesetzt und innerhalb der Behandlungsstation von einem Halteelement positioniert wird sowie bei dem die Behandlungsstation entlang eines umlaufenden Transportweges positioniert wird.
  • Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Behandlung von Werkstücken, die mindestens eine Kammer zur Aufnahme mindestens eines Werkstückes aufweist und bei der die Kammer im Bereich einer Behandlungsstation angeordnet ist, sowie bei der die Behandlungsstation von einem Transportelement entlang eines umlaufenden Transportweges positionierbar angeordnet ist.
  • Derartige Verfahren und Vorrichtungen werden beispielsweise eingesetzt, um Kunststoffe mit Oberflächenbeschichtungen zu versehen. Insbesondere sind auch bereits derartige Verfahren und Vorrichtungen bekannt, um innere oder äußere Oberflächen von Behältern zu beschichten, die zur Verpackung von Flüssigkeiten vorgesehen sind. Darüber hinaus sind Einrichtungen zur Plasmasterilisation bekannt.
  • In der PCT-WO 95/22413 wird eine Plasmakammer zur Innenbeschichtung von Flaschen aus PET beschrieben. Die zu beschichtenden Flaschen werden durch einen beweglichen Boden in eine Plasmakammer hineingehoben und im Bereich einer Flaschenmündung mit einem Adapter in Verbindung gebracht. Durch den Adapter hindurch kann eine Evakuierung des Flascheninnenraumes erfolgen. Darüber hinaus wird durch den Adapter hindurch eine hohle Lanze in den Innenraum der Flaschen eingeführt, um Prozeßgas zuzuführen. Eine Zündung des Plasmas erfolgt unter Verwendung einer Mikrowelle.
  • Aus dieser Veröffentlichung ist es auch bereits bekannt, eine Mehrzahl von Plasmakammern auf einem rotierenden Rad anzuordnen. Hierdurch wird eine hohe Produktionsrate von Flaschen je Zeiteinheit unterstützt.
  • In der EP-OS 10 10 773 wird eine Zuführeinrichtung erläutert, um einen Flascheninnenraum zu evakuieren und mit Prozeßgas zu versorgen. In der PCT-WO 01/31680 wird eine Plasmakammer beschrieben, in die die Flaschen von einem beweglichen Deckel eingeführt werden, der zuvor mit einem Mündungsbereich der Flaschen verbunden wurde.
  • Die PCT-WO 00/58631 zeigt ebenfalls bereits die Anordnung von Plasmastationen auf einem rotierenden Rad und beschreibt für eine derartige Anordnung eine gruppenweise Zuordnung von Unterdruckpumpen und Plasmastationen, um eine günstige Evakuierung der Kammern sowie der Innenräume der Flaschen zu unterstützen. Darüber hinaus wird die Beschichtung von mehreren Behältern in einer gemeinsamen Plasmastation bzw. einer gemeinsamen Kavität erwähnt.
  • Eine weitere Anordnung zur Durchführung einer Innenbeschichtung von Flaschen wird in der PCT-WO 99/17334 beschrieben. Es wird hier insbesondere eine Anordnung eines Mikrowellengenerators oberhalb der Plasmakammer sowie eine Vakuum- und Betriebsmittelzuleitung durch einen Boden der Plasmakammer hindurch beschrieben.
  • Bei der überwiegenden Anzahl der bekannten Plasmabeschichtungsverfahren werden zur Verbesserung von Barriereeigenschaften des thermoplastischen Kunststoffmaterials durch das Plasma erzeugte Behälterschichten aus Siliziumoxiden mit der allgemeinen chemischen Formel SiOx verwendet. Zusätzlich können in den hierdurch erzeugten Barriereschichten auch Anteile von Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff enthalten sein. Derartige Barriereschichten verhindern ein Eindringen von Sauerstoff in die verpackten Flüssigkeiten sowie ein Austreten von Kohlendioxid bei CO2-haltigen Flüssigkeiten.
  • Ebenfalls ist es bereits bekannt, Verfahren und Vorrichtungen zur Behandlung von Werkstücken im Zusammenhang mit der blastechnischen Herstellung von Behältern aus zuvor geeignet temperierten Vorformlingen anzuwenden. Typischerweise bestehen derartige Vorformlinge aus einem thermoplastischen Material, beispielsweise aus PET (Polyethylenterephthalat). Nach einer geeigneten thermischen Konditionierung werden die Vorformlinge durch Blasdruckeinwirkung zu Behältern umgeformt, die beispielsweise als Flaschen zur Verpackung von Flüssigkeiten verwendet werden. Gemäß der DE-OS 100 33 412 werden Blasstationen auf einem rotierenden Blasrad angeordnet. Das Blasrad rotiert kontinuierlich und die auf dem Blasrad mitlaufend angeordneten Blasstationen nehmen die zu verformenden Vorformlinge auf und geben die fertig produzierten Behälter ab. Es sind darüber hinaus auch bereits taktweise bewegte Blasräder bekannt.
  • Für eine Optimierung der bislang bekannten Verfahren und Vorrichtungen werden häufig sogenannte Labormaschinen eingesetzt, die typischerweise über eine stationär angeordnete Behandlungsstation verfügen. Mit Hilfe einer derartigen Labormaschine lassen sich die jeweiligen Behandlungsparameter für die Werkstücke optimieren, da ein einfacher Zugang gegeben ist. Ein Nachteil derartiger spezieller Labormaschinen liegt darin, daß sowohl konstruktiv als auch verfahrenstechnisch deutliche Unterschiede zu den mit wesentlich größerer Leistung betriebenen Produktionsmaschinen vorliegen. Eine Übertragung der auf den Labormaschinen gewonnenen Parameter auf die Produktionsmaschinen erfordert deshalb in der Regel zusätzliche Adaptionsschritte.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart anzugeben, daß eine Parameteroptimierung für ein Produktionsverfahren unterstützt wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Behandlungsstation entlang des Transportweges an mindestens einer Versorgungspositionierung relativ zur Transportrichtung stillstehend von mindestens einer stationären Versorgungseinrichtung mit mindestens einem Betriebsmittel versorgt wird.
  • Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß eine Optimierung der Prozeßparameter unterstützt wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß entlang des Transportweges mindestens eine Versorgungseinrichtung angeordnet ist, die mindestens ein Kupplungselement und mindestens einen Versorgungsanschluß für einen Betrieb der Behandlungsstation bei still stehendem Transportelement aufweist und daß die Behandlungsstation mit mindestens einer Gegenkupplung zur Verbindung mit der Kupplung der Versorgungseinrichtung versehen ist.
  • Durch die stationäre Anordnung einer Versorgungseinrichtung für die Behandlungsstation entlang des Transportweges ist es möglich, eine beliebige Behandlungsstation, die mit geeigneten Gegenkupplungen ausgestattet ist, benachbart zur Versorgungseinrichtung zu positionieren und als Laborstation zur Prozeßoptimierung zu betreiben. Durch die Verwendung einer serienmäßigen Produktionsstation für den Laborbetrieb sowie durch den Betrieb dieser Behandlungsstationen bei zumindest stark üblichen Produktionsbedingungen entsprechenden Randbedingungen können die gewonnenen Prozeßoptimierungen mit geringem Aufwand auf eine tatsächliche Serienproduktion übertragen werden. Darüber hinaus entfällt für einen Betreiber die Notwendigkeit, sich eine separate Labormaschine anzuschaffen. Schließlich ist es möglich, mit geringem Aufwand zyklisch die auf der Produktionsmaschine eingesetzten Behandlungsstationen im Bereich der Versorgungseinrichtung anzuhalten und hier eine Funktionsüberprüfung durchzuführen.
  • Eine typische Anwendung besteht darin, daß ein Laborbetrieb für eine Plasmastation durchgeführt wird.
  • Ebenfalls ist daran gedacht, daß ein Laborbetrieb für eine Blasstation durchgeführt wird.
  • Zur Unterstützung eines elektrischen Betriebes der Behandlungsstation wird vorgeschlagen, daß als Betriebsmittel elektrische Energie zugeführt wird.
  • Insbesondere bei Plasmaanwendungen ist daran gedacht, daß als Betriebsmittel ein Unterdruck zugeführt wird.
  • Eine weitere Variante besteht darin, daß als Betriebsmittel ein Überdruck zugeführt wird.
  • Zur Unterstützung einer Durchführung von Plasmabeschichtungen wird vorgeschlagen, daß als Betriebsmittel Prozeßgas zugeführt wird.
  • Bei einem Laborbetrieb von Vorrichtungen, die im Produktionsbetrieb mindestens teilweise kurvengesteuert betrieben werden, erweist es sich als zweckmäßig, daß als Betriebsmittel mechanische Antriebsenergie zugeführt wird.
  • Eine Bewegung der mechanischen Komponenten kann beispielsweise dadurch vorgegeben werden, daß die mechanische Antriebsenergie pneumatisch zugeführt wird.
  • Darüber hinaus ist daran gedacht, daß die mechanische Antriebsenergie elektro-mechanisch zugeführt wird.
  • Eine genaue elektrische Steuerbarkeit wird dadurch unterstützt, daß die mechanische Antriebsenergie durch einen Servomotor zugeführt wird.
  • Zur Unterstützung einer flexiblen Betriebweise wird vorgeschlagen, daß zur wahlweisen Aktivierung mindestens eines Funktionsmoduls zur Durchführung eines Produktionsbetriebes oder zur Aktivierung mindestens eines Funktionsmoduls zur Durchführung eines Laborbetriebes eine Steuereinheit verwendet wird.
  • Zur Unterstützung eines Laborbetriebes ist insbesondere auch daran gedacht, daß die Steuereinheit mit mindestens einer Meßeinrichtung zur Überwachung eines Laborbetriebes der Behandlungsstation verbunden wird.
  • Eine typische Anwendung besteht darin, daß ein Werkstück aus einem thermoplastischen Kunststoff behandelt wird.
  • Insbesondere ist daran gedacht daß ein Innenraum des Werkstückes behandelt wird.
  • Ein umfangreiches Anwendungsgebiet wird dadurch erschlossen, daß als Werkstück ein Behälter behandelt wird.
  • Insbesondere ist dabei daran gedacht, daß als Werkstück eine Getränkeflasche behandelt wird.
  • Zur Verringerung eines gerätetechnischen Aufwandes bei der Durchführung des Laborbetriebes wird vorgeschlagen, daß von der Steuereinheit mindestens ein auch bei der Durchführung eines Produktionsbetriebes mit der Behandlungsstation verbundener Betriebsmittelanschluß im Laborbetrieb aktiviert und gegenüber einem Produktionsbetrieb abgewandelt angesteuert wird.
  • Eine Vergrößerung der Produktionskapazität bei nur geringfügig gesteigertem gerätetechnischen Aufwand kann dadurch erreicht werden, daß von einer Plasmastation mehrere Kavitäten bereitgestellt werden.
  • Eine mechanisch hoch belastbare Ausführungsform wird dadurch bereitgestellt, daß die Behandlungsstationen von einem radringartigen Plasmarad transportiert werden.
  • Eine typische Anwendung wird dadurch definiert, daß als Plasmabehandlung eine Plasmabeschichtung durchgeführt wird.
  • Insbesondere ist daran gedacht, daß die Plasmabehandlung unter Verwendung eines Niederdruckplasmas durchgeführt wird.
  • Bei einer Beschichtung von Werkstücken aus Kunststoff erweist es sich als vorteilhaft, daß eine Plasmapolymerisation durchgeführt wird.
  • Eine gute Oberflächenhaftung wird dadurch unterstützt, daß durch das Plasma mindestens zum Teil organische Substanzen abgeschieden werden.
  • Besonders vorteilhafte Verwendungseigenschaften bei Werkstücken zur Verpackung von Lebensmitteln können dadurch erreicht werden, daß durch das Plasma mindestens zum Teil anorganische Substanzen abgeschieden werden.
  • Bei der Behandlung von Verpackungen ist insbesondere daran gedacht, daß durch das Plasma eine Substanz zur Verbesserung von Barriereeigenschaften des Werkstückes abgeschieden wird.
  • Zur Unterstützung einer hohen Gebrauchsqualität wird vorgeschlagen, daß zusätzlich ein Haftvermittler zur Verbesserung eines Anhaftens der Substanz auf einer Oberfläche des Werkstückes abgeschieden wird.
  • Eine hohe Produktivität kann dadurch unterstützt werden, daß in einer gemeinsamen Kavität mindestens zwei Werkstücke gleichzeitig behandelt werden.
  • Ein weiteres Anwendungsgebiet besteht darin, daß als Plasmabehandlung eine Plasmasterilisation durchgeführt wird.
  • Ebenfalls ist daran gedacht, daß als Plasmabehandlung eine Oberflächenaktivierung des Werkstückes durchgeführt wird.
  • Eine meßtechnische Erfassung von Parametern im Bereich der Behandlungsstation wird dadurch unterstützt, daß die Meßeinrichtung mindestens einen Sensor aufweist.
  • In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine Prinzipskizze einer Mehrzahl von Plasmakammern, die auf einem rotierenden Plasmarad angeordnet sind und bei der das Plasmarad mit Eingabe- und Ausgaberädern gekoppelt ist.
  • Fig. 2 eine Anordnung ähnlich zu Fig. 1, bei der die Plasmastationen jeweils mit zwei Plasmakammern ausgestattet sind,
  • Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Plasmarades mit einer Vielzahl von Plasmakammern,
  • Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Plasmastation mit einer Kavität,
  • Fig. 5 eine Vorderansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 4 mit geschlossener Plasmakammer,
  • Fig. 6 einen Querschnitt gemäß Schnittlinie VI-VI in Fig. 5,
  • Fig. 7 eine Darstellung entsprechend Fig. 5 mit geöffneter Plasmakammer,
  • Fig. 8 einen Vertikalschnitt gemäß Schnittlinie VIII-VIII in Fig. 7,
  • Fig. 9 eine vergrößerte Darstellung der Plasmakammer mit zu beschichtender Flasche gemäß Fig. 6,
  • Fig. 10 eine nochmals vergrößerte Darstellung eines Anschlußelementes zur Halterung des Werkstückes in der Plasmakammer,
  • Fig. 11 eine schematische Darstellung einer Positionierung eines flaschenförmigen Werkstückes innerhalb der Plasmakammer unter Verwendung eines zangenartigen Halteelementes und
  • Fig. 12 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Steuerungsstruktur zur wahlweisen Aktivierung eines Produktionsbetriebes oder eines Laborbetriebes der Vorrichtung.
  • Aus der Darstellung in Fig. 1 ist ein Plasmamodul (1) zu erkennen, das mit einem rotierenden Plasmarad (2) versehen ist. Entlang eines Umfanges des Plasmarades (2) sind eine Mehrzahl von Plasmastationen (3) angeordnet. Die Plasmastationen (3) sind mit Kavitäten (4) bzw. Plasmakammern (17) zur Aufnahme von zu behandelnden Werkstücken (5) versehen.
  • Die zu behandelnden Werkstücke (5) werden dem Plasmamodul (1) im Bereich einer Eingabe (6) zugeführt und über ein Vereinzelungsrad (7) an ein Übergaberad (8) weitergeleitet, das mit positionierbaren Tragarmen (9) ausgestattet ist. Die Tragarme (9) sind relativ zu einem Sockel (10) des Übergaberades (8) verschwenkbar angeordnet, so daß eine Abstandsveränderung der Werkstücke (5) relativ zueinander durchgeführt werden kann. Hierdurch erfolgt eine Übergabe der Werkstücke (5) vom Übergaberad (8) an ein Eingaberad (11) mit einem relativ zum Vereinzelungsrad (7) vergrößerten Abstand der Werkstücke (5) relativ zueinander. Das Eingaberad (11) übergibt die zu behandelnden Werkstücke (5) an das Plasmarad (2). Nach einer Durchführung der Behandlung werden die behandelten Werkstücke (5) von einem Ausgaberad (12) aus dem Bereich des Plasmarades (2) entfernt und in den Bereich einer Ausgabestrecke (13) überführt.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind die Plasmastationen (3) jeweils mit zwei Kavitäten (4) bzw. Plasmakammern (17) ausgestattet. Hierdurch können jeweils zwei Werkstücke (5) gleichzeitig behandelt werden. Grundsätzlich ist es hierbei möglich, die Kavitäten (4) vollständig voneinander getrennt auszubilden, grundsätzlich ist es aber auch möglich, in einem gemeinsamen Kavitätenraum lediglich Teilbereiche derart gegeneinander abzugrenzen, daß eine optimale Beschichtung aller Werkstücke (5) gewährleistet ist. Insbesondere ist hierbei daran gedacht, die Teilkavitäten zumindest durch separate Mikrowelleneinkopplungen gegeneinander abzugrenzen.
  • Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Plasmamoduls (1) mit teilweise aufgebautem Plasmarad (2). Die Plasmastationen (3) sind auf einem Tragring (14) angeordnet, der als Teil einer Drehverbindung ausgebildet und im Bereich eines Maschinensockels (15) gelagert ist. Die Plasmastationen (3) weisen jeweils einen Stationsrahmen (16) auf, der Plasmakammern (17) haltert. Die Plasmakammern (17) weisen zylinderförmige Kammerwandungen (18) sowie Mikrowellengeneratoren (19) auf.
  • In einem Zentrum des Plasmarades (2) sind Drehverteiler (20, 21) angeordnet, über die die Plasmastationen (3) mit Betriebsmitteln sowie Energie versorgt werden. Zur Betriebsmittelverteilung können insbesondere Ringleitungen (22) eingesetzt werden.
  • Die zu behandelnden Werkstücke (5) sind unterhalb der zylinderförmigen Kammerwandungen (18) dargestellt. Unterteile der Plasmakammern (17) sind zur Vereinfachung jeweils nicht eingezeichnet.
  • Fig. 4 zeigt eine Plasmastation (3) in perspektivischer Darstellung. Es ist zu erkennen, daß der Stationsrahmen (16) mit Führungsstangen (23) versehen ist, auf denen ein Schlitten (24) zur Halterung der zylinderförmigen Kammerwandung (18) geführt ist. Fig. 4 zeigt den Schlitten (24) mit Kammerwandung (18) in einem angehobenen Zustand, so daß das Werkstück (5) freigegeben ist.
  • Im oberen Bereich der Plasmastation (3) ist der Mikrowellengenerator (19) angeordnet. Der Mikrowellengenerator (19) ist über eine Umlenkung (25) und einen Adapter (26) an einen Kopplungskanal (27) angeschlossen, der in die Plasmakammer (17) einmündet. Grundsätzlich kann der Mikrowellengenerator (19) sowohl unmittelbar im Bereich des Kammerdeckels (31) als auch über ein Distanzelement an den Kammerdeckel (31) angekoppelt mit einer vorgebbaren Entfernung zum Kammerdeckel (31) und somit in einem größeren Umgebungsbereich des Kammerdeckels (31) angeordnet werden. Der Adapter (26) hat die Funktion eines Übergangselementes und der Kopplungskanal (27) ist als ein Koaxialleiter ausgebildet. Im Bereich einer Einmündung des Kopplungskanals (27) in den Kammerdeckel (31) ist ein Quarzglasfenster angeordnet. Die Umlenkung (25) ist als ein Hohlleiter ausgebildet.
  • Das Werkstück (5) wird im Bereich eines Dichtelementes (28) positioniert, das im Bereich eines Kammerbodens (29) angeordnet ist. Der Kammerboden (29) ist als Teil eines Kammersockels (30) ausgebildet. Zur Erleichterung einer Justage ist es möglich, den Kammersockel (30) im Bereich der Führungsstangen (23) zu fixieren. Eine andere Variante besteht darin, den Kammersockel (30) direkt am Stationsrahmen (16) zu befestigen. Bei einer derartigen Anordnung ist es beispielsweise auch möglich, die Führungsstangen (23) in vertikaler Richtung zweiteilig auszuführen.
  • Fig. 5 zeigt eine Vorderansicht der Plasmastation (3) gemäß Fig. 3 in einem geschlossenen Zustand der Plasmakammer (17). Der Schlitten (24) mit der zylinderförmigen Kammerwandung (18) ist hierbei gegenüber der Positionierung in Fig. 4 abgesenkt, so daß die Kammerwandung (18) gegen den Kammerboden (29) gefahren ist. In diesem Positionierzustand kann die Plasmabeschichtung durchgeführt werden.
  • Fig. 6 zeigt in einer Vertikalschnittdarstellung die Anordnung gemäß Fig. 5. Es ist insbesondere zu erkennen, daß der Kopplungskanal (27) in einen Kammerdeckel (31) einmündet, der einen seitlich überstehenden Flansch (32) aufweist. Im Bereich des Flansches (32) ist eine Dichtung (33) angeordnet, die von einem Innenflansch (34) der Kammerwandung (18) beaufschlagt wird. In einem abgesenkten Zustand der Kammerwandung (18) erfolgt hierdurch eine Abdichtung der Kammerwandung (18) relativ zum Kammerdeckel (31). Eine weitere Dichtung (35) ist in einem unteren Bereich der Kammerwandung (18) angeordnet, um auch hier eine Abdichtung relativ zum Kammerboden (29) zu gewährleisten.
  • In der in Fig. 6 dargestellten Positionierung umschließt die Kammerwandung (18) die Kavität (4), so daß sowohl ein Innenraum der Kavität (4) als auch ein Innenraum des Werkstückes (5) evakuiert werden können. Zur Unterstützung einer Zuleitung von Prozeßgas ist im Bereich des Kammersockels (30) eine hohle Lanze (36) angeordnet, die in den Innenraum des Werkstückes (5) hineinverfahrbar ist. Zur Durchführung einer Positionierung der Lanze (36) wird diese von einem Lanzenschlitten (37) gehaltert, der entlang der Führungsstangen (23) positionierbar ist. Innerhalb des Lanzenschlittens (37) verläuft ein Prozeßgaskanal (38), der in der in Fig. 6 dargestellten angehobenen Positionierung mit einem Gasanschluß (39) des Kammersockels (30) gekoppelt ist. Durch diese Anordnung werden schlauchartige Verbindungselemente am Lanzenschlitten (37) vermieden.
  • Fig. 7 und Fig. 8 zeigen die Anordnung gemäß Fig. 5 und Fig. 6 in einem angehobenen Zustand der Kammerwandung (18). In diesem Positionierungszustand der Kammerwandung (18) ist es problemlos möglich, das behandelte Werkstück (5) aus dem Bereich der Plasmastation (3) zu entfernen und ein neues zu behandelndes Werkstück (5) einzusetzen. Alternativ zu der in den Zeichnungen dargestellten Positionierung der Kammerwandung (18) in einem durch Verschiebung nach oben erreichten geöffneten Zustand der Plasmakammer (17) ist es auch möglich, den Öffnungsvorgang durch eine Verschiebung einer konstruktiv modifizierten hülsenförmigen Kammerwandung in vertikaler Richtung nach unten durchzuführen.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Kopplungskanal (27) eine zylinderförmige Gestaltung und ist im wesentlichen koaxial zur Kammerwandung (18) angeordnet.
  • Fig. 9 zeigt den Vertikalschnitt gemäß Fig. 6 in einer vergrößerten teilweisen Darstellung in einer Umgebung der Kammerwandung (18). Zu erkennen ist insbesondere das Übergreifen des Innenflansches (34) der Kammerwandung (18) über den Flansch (32) des Kammerdeckels (31) und die Halterung des Werkstückes (5) durch das Halteelement (28). Darüber hinaus ist zu erkennen, daß die Lanze (36) durch eine Ausnehmung (40) des Halteelementes (28) hindurchgeführt ist.
  • Die Positionierung des Werkstückes (5) im Bereich des Dichtelementes (28) ist in der nochmals vergrößerten Darstellung in Fig. 10 zu erkennen. Das Dichtelement (28) ist in eine Führungshülse (41) eingesetzt, die mit einer Federkammer (42) versehen ist. In die Federkammer (42) ist eine Druckfeder (43) eingesetzt, die einen Außenflansch (44) des Dichtelementes (28) relativ zur Führungshülse (41) verspannt.
  • In der in Fig. 10 dargestellten Positionierung ist ein an der Lanze (36) montierter Schubteller (45) gegen den Außenflansch (44) geführt und drückt das Dichtelement (28) in seine obere Endpositionierung. In dieser Positionierung ist ein Innenraum des Werkstückes (5) gegenüber dem Innenraum der Kavität (4) isoliert. In einem abgesenkten Zustand der Lanze (36) verschiebt die Druckfeder (43) das Dichtelement (28) relativ zur Führungshülse (41) derart, daß eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Werkstückes (5) und dem Innenraum der Kavität (4) geschaffen ist.
  • Fig. 11 zeigt die Positionierung des Werkstückes (5) innerhalb der Plasmakammer (17) mit Hilfe eines Halteelementes (46). Das Halteelement (46) ist zangenartig ausgebildet und besitzt zwei verschwenkbar gelagerte Haltearme (47, 48). Die Haltearme (47, 48) sind relativ zu Drehachsen (49, 50) verschwenkbar. Zur Gewährleistung einer automatischen Fixierung des Werkstückes (5) durch das Halteelement (46) werden die Haltearme (47, 48) von Federn (51, 52) in eine jeweilige Haltepositionierung gedrückt.
  • Das Halteelement (46) ist oberhalb des Kammersockels (30) angeordnet, so daß nach einem Anheben der Kammerwandung (18) eine seitliche Zugänglichkeit des Halteelements (46) gegeben ist. Das Werkstück (5) kann hierdurch von einem Positionierelement an das Halteelement (46) übergeben werden, ohne daß eine Hubbewegung des Werkstückes (5) in Richtung einer Kavitätenlängsachse (53) erfolgen muß.
  • Fig. 12 zeigt ein schematisches Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Verfahrensablaufes bei einer wahlweisen Aktivierung einer Steuerung zur Durchführung eines Produktionsbetriebes oder eines Laborbetriebes. Ein entsprechender Steuerungsablauf wird auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisiert. Fig. 12 zeigt hierzu eine Steuereinheit (54), die mit einer Eingabeeinrichtung (55) und einer Anzeigeeinrichtung (56) versehen ist. Unter Verwendung der Eingabeeinrichtung (55) ist es möglich, unterschiedliche Funktionsmodule (57) zu aktivieren. Mindestens eines der Funktionsmodule (57) ist für die Durchführung eines Produktionsbetriebes vorgesehen, darüber hinaus können mehrere unterschiedliche Funktionsmodule (57) zur Durchführung unterschiedlicher Service-Programme angewählt werden. Mindestens eines der Funktionsmodule (57) ist zur Durchführung eines Laborbetriebes konfiguriert.
  • Die Aktivierung des Funktionsmoduls (57) für einen Laborbetrieb der Maschine erfolgt typischerweise nachdem die ausgewählte Behandlungsstation, beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die ausgewählte Plasmastation (3), an der Positionierung für den Laborbetrieb angeordnet wurde. An dieser Positionierung erfolgt manuell oder automatisch ein Anschluß an die erforderlichen externen Medienversorgungen. Es ist dabei möglich, sämtliche erforderlichen Medien extern zuzuführen, insbesondere ist aber auch daran gedacht, auch beim Produktionsbetrieb mit der Behandlungsstation verbundene Medienversorgungen zu verwenden und lediglich eine für den Laborbetrieb angepaßte Steuerung der Medienversorgungen zu verwenden. Die Zufuhr von externen Betriebsmitteln bezieht sich beispielsweise auf die Zuführung von Unterdruck, Überdruck, elektrischer Energie, mechanischer Antriebsenergie oder spezieller Steuerungssequenzen zur Durchführung eines Laborbetriebes.
  • Bei einer Aktivierung eines Laborbetriebes für eine Blasmaschine ist insbesondere auch daran gedacht, die Versorgungseinrichtung mit einer Heizeinrichtung für die Vorformlinge zu versehen. Die Heizeinrichtung kann beispielsweise mit Infrarot-Strahlern oder Mikrowellen- Strahlern ausgerüstet sein. Bei einer derartigen Ausführungsform ist insbesondere auch daran gedacht, die Vorformlinge manuell im Bereich der Heizeinrichtung zu positionieren und eine Übergabe von der Heizeinrichtung an die in den Laborbetrieb versetzte Bearbeitungsstation automatisch durchzuführen.
  • Ebenfalls ist es sowohl bei einer Durchführung des Laborbetriebes für Maschinen zur Plasmabehandlung als auch bei Maschinen zur Blasverformung möglich, bei der normalen Produktion verwendete Sicherheitseinrichtungen zu aktivieren, um einen gefahrlosen Betrieb zu unterstützen. Die Sicherheitseinrichtungen können sich beispielsweise auf die Überwachung von einem ordnungsgemäßen Schließen von zugangstüren sowie die ordnungsgemäße Durchführung von pneumatischen Verbindungen beziehen.
  • Das Einsetzen der Werkstücke (5) erfolgt im Laborbetrieb typischerweise manuell, es ist aber auch eine Automatisierung oder zumindest eine Teilautomatisierung durchführbar.
  • Ein typischer Behandlungsvorgang wird im folgenden am Beispiel eines Beschichtungsvorganges erläutert und derart durchgeführt, daß zunächst die ausgewählte Plasmastation (3) durch eine Drehung des Plasmarades (2) an der zur Durchführung des Laborbetriebes vorgesehenen Position angehalten wird. Es erfolgt dann die steuerungstechnische Aktivierung des Laborbetriebes über die Steuereinheit (54). Das Werkstück (5) wird anschließend in einem hochgeschobenen Zustand der hülsenartigen Kammerwandung (18) in die Plasmastation (3) eingesetzt. Nach einem Abschluß des Einsetzvorganges wird die Kammerwandung (18) in ihre abgedichtete Positionierung abgesenkt und zunächst gleichzeitig eine Evakuierung sowohl der Kavität (4) als auch eines Innenraumes des Werkstückes (5) durchgeführt.
  • Nach einer ausreichenden Evakuierung des Innenraumes der Kavität (4) wird die Lanze (36) in den Innenraum des Werkstückes (5) eingefahren und durch eine Verschiebung des Dichtelementes (28) eine Abschottung des Innenraumes des Werkstückes (5) gegenüber dem Innenraum der Kavität (4) durchgeführt. Ebenfalls ist es möglich, die Lanze (36) bereits synchron zur beginnenden Evakuierung des Innenraumes der Kavität in das Werkstück (5) hinein zu verfahren. Der Druck im Innenraum des Werkstückes (5) wird anschließend noch weiter abgesenkt. Darüber hinaus ist auch daran gedacht, die Positionierbewegung der Lanze (36) wenigstens teilweise bereits parallel zur Positionierung der Kammerwandung (18) durchzuführen. Nach Erreichen eines ausreichend tiefen Unterdruckes wird Prozeßgas in den Innenraum des Werkstückes (5) eingeleitet und mit Hilfe des Mikrowellengenerators (19) das Plasma gezündet.
  • Insbesondere ist daran gedacht, mit Hilfe des Plasmas sowohl einen Haftvermittler als auch die eigentliche Barriereschicht aus Siliziumoxiden auf den inneren Oberflächen der Werkstücke (5) abzuscheiden.
  • Die Aufbringung des Haftvermittlers kann beispielsweise in einem zweistufigen Verfahren als erste Stufe vor der Aufbringung der Barriereschicht in der zweiten Stufe erfolgen, es ist aber auch denkbar, in einem kontinuierlichen Verfahren wenigstens einen dem Werkstück (5) zugewandten Teil der Barriereschicht als Gradientenschicht auch bereits zeitgleich zum Aufbringen mindestens eines Teiles des Haftvermittlers zu erzeugen. Eine derartige Gradientenschicht kann in einfacher Weise während der Dauer eines bereits gezündeten Plasmas durch Veränderung der Zusammensetzung des Prozeßgases erzeugt werden. Eine derartige Änderung der Zusammensetzung des Prozeßgases kann abrupt durch Änderung von Ventilsteuerungen oder kontinuierlich durch Veränderung des Mischungsverhältnisses von Bestandteilen des Prozeßgases erreicht werden.
  • Ein typischer Aufbau einer Gradientenschicht erfolgt derart, daß in einem dem Werkstück (5) zugewandten Teil der Gradientenschicht ein zumindest überwiegender Anteil des Haftvermittlers und in einem dem Werkstück (5) abgewandten Teil der Gradientenschicht zumindest überwiegend ein Anteil des Barrierematerials enthalten ist. Ein Übergang der jeweiligen Bestandteile erfolgt zumindest in einem Teil der Gradientenschicht kontinuierlich entsprechend einem vorgebbaren Gradientenverlauf. In ähnlicher Weise ist es möglich, sowohl die Schicht zur Haftvermittlung als auch die Barriereschicht selbst als Gradientenschichten zu erzeugen.
  • Der Innenraum der Plasmakammer (17) und der Innenraum des Werkstückes (5) werden zunächst gemeinsam auf ein Druckniveau von etwa 20 mbar bis 50 mbar evakuiert. Anschließend wird der Druck im Innenraum des Werkstückes (5) weiter auf etwa 0,1 mbar abgesenkt. Während der Durchführung des Behandlungsvorganges wird ein Unterdruck von etwa 0,3 mbar aufrechterhalten.
  • Nach einem Abschluß des Beschichtungsvorganges wird die Lanze (36) wieder aus dem Innenraum des Werkstückes (5) entfernt und die Plasmakammer (17) sowie der Innenraum des Werkstückes (5) werden belüftet. Nach Erreichen des Umgebungsdruckes innerhalb der Kavität (4) wird die Kammerwandung (18) wieder angehoben, um eine Entnahme des beschichteten Werkstückes (5) sowie eine Eingabe eines neuen zu beschichtenden Werkstückes (5) durchzuführen. Zur Ermöglichung einer seitlichen Positionierung des Werkstückes (5) wird das Dichtelement (28) mindestens bereichsweise wieder in den Kammersockel (30) hinein verfahren.
  • Alternativ zur erläuterten Innenbeschichtung von Werkstücken (5) können auch Außenbeschichtungen, Sterilisationen oder Oberflächenaktivierungen durchgeführt werden.
  • Eine Positionierung der Kammerwandung (18), des Dichtelementes (28) und/oder der Lanze (36) kann unter Verwendung unterschiedlicher Antriebsaggregate erfolgen. Grundsätzlich ist die Verwendung pneumatischer Antriebe und /oder elektrischer Antriebe, insbesondere in einer Ausführungsform als Linearmotor, denkbar.
  • Nach einem Abschluß des Laborbetriebes erfolgt entsprechend der Darstellung in Fig. 12 eine Abtrennung der durch die Versorgungseinrichtung bereitgestellten externen Medien und es kann in einen Produktionsablauf zurückgekehrt werden.

Claims (53)

1. Verfahren zur Behandlung von Werkstücken, bei dem mindestens ein Werkstück in eine Behandlungsstation eingesetzt und innerhalb der Behandlungsstation von einem Halteelement positioniert wird, sowie bei dem die Behandlungsstation entlang eines umlaufenden Transportweges positioniert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsstation entlang des Transportweges an mindestens einer Versorgungspositionierung relativ zur Transportrichtung stillstehend von mindestens einer stationären Versorgungseinrichtung mit mindestens einem Betriebsmittel versorgt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laborbetrieb für eine Plasmastation (3) durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laborbetrieb für eine Blasstation durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebsmittel elektrische Energie zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebsmittel ein Unterdruck zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebsmittel ein Überdruck zugeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebsmittel Prozeßgas zugeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebsmittel mechanische Antriebsenergie zugeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Antriebsenergie pneumatisch zugeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Antriebsenergie elektro-mechanisch zugeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Antriebsenergie durch einen Servomotor zugeführt wird.
12. verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur wahlweisen Aktivierung mindestens eines Funktionsmoduls (57) zur Durchführung eines Produktionsbetriebes oder zur Aktivierung mindestens eines Funktionsmoduls (57) zur Durchführung eines Laborbetriebes eine Steuereinheit (54) verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (54) mit mindestens einer Meßeinrichtung zur Überwachung eines Laborbetriebes der Behandlungsstation verbunden wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkstück (5) aus einem thermoplastischen Kunststoff behandelt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Innenraum eines hohlkörperartigen Werkstückes (5) behandelt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstück (5) ein Behälter behandelt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstück (5) eine Getränkeflasche behandelt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß von der Steuereinheit (54) mindestens ein auch bei der Durchführung eines Produktionsbetriebes mit der Behandlungsstation verbundener Betriebsmittelanschluß im Laborbetrieb aktiviert und gegenüber einem Produktionsbetrieb abgewandelt angesteuert wird.
19. verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Plasmastation (3) mehrere Kavitäten (4) bereitgestellt werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsstationen von einem radringartigen Plasmarad (2) transportiert werden.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Plasmabehandlung eine Plasmabeschichtung durchgeführt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmabehandlung unter Verwendung eines Niederdruckplasmas durchgeführt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Plasmapolymerisation durchgeführt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Plasma mindestens zum Teil organische Substanzen abgeschieden werden.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Plasma mindestens zum Teil anorganische Substanzen abgeschieden werden.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Plasma mindestens eine Substanz zur Verbesserung von Barriereeigenschaften des Werkstückes (5) abgeschieden wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Haftvermittler zur Verbesserung eines Anhaftens der Substanz auf einer Oberfläche des Werkstückes (5) abgeschieden wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß in einer gemeinsamen Kavität mindestens zwei Werkstücke (5) gleichzeitig behandelt werden.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Plasmabehandlung eine Plasmasterilisation durchgeführt wird.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Plasmabehandlung eine Oberflächenaktivierung des Werkstückes (5) durchgeführt wird.
31. Vorrichtung zur Behandlung von Werkstücken, die mindestens eine Kammer zur Aufnahme mindestens eines Werkstückes aufweist und bei der die Kammer im Bereich einer Behandlungsstation angeordnet ist, sowie bei der die Behandlungsstation von einem Transportelement entlang eines umlaufenden Transportweges positionierbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß entlang des Transportweges mindestens eine Versorgungseinrichtung angeordnet ist, die mindestens ein Kupplungselement und mindestens einen Versorgungsanschluß für einen Betrieb der Behandlungsstation bei stillstehendem Transportelement aufweist und daß die Behandlungsstation mit mindestens einer Gegenkupplung zur Verbindung mit der Kupplung der Versorgungseinrichtung versehen ist.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsstation als eine Plasmastation (3) ausgebildet ist.
33. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsstation als eine Blasstation ausgebildet ist.
34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungseinrichtung zur Zuführung von elektrischer Energie ausgebildet ist.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungseinrichtung zur Zuführung von Unterdruck ausgebildet ist.
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungseinrichtung zur Zuführung von Überdruck ausgebildet ist.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungseinrichtung zur Zuführung von Prozeßgas ausgebildet ist.
38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungseinrichtung zur Zuführung von mechanischer Antriebsenergie ausgebildet ist.
39. Vorrichtung Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungseinrichtung zur pneumatischen Zuführung von mechanischer Antriebsenergie ausgebildet ist.
40. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungseinrichtung zur elektro-mechanischen Zuführung von mechanischer Antriebsenergie ausgebildet ist.
41. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungseinrichtung mindestens einen Servoantrieb zur Bereitstellung von mechanischer Antriebsenergie aufweist.
42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Versorgungseinrichtung mindestens eine Steuereinheit (54) vorgesehen ist, die eine Eingabeeinrichtung (55) zur wahlweisen Aktivierung mindestens eines Funktionsmoduls (57) für einen Produktionsbetrieb sowie mindestens eines Funktionsmoduls (57) für einen Laborbetrieb aufweist.
43. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (54) mit mindestens einer Meßeinrichtung zur Überwachung der Behandlungsstation im Laborbetrieb versehen ist.
44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmastation (3) zur Beschichtung eines aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehenden Werkstückes (5) ausgebildet ist.
45. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmastation (3) zur Beschichtung eines behälterartigen Werkstückes (5) ausgebildet ist.
46. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmastation (3) zur Beschichtung eines Innenraumes eines hohlkörperartigen Werkstückes (5) ausgebildet ist.
47. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmastation (3) zur Beschichtung eines in Form einer Getränkeflasche gestalteten Werkstückes (5) ausgebildet ist.
48. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Plasmastation (3) von einem rotierenden Plasmarad (2) getragen ist.
49. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 48, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Plasmastation (3) mehrere Kavitäten (4) angeordnet sind.
50. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 49, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Bereitstellung von mindestens zwei Kavitäten (4) vorgesehene Kammerwandung (18) positionierbar angeordnet ist.
51. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 50, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasmarad (2) als ein Radring ausgebildet ist.
52. Vorrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung mindestens einen Sensor aufweist.
53. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 52, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (54) sowohl zur Steuerung mindestens einer Betriebsmittelzuführung im Bereich der Versorgungseinrichtung als auch zur Steuerung mindestens einer Betriebsmittelzuführung ausgebildet ist, die an mindestens zwei unterschiedlichen Positionierungen des Transportelementes mit der Behandlungsstation verbunden ist.
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