DE3413728C2 - Lichtbogenzündvorrichtung für Lichtbogen-Bedampfungsvorrichtungen - Google Patents

Abstract

Es werden eine Triggereinrichtung und ein Verfahren zum Zünden bzw. Ansetzen eines elektrischen Lichtbogens an der Oberfläche einer in einer Bedampfungskammer befindlichen Beschichtungsmaterial-Quelle beschrieben. Ein Stößelglied ist in einem Gehäuse, das an einer Einlaßöffnung einer Bedampfungskammer festzulegen ist, axial bewegbar angebracht. Ein Ende des Stößelgliedes kann einen Bogenzündungsdrahtkontakt tragen. Ein pneumatischer Antriebszylinder sorgt für ein axiales Hin- und Herbewegen des Stößelgliedes mit positiven Krafthüben in beiden Richtungen, so daß der Drahtkontakt abwechselnd mit der Oberfläche der Kathodenmaterial-Quelle in Eingriff tritt und sich hiervon löst. Es sind Dichtungsmittel zum Aufrechterhalten einer Vakuumdichtung der Bedampfungskammer über die Triggereinrichtung vorgesehen. An die Einlaßöffnung angrenzend sind dynamische Abschirmungsmittel angebracht, die die Dichtungsglieder vor einem Beschichten durch innerhalb der Bedampfungskammer befindliche Dampfpartikel schützen. Ausrichtungsmittel befinden sich in kooperativem Eingriff mit dem Stößelglied, um eine positive Winkelposition desselben während seiner Hin- und Herbewegung aufrechtzuerhalten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenzündvorrichtung für Lichtbogen-Bedampfungsvorrichtungen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Eine bekannte Vorrichtung dieser Art (US-PS 83 231) weist eine Lichtbogenzündvorrichtung auf, bei der die Elektrode, d. h. die Anode, nicht durch eine in beide Richtungen wirkende positive Bewegung in und außer Eingriff mit der Kathode zu bringen ist, sondern bei der die Elektrode mittels eines magnetischen Antriebes mit der Kathodenoberfläche in Eingriff gebracht wird. Die Rückführung, d. h. die Lösung der Anode von der Kathodenoberfläche wird mittels einer Druckfeder vorgenommen. Fließt der Bogenzündstrom durch den mit der Kathodenoberfläche in Eingriff stehenden Draht (Anode), so besteht für diesen die Neigung mit der Kathodenoberfläche zu verschweißen. Dabt; wird

ίο eine Bindung erzeugt, die von der Kraft der Rückführfeder gebrochen werden muß, um den Bogenzünddraht (Anode) von der Kathodenoberfläche zu lösen. Hierbei kommt es häufig vor, daß die Federkraft zu gering ist, um ein Lösen des an der Kathodenoberfläche verschweißten Drahtes zu ermöglichen. Das Problem wird auch dadurch verstärkt, daß die Wärme, die von dem Bogenzündstrom erzeugt wird, sich auf die Feder überträgt und vielfach deren anfängliche Spannung b?w. ihre Federkonstante reduziert.

Des weiteren kann es durch die beim Verschweißen entstehende Wärme in Verbindung mit der üblichen Betriebswärme zu einer Beschädigung der Magnetspule des Magnetantriebes kommen, und zwar durch Schmelzen oder Verbrennen ihrer Isolationsschichten und Widerstandskomponenten.

Sowohl die Beschädigung bzw. die Zerstörung des Magnetantriebes als iuch ein Verkleben bzw. Verschweißen der Anode an der Kathodenoberfläche führt zu einem Ausfall der Lichtbogenzündvorrichtung und damit zu einem Ausfall der Lichtbogen-Bedampfungsvorrichtung.

Bei der bekannten Vorrichtung wurde ein Dichtungsglied zur Isolierung der Lichtbogenzündvorrichtung verwandt, um sowohl eine Vakuumabdichtung zwischen der inneren Beschichtungskammer und der äußeren Umgebung aufrechtzuerhalten als auch eine elektrische Trennung zwischen dem die Vorrichtung aufnehmenden Kammerteil und dem übrigen Kammertei! zu erzielen. Da diese Dichtung den Beschichtuiijsprozeß ausgesetzt ist, kommt es häufig zu Kurzschlüssen, wodurch die Dichtung in aller Regel verbrenni und die Vakuumabdichtung zerstört oder beschädigt wird und/oder Verunreinigungspartikel in die Vakuumkammer gelangen. Dies hat einen Ausfall der Lichtbogen-Bedampfungsvorrichtung und/oder eine Beschädigung des zu bedampfenden Substrates zur Folge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtbogenzündvorrichtung für Lichtbogen-Bedampfungsvorrichtungen zu schaffen, die sich durch eine hohe Leöensdauer, eine hohe Betriebssicherheit, eine geringe Wartungsintensität und große Wartungsfreundlichkeit sowie geringe Produktions- und Montagekosten auszeichnet.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches I gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Dadurch, daß gemäß der Erfindung der an eine elektrische Energiequelle angeschlossene Stößel mit einem zweiseitig beaufschlagbaren Kolben eines pneumatischen Zylinders verbunden ist und daß der Stößel in eine elektrisch isolierenden Abschirmglied axial verschiebbar geführt ist, wird der Stößel und damit die mit ihm verbundene Elektrode durch eine in beide Richtungen wirkende positive Bewegung in und außer Eingriff mit der Kathode gebracht, wodurch der Gefahr des Verschweißens bzw. Verklebens von Anode und Kathode

wirksam begegnet wird und die Rückführkraft auch bei einer langer dauernden Benutzung der Anlage konstant bleibt und so ein Ausfall der Anlage vermieden wird. Es ist weiterhin möglich, mit einem Differenzdruck zum Absenken und Anheben des bogenzündenden Drahtes zu arbeiten. Beispielsweise kann im Gegensatz zu den Bedürfnissen beim Absenken des Drahtes eine größere Hub- oder Anhebekraft als Sicherheit gegen ein mögliches Kleben oder Verschweißen des bogenzündenden Drahtes an der Kathodenoberfläche erforderlich werden.

Durch den direkten Verbund des freien Endes, des Stößels, mit der beweglichen Elektrode entfällt zum einen eine separate elektrische Zuleitung zur Elektrode, wodurch die Störanfälligkeit, hervorgerufen durch eine Beschädigung der Leitung selbst oder eine Oberbrükkung ihrer Isolierung bzw. der Beschädigung der Isolierung, erheblich verringert wird, und zum anderen wird dadurch bewirkt, daß die gesamte Schub/Zieh-Antriebskraft von dem Luftzylinder direkt auf die lineare Bewegung des bogenzündenden Drahtes (Elektrode) in einen und aus einem Eingriff mit der Kathoden-Oberfläche aufgebracht wird. Es werden keine Hebelanordnungen oder eine schwenkbare Anbringung des bogenzündenden Drahtes und keine Federmittel benutzt oder benötigt. Demzufolge tritt kein Verschweißen der Elektrode mit der Kathodenoberfläche auf.

Ist der Stößel der Vorrichtung mit einer Drehsicherung versehen, so ist dadurch sichergestellt, daß die bogenzündende Elektrode die Kathodenoberfläche bei jedem Aktivieren der Lichtbogenzündvorrichtung an derselben Stelle berührt, d. h. der korrekte Eingriff von Anode und Kathode ist garantiert.

Wenn der Gehäuseteil mit einem sich axial erstrekkenden Langloch und der Stößel mit einem sich radial erstreckenden, in das Langloch ragenden Streifenglied versehen ist, so stellt dies eine einfache aber um so wirkungsvoller Drehsicherung dar.

Weist das Abschirmungsglied einen im Durchmesser kleineren, in den Kammer-Innenraum hineinragenden Teil auf, ist dieser Teil des Abschirmgliedes mit koaxial um den Stößel angeordneten Rippen versehen und weist die den Stößel aufnehmende Bohrung zum Kammerinnenraum hin einen größeren Durchmesser auf als der Teil der Bohrung, der sich auf der dem Kammerinnenraum abgewandten Seite befindet, so ist dadurch gewährleistet, daß die der Vakuumbildung dienenden Dichtungen nicht durch das in der Kammer befindliche Beschichtungsplasma beschädigt werden können, da diejenigen Partikel des B^schichtungsplasmas, die in die Einlaßöffnung der Lichtbogenzündvorrichtung in der Kammerwandung diffundieren, sich hauptsächlich auf denjenigen oberen Oberflächen der Rippen absetzen, die den Innenraum der Beschichtungskammer zugewandt sind. Dieser Beschichtungsvorgang der Rippen nimmt mit Annäherung an das Abschirmglied zunehmend ab. Wenn überhaupt erreicht nur wenig Beschichtungsplasma die vakuumbildende Dichtung. Auch wenn die vorderen oder oberen Oberflächen der Rippen vollständig mit leitendem Beschichtungsmaterial beschichtet werden, werden die unteren oder rückwärtsweisenden Abschnitte der Rippen, die in bezug auf das in die Einlaßöffnung wandernde Beschichtungsplasma in den Schattenbereich angeordnet sind, nicht bis zu dem Ausmaß beschichtet, daß sie einen elektrisch leitenden Pfad bilden, und die Funkiionsfähigkeit der Lichtbogen-Bedampfungsvorrichtung bleibt erhalten. Obwohl sich das Beschichtungsplasma auf dem freiliegenden Abschnitt des Stößels absetzen und ansammeln kann, führt eine solche Ansammlung nicht zum Ausfall der Vorrichtung aufgrund der vorbeschriebenen Durchmesservergrööerung der zur Kammerinnenwand hinweisenden Bohrung.

Durch das Versehen des Abschirmgliedes mit zwei, mit dem Stößel in Eingriff stehenden hermetisch abschließenden Dichtungen und durch deren Abschirmung von der Bedampfungskammer durch das Abschirmungsglied, wird für einen vakuumdichten Abschluß der Beschichtungskammer gesorgt und die Dichtungen vor einer Beschädigung geschützt.

Dadurch, daß ein Gehäuseteil zwei horizontal in Abstand voneinander angeordnete, mit dem Stößel in Eingriff stehende, hermetisch abschließende Dichtungen aufweist, ist für eine zusätzliche Vakuumabdichtung gesorgt und ein Höchstmaß an Betriebssicherheit gegeben. Die Verbindung des Zwischenraumes mittels einer Zugangsöffnung, zwischen dem im Gehäuseteil festgelegten Diebtungen, mit einer Vakuumpumpe ermöglicht es, daß die Betriebsbereitschaft df.v Anlage auch bei einem eventuell auftretenden DichtungOeck der Dichtungen gewährleistet ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Lichtbogenzündung für Lichibogen-Bedampfungsvorrichtungen dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer physikalischen Bedampfungskammer-Vorrichtung,

F i g. 2 eine perspektivische Ansichv einer Lichtbogenzündvorrichtung,

Fig.3 einen Längsschnitt nach Linie III-III aus F i g. 2, wobei die Stößelglieder mit einer zurückgezogenen Position und die Lichtbogenzündvorrichtung in ihrer Verbindung mit einer Wandung einer Bedampfungskammer dargestellt sind, und

Fig.4 eine perspektivische Ansicht einer Lichtbogenzündvorrichtung aus einer Blickrichtung von der zur F i g. 2 entgegengesetzten Seite.

In Fig. 1 ist eine Vakuum-Bedampfungskammer 10 dargestellt, die eine Außenhülle oder Kammer 10a und ein unteres Grundglied iOb aufweist. Diese Teile sind mit Dichtungsmitteln (nicht dargestellt) miteinander verbunden, um einen innenraum 11 zu umschließen, der die Bedampfungskammer bildet, in der Substrate bzw. Unterlagen zu beschichten sind. Eine Unterdruckleitung 12 erstreckt sich in den Innenraum 11 und ist zum Herstellen eines Vakuums in diesem mit einer Vakuumpumpe 13 verbunden. Es können auch andere, allgemeinen Zwecken dienende Einlaßöffnungen vorgesehen sein, die sich in den Innsnraum 11 öffnen und aber nicht dargestellt sind, beispielsweise zum Einführen reaktionsfähiger Gase oder anderer Elemente in die Bedrrnpfur.gskammer.

Eine in Fig. 1 als die »Kathode« bezeichnete Beschichtungsmateriai-Quelle 15 bildet den Ursprung für den Beschichtungsdampf oder das Plasma für den Bedampfungsbeschichtungsvorgang. Bei einem elektrischen Lichtbogen-Bedampf ungssystem bildet eine solche Beschichtungsmaterial-Quelle eine körperliche Masse aus Beschichtungsmaterial, wie Titan, massiv, allgemein in zylindrischer Form. Das Material der Quelle 15 ist in dem Bedampfungs-Innenraum 11 durch allgemein mit 16 bezeichnete Anbringungsmittel gehalten, die sich in typische- Weise zumindest mit einem Abschnitt durch eine der Kammerwände zu der atmosphärischen Umgebung erstrecken. In Fig. 1 sind die Anbringungs- bzw. Haltemittel 16 so dargestellt, daß sie

sich durch das Grundglied iOb erstrecken. Aufgrund der großen elektrischen Ströme, die während des elektrischen Lichtbogen-Bedampfungsvorgangs durch die Kathode fließen, wird diese normalerweise extrem heiß, was eine gewisse Art einer Kühlung erforderlich macht, die gewöhnlich mittels eines Wasser-Durchflußsystems vorgesehen wird. Solche Kühlmittel sind in der Zeichnung bei 17 dargestellt und stehen in Strömungsverbindung mit der Kathode oder Quelle 15 und dem Kathoden-Haltemittel 16 über einen Strömungspfad 18. Mit 19 bezeichnete Mittel zum Abdichten und elektrischen Trennen sorgen für ein Aufrechterhalten des Vakuums in dem Bedampfungs-Innenraum 11 und für ein elektrisches Trennen der Quelle 15 von den Wänden bzw. der Außenhülle 10a und dem Grundglied 106 der Bedampfungskammer.

Eine zum Zuführen von Energie zwecks Erzeugens und Aufrechterhaltens der elektrischen Lichtbogenenergie des Systems dienende primäre Versorgungsquelle ist bei 20 dargestellt. Der positive Anschluß der- selben ist betriebsmäßig mit der Bedampfungskammer 10 verbunden, die die »Anode« des elektrischen Lichtbogensystems bildet. Der negative Anschluß der Versorgungsquelle 20 ist über die Quellen-Haltemittel 16 betriebsmäßig mit dem Material der Quelle 15 verbunden, die als die »Kathode« des elektrischen Lichtbogensystems fungiert. Es ist auch darauf hinzuweisen, daß die in der Figur dargestellten gesamten äußeren Kammerteile (das heißt 10a und 10i>; die Anode des Aufbaues bilden. Es könnten auch andere Anodenkonfigurationen gleichermaßen verwendet werden. Außerdem könnten Anodengebilde eingesetzt werden, die körperlich in dem Innenraum II angebracht sind, getrennt von den Kammerwänden sowie dem Boden und separat vorgespannt, um als die Anode des elektrischen Lichtbogensystems zu arbeiten.

Der oder die in der Kammer zu beschichtenden Gegenstände werden in typischer Weise als Substrate bzw. Unterlagen bezeichnet und sind in der Figur bei 22 dargestellt. Die Substrate sind in der Kammer gehalten und können auch elektrisch vorgespannt und/oder erhitzt werden. Keines dieser Gebilde ist hier dargestellt.

Eine lichtbogeneinleitende Lichtbogenzündvorrichtung 30 ist an die Quelle 15 angrenzend an der Kammer

10 angebracht, und ein Teil dieser Vorrichtung erstreckt sich durch eine Einlaßöffnung 14 der Kammer in den für die Bedampfung dienenden Innenraum 11. Bei 21 nur schematised dargestellte Mittel zum Abdichten und elektrischen Trennen der Vorrichtung dienen zum Aufrechterhalten einer Vakuumabdichtung des Innenraums

11 und zum Vorsehen der elektrischen Trennung zwischen der Lichtbogenzündvorrichtung 30 und der Anode der Kammer 10. Mit 32 bezeichnete impulsgeber (Trigger-Aktivierungsmittel) sind zum Aktivieren der Lichtbogenzündvorrichtung 30 über einen Signalflußpfad 31 vorgesehen. Die Lichtbogenzündvorrichtung 30 hat ein lichtbogeneinleitendes Drahtglied 33, das in dem Innenraum 11 angebracht und direkt mit der Lichtbogenzündvorrichtung für eine Bewegung in einen und aus einem Eingriff mit der oberen Oberfläche 15a der Kathode bzw. Material-Quelle 15 verbunden ist, wie es in F i g. 1 dargestellt ist. Elektrischer Strom fließt von der Versorgungsqueile 20 über emen Widerstand 34 und einen Signalflußpfad 35 zu der Lichtbogenzündvorrichtung 30. Es wird noch näher beschrieben, daß dann, wenn das iichtbogeneinleitende Drahtglied 33 so positioniert ist, daß es mit der oberen Oberfläche 15a der Kathode bzw. Quelle 15 in Eingriff kommt, ein elektrisch geschlossener Kreis von der Versorgungsquelle 20 über den Widerstand 34 sowie den Signalflußpfad 35, die Lichtbogenzündvorrichtung 30 sowie ihr lichtbogeneinleitendes Drahtglied 33 und über die Kathode oder Quelle 15 sowie das Kathodenstü'zgebilde bzw. die Haltemittel 16 zurück zu der Versorgungsquelle 20 entsteht.

Die Lichtbogenzündvorrichtung 30 arbeitet in der Weise, daß sie das lichtbogeneinleitende Drahtglied 33 in einen und aus einem Eingriff mit der oberen Oberfläche 15a der Kathoden-Quelle 15 bringt, und zwar entsprechend den Signalen von den Impulsgebern 32. Wenn das Drahtglied 33 mit der Kathode bzw. Quelle 15 in Eingriff kommt, entsteht über das Drahtglied 33 ein geschlossener Kreispfad (wie es zuvor beschrieben wurde), und es fließt daraufhin ein Strom zwischen dem Drahtglied und der Kathodenoberfläche. Wenn die Impulsgeber 32 die Lichtbogenzündvorrichtung 30 erregen, um das Drahtglied 33 aus einem Eingriff mit der oberen Oberfläche 15a der Kathoden-Quelle 15 abzuheben, wird der elektrische Pfad zwischen dem Drahtglied und der Kathodenoberfläche unterbrochen, was dazu führt, daß über den Spalt zwischen dem Drahtglied und der Kathodenoberfläche ein elektrischer Lichtbogen springi, der hierdurch an der Kathode eingeleitet wird. Der »Spalt« zwischen dem Drahtglied 33 und der Kathoden-Oberfläche 15a ist in F i g. 2 mit »X« bezeichnet. Nach dem Einleiten des elektrischen Lichtbogens erstreckt sich der Lichtbogenpfad sofort zwischen der Kathoden-Quelle sowie den Anodenabschnitten der Kammer, und er wird danach von der Versorgungsquelle 20 aufrechterhalten. Wie es zuvor beschrieben wurde, sind solche Lichtbogenpfade mit großen elektrischen Strömen verbunden, die in typischer Weise mehr als 30 Ampere betragen. Aufgrund der Konzentration bzw. Dichte der durch die Lichtbogen gelangenden elektrischen Energie wird Kathodenmaterial freigesetzt, das den Beschichtungsdampf oder das Plasma bildet und in Fig. i allgemein mi: 25 bezeichnet ist. Die Litnibögen sind an der Oberfläche der Kathode als »Kathodenllecken« sichtbar. Es sind nicht dargestellte Mittel vorgesehen, die diese Kathodenflecken an der oberen Oberfläche 15a der Kathoden-Quelle halten. Von der Kathodenoberfläche freigesetztes Material wandert von der Oberfläche 15a allgemein geradlinig auswärts und verteilt sich ausfüllend über den Innenraum 11 der Beschichtungskammer 10. Das oder die Substrate 22 sind in passender Weise angebracht, um den Beschichtungsdampf 25 aufzunehmen und hierdurch in der bekannten Weise beschichtet zu werden.

Während eines Beschichtungsvorgangs oder »Dur ..hlaufs« erfolgt ein periodisches Erlöschen des elektrischen Lichtbogens an einer gegebenen Kathoden-Oberfläche 15a, was zu einer vorübergehenden Beendigung des Beschichtungsvorgangs führt Wenn dieses auftritt, zeigt eine geeignete Lichtbogenerfassungsvorrichtung das Fehlen des elektrischen Lichtbogens an, und die Vorrichtung veranlaßt die Impulsgeber 32 zum erneuten Erregen der Lichtbogenzündvorrichtung 30, so daß an der Kathode ein anderer elektrischer Lichtbogen eingeleitet wird, wie es zuvor erörtert wurde. Eine solche Lichtbogenerfassungsschaltung oder -vorrichtung ist in der Technik bekannt und in der Zeichnung nicht dargestellt, außer in der allgemeinen Art als Impulsgeber 32 bzw. Impulsgebernetzwerk. Eine solche Lichtbogenerfassungsvorrichtung ist in Form einer elektrischen Schaltung aufgebaut, die die Änderung der elektrischen Bedingungen oder in der Lichtbogen-Unterstützungs-

schaltung erfaßt, welche auftreten, wenn der elektrische Lichtbogen erlischt.

Eine detailliertere Querschnittsansicht der Lichtbogenzündvorrichtung 30 ergibt sich aus Fig.3, wobei diese Vorrichtung an einer Bedampfungskammerwand angebracht ist und sich das Stößelglied in einer »zurückgezogenen« Position befindet, bei der ein befestigtes lichtbogeneinleitendes Drahtglied 33 mit der Kathoden-Oberfiuehe 15a in Eingriff kommt. In den F i g. 2 bis 4 ist ein pneumatischer Luftzylinder 40 schematisch dargestellt. Es handelt sich um einen positiv wirkenden, linear arbeitenden, pneumatischen Antriebszylinder, der Luftdruck benutzt, um ein Kolben/Stößel-Element über exakte Hübe von 25,4 mm längs einer linearen Achse zu bewegen. Der Luftzylinder 40 hat ein äußeres Gehäuse 40a, das einen inneren zylindrischen Hohlraum 40b mit ersten und zweiten Einlaßöffnungen 40c, 4Od begrenzt, die sich in den Hohlraum 406 öffnen. Luftanschlüsse 41 und 42 sind entsprechend mit pneumatischen Luftdruckleitungen 31.1 und 31.2 verbunden, die an die ersten bzw. zweiten Einlaßöffnungen 40c und 4Od des Hohlraums 40b angeschlossen sind, um Luftkanäle durch die öffnungen zu den entsprechenden pneumatischen Druckluftleitungen 31.1 und 31.2 zu bilden. Diese stellen zusammen den aktivierenden Signalflußpfad (in Fig. 1 mit 31 bezeichnet) für die Lichtbogenzündvorrichtung 30 dar. Das Gehäuse des Luftzylinders hat ferner eine mit dem Zylinder-Hohlraum 40i> axial ausgerichtete Auslaßöffnung 4Oe, die ein hierdurch axial bewegbares zylindrisches Kolbenstößelglied 43 aufnimmt. Das in dem Hohlraum 406 befindliche Ende des Kolbenstößelgliedes 43 ist mit einem in dem Hohlraum 406 axial bewegbaren Kolbenglied 44 verbunden, wie es in F i g. 3 dargestellt ist. Das sich aus der Zylinder-Auslaßöffnung 4Oe erstreckende andere Ende des Kolbenstößelgliedes 43 ist mit Gewinde versehen, und zwar für eine Befestigung mit dem Vorrichtungs-Stößelschaft, wie es noch beschrieben wird, fviit 45 bezeichnete Dichtungsmittel sind zwischen dem Kolbenglied 44 und den Innenwänden des Zylinders bzw. Gehäuses 40a vorgesehen, um eine Abdichtung zwischen den beiden Einlaßöffnungen 40c sowie 40c/des Hohlraums vorzusehen und diesen in zwei Kammern zu unterteilen. In ähnlicher Weise befinden sich mit 46 bezeichnete geeignete Dichtungsmittel an die Zylinder-Auslaßöffnung 4Oe angrenzend in Gleiteingriff mit dem Kolbenstößelglied 43, um eine Luftdruckabdichtung in der Kammer bzw. dem Hohlraum 40Z? vorzusehen.

Bei dieser Ausführungsform handelt es sich bei dem pneumatischen Luftzylinder um einen doppeltwirkenden Luftzylinder, der durch Luftdruck über die Druckluftleitungen 31.1 sowie 31.2 betrieben wird, um das Kolbenglied 44 und das daran befestigte Kolbenstößelglied 43 in axialer Richtung desselben über Höhe von 25,4 mm zu verschieben. Wie es in F i g. 3 dargestellt ist, befindet sich das Kolbenglied 44 in der »zurückgezogenen« Position (das heißt in einer Position an der linken Seite in Fig.3). Der pneumatische Luftzylinder 40 ist ein solcher vom »positiven« Wirkungstyp, der zum Auftreten einer Bewegung das Zuführen von Luftdruck gegen die entsprechenden Flächen des Kolbengliedes 44 erfordert. In die Zylindertätigkeit sind keine Federn einbezogen. Dementsprechend kann »dieselbe« Bewegungskraft von dem Kolbenstößelglied 43 in beiden Bewegungsrichtungen des Kolbengliedes 44 auf ein Werkstück aufgebracht werden (wie den Vorrichtungsstößei, nachfolgend beschrieben). Die dem pneumatischen Zylinder über die Druckluftleitungen 31.1 und 31.2 zugeführte Erregungsluft wird von Impulsgebern 32 (siehe Fig. 1) zur Verfügung gestellt. Für diesen Zweck können irgendwelche geeigneten Antriebs- und Steuerungsmittel angewendet werden, die den erwünschten Luft-Differenzdruck zum Antreiben des Kolbengliedes 44 in dem Zylinder-Hohlraum 406 zu der gewünschten Zeit aufbringen. Bei einem bevorzugten Aufbau eines solchen Impulsgebers 32 wird eine elektronische Zeitschaltung benutzt, um elektronische Aktivierungssigna-Ie zu Vier-Wege-Luftventil-Antriebsmitteln zu leiten, die die passenden Luftströme durch die Druckluftleitungen 31.1 und 31.2 zuführen.

Das Ausgangsende des Gehäuses des pneumatischen Luftzylinders 40 ist durch eine Bohrung in der Anbringungsendplatte 50a eines primären Vorrichtungsgehäusegliedes 50 geschraubt. Eine Sicherungsmutter 51 ist auf das Ende des Luftzylinders 40 geschraubt, um diesen in festem Eingriff an der Anbringungsendplatte 50a zu halten, wie es in F i g. 3 dargestellt ist. Das primäre Vorrichtungsgehäuseghed 50 ist außerhalb der Anbringungsendplatte 50a allgemein hohlzylindrisch geformt und erstreckt sich zu einem entgegengesetzten offenen, mit Innengewinde versehenen Ende 50t>. Außerdem ist es mit dem Gehäuse des Luftzylinders 40 koaxial ausgerichtet. Ein Teil der äußeren Vorrichtungsgehäuse-Wand ist bei 50c ausgeschnitten, und ein Ausrichtungsschlitz 5Od erstreckt sich longitudinal durch die äußere Wandung von einer an die Anbringungsendplatte 50a angrenzenden Position zu dem offenen Ende 50i>. Der Ausrichtungsschlitz 50c/verläuft in einer zu der zentralen Achse des Vorrichtungsgehäuses parallelen Richtung, und er bildet einen linearen Führungsschlitz.

Ein Schaftdichtungsgehäuse 60 erstreckt sich zwischen ersten und zweiten Enden 60a sowie 60ό und bildet einen sich axial hindurch erstreckenden zylindrischen Durchgang 60c. Dieser hat einen vergrößerten Abschnitt 60c/, der an das erste Ende 60a des Gehäuses 60 angrenzend ausgebildet ist. Em Paar von Anbnngungsflanschabschnitten 6Oe erstreckt sich von dem Hauptkörper des Schaftdichtungsgehäuses 60 radial auswärts und hat Durchgangslöcher zum Aufnehmen von Anbringungsschraubengliedern. Eine Anzahl von Gewindelöchern 6Of ist in dem ersten Ende 60a des Schaftdichtungsgehäuses ausgebildet (siehe Fi g. 3). Ein sich radial erstreckendes Gewindeloch 60g bildet einen Durchgang zwischen der äußeren Oberfläche des Schaftdichtungsgehäuses 60 und dem vergrößerten Abschnitt 60c/ des inneren Durchgangs 60c. Ein Luftanschluß 61 ist in das radiai verlaufende Gewindeloch 60g

so eingeschraubt und mit einer bei 62 gestrichelt dargestellten Unterdruckleitung verbunden. Der Luftanschluß 61 hat einen darin ausgebildeten Durchgang, der für eine direkte Strömungsverbindung zwischen der Unterdruckleitung 62 und dem vergrößerten Abschnitt 60c/ des inneren Durchgangs 60c über das Gewindeloch 60g sorgt Die Unterdruckleitung ist mit einer Vakuumpumpe (nicht dargestellt) betriebsmäßig verbunden. Ein mit Außengewinde versehenes Kappenglied 65 hat eine innere zylindrische Durchgangsbohrung 65a und ist mit dem Schaftdichtungsgehäuse 60 koaxial ausgerichtet, so daß sich die Durchgangsbohrung 65a in koaxialer Ausrichtung mit dem zylindrischen inneren Durchgang 60c des Schaftdichtungsgehäuses 60 befindet. Das Kappenglied 65 ist an dem ersten Ende 60a des Schaftdichtungsgehäuses durch eine Anzahl von Schrauben 66 befestigt, die mit den Gewindeiöchern 60/des Schaftdichtungsgehäuses ausgerichtet und in diese eingeschraubt sind. Die Kombination des Schaftdichtungsgehäuses 60 und des

daran befestigten Kappengliedes 65 ist in das Gewinde-Ende 50b des primären Vorrichtungsgehäusegliedes 50 eingeschraubt, um eine mit dem pneumatischen Luftzylinder 40 koaxial ausgerichtete Einheit zu bilden.

Ein sich zwischen ersten und zweiten Enden 70a sowie 70b erstreckender Stößel 70 ist in dem zylindrischen inneren Durchgang 60c des Schaftdichtungsgehäuses koaxial angebracht und erstreckt sich durch die zylindrische DurchgangsUohrung 65a des Kappengliedes 65, wobei das zweite Ende 70i> in den Innenraum 11 der Bedampfungskammer ragt. Ein axialer Gewindedurchgang erstreckt sich durch das erste Ende 70a in den Stößel 70. Ein ohne Gewinde versehener axialer Durchgang 70c erstreckt sich durch das zweite Ende 706 in den Stößel 70. Ein radiales Gewindeloch 70d verläuft von der äußeren Oberfläche des Stößels 70 an dessen zweites Ende 70b angrenzend und öffnet sich in das axial verlaufende Loch oder den Durchgang 70c. Eine Feststellschraube 71 ist in das Gewindeloch 7Od eingeschraubt. Das Gewindeende des Kolbenstößelgliedes 43 ist in das erste Gewinde-Ende 70a des Stößels 70 axial eingeschraubt und mittels einer Haltemutter 73 positionsmäßig festgelegt, die die beiden Stößelglieder 43 und 70 in koaxialer Ausrichtung zueinander anordnet.

Ein Ausrichtungsstreifen bzw. -vorsprung 74 ist an dem ersten Ende 70a des Stößels 70 fest ausgerichtet verkeilt und mit diesem um seine zentrale Achse drehbar. Er hat ein längliches Streifen- bzw. Vorsprungsglied, das sich von der Achse des Stößels radial auswärts und durch den führenden Ausrichtungsschlitz 50d des primären Vorrichtungsgehäusegliedes 50 erstreckt. Der Ausrichtungsstreifen bzw. -vorsprung 74 gleitet in Längsrichtung in dem führenden Ausrichtungsschlitz 5Od, wenn sich der Stößel 70 hin- und herbewegt, wodurch verhindert wird, daß sich dieses um seine zentrale Achse dreht.

Ein mit 76 bezeichnetes elektrisches Anschlußglied vom Scheibentyp befindet sich auf dem Gewinde-Endabschnitt des Kolbenstößelgliedes 43 und zwischen einem Paar von Scheiben 77 sowie 78. Es ist zusammen mit dem Ausrichtungsstreifen 74 mittels der Haltemutter 73 an dem Stößel 70 befestigt. Das Anschlußglied 76 ist mit einer elektrischen Leitung verbunden, die den Signalflußpfad 35 aus F i g. 1 aufweist und eine elektrische Verbindung von der Versorgungsquelle 20 zu dem Stößel 70 herstellt.

Ein Paar von ringförmigen Dichtungsgliedern 21.1 und 21.2 ist in dem vergrößerten Abschnitt des inneren Durchgangs des Schaftdichtungsgehäuses 60 angebracht, um in einen kooperativen Gleiteingriff mit der äußeren zylindrischen Oberfläche des Stößels 70 zu treten, wenn sich dieses in dem Dichtungsgehäuse longitudinal hin- und herbewegt. Ein ringförmiger Nylon-Abstandshalter 67 ist zwischen den Dichtungsgliedern 21.1 und 21.2 angebracht; radial weist er zu der Vakuumpumpen-Öffnung 60g, wodurch ein Differenzpumpen zwischen den Dichtungsgliedern 21.1 und 21.2 möglich ist Das endseitige Kappenglied 65 hält die Dichtungen und den Abstandshalter in dem Hohlraum bzw. Abschnitt GOd an Ort und Stelle, Der Mehrfachdichtungsaufbau der Dichtungen 21.1 sowie 21.2 und der Abstandshalter 67 sorgen für eine luftdichte Abdichtung mit dem Stößel zum Aufrechterhalten der Vakuumabdichtung des Innenraurns 11 der Bedampfungskammer 10 und weisen zum Teil¹ die in Fig. 1 dargestellten Abdichtungsmittei 21 auf. Der Mehrfachdichtungsaufbau bildet auch eine Gleitlagerfläche zum axialen Führen des Stößels 70, wenn sich dieses durch das Schaftdichtungsgehäuse 60 longitudinal vorwärts und rückwärts bewegt. Der Me'i-fachdichtungsaufbau ist »stromab« des Eintritts zu der Bedampfungskammer angeordnet, so daß die Dichtungsglieder 21.1 und 21.2 mit dem longitudinalen Oberflächenabschnitt des Stößels 70 in Eingriff treten, der nicht dem Beschichtungsplasma 25 in der Kammer ausgesetzt ist. Deshalb wird die Beschädigung der Dichtungsglieder 21.1 und 21.2 infolge eines Reibungseingriffs mit mitgeführtem und auf dem Stößel 70 abgelagertem Material vermindert. Da ferner das der Beschichtungskammer am nächsten angeordnete Dichtungsglied 21.1 axial weit genug von der öffnung in die Kammer entfernt ist und da die Abmessungstoleranzen zwischen dem Stößel sowie den inneren zylindrischen Wänden des inneren Durchgangs 60c klein genug sind, wandert, wenn überhaupt, nur wenig Beschichtungsmaterial longitudinal zwischen dem Stößel 70 sowie der Wandung des inneren Durchgangs 60c. um das Dichtungsglied 21.1 direkt zu beschichten.

Die primären Teile der zuvor beschriebenen Lichtbogenzündvorrichtung (das heißt das primäre Vorrichtungsgehäuseglied 50, das Schaftdichtungsgehäuse 60, das Kappenglied 65, der Stößel 70 und der zu führende Ausrichtungsstreifen bzw. -vorsprung 74) bestehen aus Edelstahl.

Ein Abstandshalter-ZDurchführungs- und Abschirmungsglied 80 ist koaxial an dem Schafidichtungsgehäuse 60 angebracht und sorgt für eine elektrisch isolierende Grenze zwischen der Bedampfungskammer-Wandung bzw. dem unteren Grundglied 10£> und dem Schaftdichtungsgehäuse sowie dem Stößel 70. Das Glied 80 besteht aus Nylon, das ein guter Isolator ist und gute Temperaturcharakteristiken sowie niedrige Entgasungseigenschaften hat; es können jedoch auch andere Materialien benutzt werden. Das Glied 80 hat einen vergrößerten Flanschabschnitt 80a für einen Eingriff zwischen dem zweiten Ende 60t des Schaftdichtungsgehäuses 60 und der äußeren Oberfläche der Bedampfungskammerwand bzw. dem unteren Grundglied 106.

Die Umfangsform des vergrößerten Flanschabschnitts 80a ähnelt derjenigen der Anbringunssflanschabschnitte 6Oe des Schaftdichtungsgehäuses 60 (siehe F i g. 2 und 4). Der Flanschabschnitt 80a enthält ein Paar von Anbringungslöchern 80b, die mit denjenigen des Anbringungsabschnitts des Schaftdichtungsgehäuses ausgerichtet sind und durch die sich ein Paar von Nylon-Befestigungsschrauben 82 erstreckt. Der vergrößerte Flanschabschnitt 80a hat in seinen äußeren Oberflächen ein Paar von Ringnuten 80c, in denen sich ein Paar von O-Ringen 2U und 21.4 befindet. Die Befestigungsschrauben 82 erstrecken sich durch die ausgerichteten Anbringungslöcher der Anbringungsflanschabschnitte 60e des Schaftdichtungsgehäuses und die Anbringungslöcher SOb im Flanschabschnitt 80a des Abstandshalter- gliedes 80 in einen Gewindeeingriff im Grundglied 106 der Bedampfungskammer, wodurch die gesamte Lichtbogenzündvorrichtung 30 an der Wandung der Bedampfungskammer festgelegt wird. Bei einer derartigen Anbringung bilden die O-Ringe 213 und 21.4 in Verbindung mit den Dichtungsgliedern 21.1 und 21.2 eine luftdichte Abdichtung an der Einlaßöffnung 14 für den Innenraum 11 der Bedampfungskammer, und sie weisen die Dichtungsmittel 21 aus F i g. 1 auf. Es äst festzustellen, daß die O-Ringe Dichtungsglieder 213 und 21.4 vor e^:ner Verunreinigung durch das Beschichtungsplasma '25 in der Bedampfungskammer bzw. im Innenraum 11 abgeschirmt sind.

Das zur Durchführung und Abstandshalterung die-

ncnde Glied 80 bildet ferner ein allgemein mit SOd bezeichnetes Abschirmungsglied, das mit dem Stößel 70 unter Überlagerung desselben axial ausgerichtet und so bemessen ist, daß es in die Einlaßöffnung 14 der Wandung bzw. des Grundglieds 106 der Bedampfuiigskammer paßt und durch diese vorsteht. Das vordere Ende des Abschirmungsgliedes SOd endet an einer Position in kurzem Abstand hinter der Feststellschraube 71 des Stößels 70, wenn sich dieser in seiner »zurückgezogenen« Position befindet (wie es in F i g. 3 dargestellt ist). Das Abschirmungsglied 80c/ hat eine »zentrierende« Schulter SOd', die sich etwas von der vorderen Oberfläche des vergrößerten Flanschabschnitts 80a erhebt und zum Zentrieren des Abschirmungsgliedes 80 in der Einlaßöffnung 14 der Kammerwand bzw. des Grundgliedes \0b dient. Das Abschirmungsglied 80c/ hat auch eine Mehrzahl von beabstandeten ringförmigen Rippengliederr 8Oe, die über die äußere Oberfläche des Abschirrr.ür.gsgücdcs SOd zwischen der Schulter SOd' und dem freien Ende des Abschirmungsgliedes SOd axial verteilt sind. Bei de: bevorzugten Ausführungsform sind alle Rippenglieder 8Oe axial so angeordnet, daß sie »in« der Einlaßöffnung des Grundgliedes 106 der Bedampfungskammer zu liegen kommen; jedoch können sich diese Rippenglieder auch über die innere Wandung der Kammer hinausgehend in die Bedampfungskammer erstrekken. Der Teil der inneren Bohrung 80/ des Abschirmungsgliedes SOd, durch den sich der Stößel 70 bewegt, ist im Vergleich zu dem Durchmesser des Durchgangs durch den rückwärtigen Flanschabschnitt 80a des Abstandshaltergliedes 80 vergrößert (siehe Fig.3). Die Länge dieses bezüglich des Innendurchmessers vergrößerten Abschnitts fällt allgemein mit dem Hub (das heißt der axialen Bewegungsdistanz) des Stößels zusammen oder ist etwas größer. Hierdurch ist es möglich, daß dieser Abschnitt des Stößels 70 (in F i g. 3 mit » V« bezeichnet) für eine ausgedehnte Periode von dem Beschichtungsplasma 25 beschichtet wird, ohne daß ein Festkleben oder Verklemmen in dem Durchführungsglied 80 begründet wird.

Ein lichtbogeneinleitendes Drahtglied 33 wird durch das zweite Ende 70b des Stößels 70 in das axiale Loch bzw. den Durchgang 70c eingesetzt und darin mittels

ίο der Feststellschraube 71 festgelegt. Der lichtbogeneinleitende Draht ist aus Molybdän aufgebaut und so gebogen, daß er eine sich allmählich nach unten neigende und zu der Kathodenmaterial-Quelle 15 unter Überlagerung derselben sowie für einen Eingriff hiermit bildende Kurve darstellt. Das Ende des Drahtgliedes 33. das in axialen Eingriff mit der Kathoden-Oberfläche 15a kommt, ist etwas hakenförmig, so daß eine gleichförmige bzw. glatte Kontaktoberfläche mit der Kathode gebildet wird. Die allmähliche Krümmung oder Kurve des Drahtes macht diesen fester, wenn er mit der Kathode in Eingriff kommt und sich hiervon löst. Bei einer Befestigung an dem Stößel 70 berührt das lichtbogeneinleitende Drahtglied 33 wiederholt die Kathoden-Oberfläche 15a an demselben Fleck der Oberfläche, da ein Drehen des Stößels um seine zentrale Achse durch den Eingriff des Ausrichtungsstreifens 74 in dem führenden Ausrichtungsschlitz 50c/vermieden wird. Die Länge des lichtbogeneinleitenden Drahtgliedes ist in Verbindung mit ihrem Biegeradius dergestalt, daß dann, wenn sich der Stößel 70 in seine.· obersten Position (Außereingriffsposition) befindet, der Abstand des freien Drahtendes von der oberen Kathoden-Oberfläche 15a (das heißt die Abmessung »Λ"« in F i g. 1) etwas kleiner als die »Hub«-Bewegung des Stößels 70 ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Lichtbogenzüridvorrichtung für Lichtbogen-Bedampfungsvorrichtungen, mit einem an einer Öffnung einer Bedampfungskammer angebrachten Gehäuse, in dem ein Stößel mit daran befestigter Elektrode in Längsrichtung beweglich gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der an eine elektrische Energiequelle angeschlossene Stößel (70) mit einem zweiseitig beaufschlagbaren Kolben (44) eines pneumatischen Zylinders (40a) verbunden ist und daß der Stößel (70) in einem elektrisch isolierendem Abschirmglied (80) axial verschiebbar geführt ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Siößel (70) an seinem freien Ende direkt mit der beweglichen Elektrode (33) verbunden ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichf:=^ daß der Stößel (70) mit einer Drehsicherung (50d, 74) versehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Drehsicherung der Gehäuseteil (50) mit einem sich axiai erstreckenden Langloch (5Od) versehen ist und daß der Stößel (70) mit einem sich radial erstreckenden, in das Langtoch ragende Streifenglied (74) versehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmglied (80) einen im Durchmesser kleineren, in den Kammer-Innenraum (11) hineinragenden Teil (8Od) aufweist, daß dieser Teil (8Od) mil Rippe-.i (SOe) versehen ist, daß diese koaxial um den Stößel (70) angeordnet sind, daß die den Stößel (70) aufnehmende Bohrung (80/9 zum Kammeriinnenraum (11) hin einen größeren Durchmesser aufweist, als der Teil der Bohrung (8Of), der sich auf der den Kammerinnenraum (11) abgewandten Seite befindet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmglied (80) mit zwei hermetisch abschließenden Dichtungen (213; 21.4) versehen ist, daß diese mit dem Stößel (70) in Eingriff stehen und daß sie durch das Abschirmungsglied (80) von der Bedampfungskammer (10) abgeschirmt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuseteil (60) zwei koaxial im Abstand voneinander angeordnete, mit dem Stößel (70) in Eingriff stehende hermetisch abschließende Dichtungen (21.1; 21.2) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen den im Gehäuseteil (60) festgelegten Dichtungen (21.1; 21.2) mittels einer Zugangsöffnung (61) mioeiner Vakuumpumpe verbunden ist.